潛沒(méi)陰極式釹電解的基礎(chǔ)研究.pdf

1、近年來(lái)，我國(guó)稀土氧化物-氟化物電解槽得到了一些改進(jìn)和優(yōu)化，電解槽容量也從最初的3kA增加到10kA，但陰、陽(yáng)極平行豎直布置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并沒(méi)有改變。這種槽型結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中暴露出很多問(wèn)題，如高能耗、高污染和高成本。稀土行業(yè)如果能夠?qū)崿F(xiàn)和推廣潛沒(méi)陰極式電解，將獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但是由于稀土金屬的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姟⑾⊥练锶埯}具有強(qiáng)腐蝕性以及稀土氧化物在電解質(zhì)中溶解度很小等原因，潛沒(méi)陰極式電解槽一直沒(méi)能應(yīng)用于稀土金屬的工業(yè)生產(chǎn)

2、?；谝陨媳尘?，本文在新型電極材料制備、陶瓷材料應(yīng)用于潛沒(méi)陰極式釹電解的可行性、NdF3-LiF體系物理化學(xué)性質(zhì)和釹電解還原過(guò)程等方面進(jìn)行了探索性實(shí)驗(yàn)和基礎(chǔ)性研究。這些工作對(duì)改進(jìn)電解工藝、指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)和設(shè)計(jì)潛沒(méi)陰極式釹電解槽有一定借鑒意義。
　　利用真空熱壓法制備了純TiB2和TiB2-Ti陶瓷材料。結(jié)合XRD、SEM-EDX測(cè)試和熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果，討論了燒結(jié)過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。結(jié)合SEM表征和相對(duì)密度測(cè)量的結(jié)果，討論了金屬含量和

3、燒結(jié)溫度對(duì)材料微觀形貌和相對(duì)密度的影響。當(dāng)試樣獲得一定致密度后，進(jìn)一步提高燒結(jié)溫度對(duì)試樣的致密程度影響不大。金屬Ti可以起到促進(jìn)燒結(jié)的作用，因此TiB2-Ti陶瓷材料在較低的燒結(jié)溫度下就可以獲得相當(dāng)?shù)闹旅艹潭取?br>　　考察了1050℃下NdF3-Nd2O3-LiF熔體對(duì)TiB2基陶瓷的潤(rùn)濕性能，通過(guò)CCD攝像機(jī)觀察了整個(gè)潤(rùn)濕過(guò)程，該過(guò)程可視為一個(gè)帶有反應(yīng)性潤(rùn)濕特征的動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕過(guò)程。考察了TiB2基陶瓷材料在1100℃的NdF3-LiF

4、-Nd2O3熔體中的抗腐蝕性能，實(shí)驗(yàn)表明TiB2-5wt.％Ti材料的抗腐蝕性能明顯優(yōu)于純TiB2材料。考察了TiB2基陶瓷材料的抗熱震性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明急冷急熱條件下產(chǎn)生的熱應(yīng)力可以大大削弱材料的強(qiáng)度，添加金屬Ti可以提高材料的抗熱震性能。腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明由于粘結(jié)相Si3N4結(jié)構(gòu)較為疏松，現(xiàn)有Si3N4-SiC材料不足以抵抗NdF3-LiF-Nd2O3高溫熔體的侵蝕，其抗腐蝕性能有待提高。以Al2O3陶瓷為槽體材料的電解實(shí)驗(yàn)表明產(chǎn)物中

5、含有釹鋁合金，影響產(chǎn)品品質(zhì)。
　　采用步冷曲線法測(cè)定了NdF3-LiF熔鹽體系的初晶溫度，測(cè)定結(jié)果表明初晶溫度隨著NdF3摩爾分?jǐn)?shù)增加而升高。利用配位化學(xué)和冰點(diǎn)降低法的相關(guān)理論討論了Nd2O3在NdF3-LiF體系中的溶解過(guò)程和添加Nd2O3對(duì)NdF3-LiF體系初晶溫度的影響。借助XRD、激光拉曼光譜儀和透明石英槽觀察并討論了金屬釹在LiF、NaF和NdF3-LiF-Nd2O3熔體中的溶解現(xiàn)象。利用穩(wěn)態(tài)平板法分別測(cè)定了凝固態(tài)Nd