《稀有金屬冶金課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《稀有金屬冶金課件（39頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,稀有金屬冶金,*,PPT,文檔演模板,Office,PPT,稀有金屬冶金,2024/11/21,稀有金屬冶金,稀有金屬冶金2023/9/24稀有金屬冶金,1,第一節(jié) 稀土氯化物的熔鹽電解,概述,-,稀土的電極電位比氫負(fù)，不能在水溶液中電解生產(chǎn),-電解反應(yīng)：RECl,3,=RE+3/2Cl,2,一、稀土氯化物熔鹽電解質(zhì)的性質(zhì)與組成,二、稀土氯化物熔鹽電解的電極過程,三、稀土氯化物熔鹽電解的工藝實(shí)踐,四、稀土氯化物熔鹽電解的電流效率及其影響因素,1.分解電壓與電極電位,2.熔點(diǎn),3.粘度,4.電導(dǎo),5.密度,6

2、.蒸汽壓,7.對(duì)稀土金屬的溶解性能,一般要求,1.工藝過程,2.電解槽結(jié)構(gòu),3.工藝要求、條件和指標(biāo),造成電流效率降低的原因,(1)電解質(zhì)中稀土氯化物的含量,(2)電解溫度,(3)電流密度,(6)稀土金屬的種類和變價(jià)元素的含量,(4)極距與槽型(5)電解物料的純度,稀有金屬冶金,第一節(jié) 稀土氯化物的熔鹽電解概述-稀土的電極電位比氫負(fù)，不,2,熔鹽電解對(duì)電解質(zhì)的一般要求,熔點(diǎn)較低,有利于在降低電解溫度,粘度小,有利于金屬與電解質(zhì)的分離,導(dǎo)電性好,有利于提高電流密度,密度小,有利于金屬的分離,對(duì)金屬的溶解度小,有利于降低金屬損失,蒸汽壓低,有利于減少揮發(fā)損失,稀有金屬冶金,熔鹽電解對(duì)電解質(zhì)的一般要

3、求熔點(diǎn)較低有利于在降低電解溫度,3,1.電解質(zhì)的分解電壓與電極電位,RECl,3,=RE+3/2Cl,2,理論論分解電壓 E=-G,0,/(nF),稀有金屬冶金,1.電解質(zhì)的分解電壓與電極電位RECl3=RE+3/2Cl,4,2.電解質(zhì)的熔點(diǎn),稀有金屬冶金,2.電解質(zhì)的熔點(diǎn)稀有金屬冶金,5,表7-3,稀有金屬冶金,表7-3稀有金屬冶金,6,表7-4,稀有金屬冶金,表7-4稀有金屬冶金,7,3.電解質(zhì)的粘度,粘度 不利于熔融稀土金屬與電解質(zhì)的分離,不利于泥渣沉降，陽極氣體排出,不利于電解時(shí)的傳熱，傳質(zhì),稀有金屬冶金,3.電解質(zhì)的粘度粘度 不利于熔融稀土金屬與電解,8,4.電解質(zhì)的電導(dǎo),提高比電導(dǎo)

4、 可提高電流密度,或,加大極距,減少RE的二次反應(yīng),稀有金屬冶金,4.電解質(zhì)的電導(dǎo)提高比電導(dǎo) 可提高電流密度,9,5.電解質(zhì)的密度,密度 有利于金屬-電解質(zhì)分離,有利于電解渣-電解質(zhì)分離,稀有金屬冶金,5.電解質(zhì)的密度密度 有利于金屬-電解質(zhì)分離,稀,10,6.電解質(zhì)的蒸汽壓,1）蒸汽壓揮發(fā)損失，電解質(zhì)組成穩(wěn)定性，收塵負(fù)荷,2)P,RECl,3,P,RECl,2,3)添加KCl等,可降低稀土蒸汽壓,稀有金屬冶金,6.電解質(zhì)的蒸汽壓1）蒸汽壓揮發(fā)損失，電解質(zhì)組成穩(wěn)定性,11,7.電解質(zhì)對(duì)稀土金屬的溶解性能,1)RE在RECl,3,中有很大的溶解度,(100mol RECl,3,可溶解10-30m

5、ol RE),2)添加KCl,NaCl等可顯著降低熔鹽對(duì)RE的溶解度,3)效果：KCl,LiClNaCl,CaCl,2,稀有金屬冶金,7.電解質(zhì)對(duì)稀土金屬的溶解性能1)RE在RECl3中有很大,12,二、稀土氯化物熔鹽電解的電極過程,電極：石墨陽極；鉬陰極,1.陰極過程,:,隨電流的增大,電壓的升高,依次發(fā)生如下反應(yīng):,(1)E,C,=-1-2.6V,i=10,-4,10,-2,A/cm,2,2H,+,+2e=H,2,Fe,2+,+2e =Fe,Sm,3+,+e=Sm,2+,Eu,3+,+e=Eu,2+,應(yīng)盡量避免電位較正的陽離子與變價(jià)稀土進(jìn)入電解質(zhì),(2),E,C,=-3V,i=10,-2,

6、10A/cm,2,稀土析出：RE,3+,+e=RE,副反應(yīng)：RE+2RECl,3,=3RECl,2,RE+3KCl,3,=RECl,3,+3K,(3)E,C,=-3.03.5,I10A,濃差極化嚴(yán)重，達(dá)到極限電流密度,堿金屬析出Me,+,+e=Me,稀有金屬冶金,二、稀土氯化物熔鹽電解的電極過程電極：石墨陽極；鉬陰極稀有金,13,主反應(yīng):Cl,-,=Cl+e,2Cl=Cl,2,副反應(yīng):SO,4,2-,OH,-,放電反應(yīng),2.陽極過程,稀有金屬冶金,2.陽極過程稀有金屬冶金,14,1.工藝過程,氯化物稀土熔鹽電解主要用于輕稀土金屬、混合稀土生產(chǎn),重稀土金屬熔點(diǎn)高（1300），不宜在氯化物體系中電

7、解,稀有金屬冶金,1.工藝過程氯化物稀土熔鹽電解主要用于輕稀土金屬、混合稀土生,15,2.電解槽結(jié)構(gòu),（1）石墨電解槽,特點(diǎn),金屬析出在瓷皿接收器中，金屬損失小，電效、金屬回收率高,陽極結(jié)構(gòu)有利于陽極氣體逸出,缺點(diǎn),生產(chǎn)能力低（單槽電流1000A以下），能耗大,稀有金屬冶金,2.電解槽結(jié)構(gòu)（1）石墨電解槽稀有金屬冶金,16,優(yōu)點(diǎn)：,產(chǎn)能大，生產(chǎn)效率高（23005000A）、能耗低,缺點(diǎn)：,電流分布不均勻，金屬損失大，電流效率低,(2)陶瓷電解槽,稀有金屬冶金,(2)陶瓷電解槽稀有金屬冶金,17,3.工藝要求、條件和指標(biāo),電解原料的雜質(zhì)含量要求(質(zhì)量%),Th0.03S0.5F0.05,Pb0.

8、01SO,4,2-,0.01PO,4,3-,0.01,H,2,O0.5水不溶物1.5,表7-11 稀土氯化物電解工藝條件及技術(shù)指標(biāo),稀有金屬冶金,3.工藝要求、條件和指標(biāo)電解原料的雜質(zhì)含量要求(質(zhì)量%)表7,18,表7-11,稀有金屬冶金,表7-11稀有金屬冶金,19,造成電流效率降低的原因,電流效率=實(shí)際金屬產(chǎn)量/理論金屬產(chǎn)量,電流效率降低的原因,(1)部分輸入電流的空耗,堿金屬或堿土金屬的放電,稀土離子的不完全放電,(2)部分電解金屬的損失,物理損失(機(jī)械夾雜),化學(xué)損失,金屬在電解質(zhì)中的溶解,金屬的再氧化,金屬與陽極材料、電解質(zhì)中雜質(zhì)、空氣的反應(yīng),稀有金屬冶金,造成電流效率降低的原因電流

9、效率=實(shí)際金屬產(chǎn)量/理論金屬產(chǎn)量稀,20,(1)電解質(zhì)中稀土 氯化物的含量,RECl,3,濃度過低,濃差極化,陰極電位降低,K,+,等的放電,RECl,3,濃度過高,粘度 機(jī)械損失,陽極氣體排出困難二次反應(yīng),適宜RECl,3,濃度:,35%48%,稀有金屬冶金,(1)電解質(zhì)中稀土 氯化物的含量RECl3濃度過低,21,(2)電解溫度,溫度過高,電解質(zhì)循環(huán)、對(duì)流加劇RE,RE,2+,陽極在氧化,RE在RECl,3,中的溶解度,二次反應(yīng),溫度過低,粘度金屬不易凝聚陽極氧化,適宜溫度,混合稀土870,La 930,Ce 900,Pr 920,稀有金屬冶金,(2)電解溫度溫度過高稀有金屬冶金,22,(

10、3)電流密度,陰極電流密度,金屬溶解、二次反應(yīng)相對(duì)電效,堿金屬陽離子放電電效,陽極電流密度,陽極氣體攪拌激烈金屬損失、陽極材料損失電效,適宜值,陽極 36A/cm,2,陰極 0.61.0A/cm,2,稀有金屬冶金,(3)電流密度陰極電流密度稀有金屬冶金,23,極距過小,RE,RE,2+,容易移向陽極而被氧化,Cl,2,容易循環(huán)至陰極使RE氧化,極距過大,電阻局部過熱能耗,(5)電解物料的純度,Fe,Al,Si,Mg,Pb等比稀土易析出的金屬含量,產(chǎn)品純度,電效,S,P,C(SO,4,2-,PO,4,3-,)含量,稀土金屬氧化,難溶稀土化合物的生成電效,水不溶物(REOCl等),生成泥渣懸浮于電

11、解質(zhì)提高粘度,(4)極距與槽型,稀有金屬冶金,(4)極距與槽型稀有金屬冶金,24,(6)稀土金屬種類及變價(jià)元素的含量,單一稀土的電解,原子序數(shù)RE在RECl,3,中的溶解度電效,Sm等變價(jià)稀土的存在,可使電效顯著,陰極 Sm,3+,+3e Sm,金屬-電解質(zhì)界面 Sm+Sm,3+,=Sm,2+,陽極Sm,2+,-e Sm,3+,表7-12 溶解度與電流效率,圖7-8 Sm含量對(duì)電流效率的影響,稀有金屬冶金,(6)稀土金屬種類及變價(jià)元素的含量單一稀土的電解表7-12,25,圖7-8,稀有金屬冶金,圖7-8稀有金屬冶金,26,表7-12,100,稀有金屬冶金,表7-12100稀有金屬冶金,27,概

12、 述,一、稀土氧化物氟化物熔鹽電解的基本原理,二、稀土氧化物氟化物熔鹽電解的工藝實(shí)踐,三、稀土兩種熔鹽體系電解的比較,第二節(jié) 稀土氧化物氟化物的熔鹽電解,1.電解質(zhì)組成,1.電解槽的結(jié)構(gòu)與槽型,2.工藝因素及其控制,2.稀土氧化物的分解電壓,3.電極過程,3.典型工藝條件及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),稀有金屬冶金,概 述第二節(jié) 稀土氧化物氟化物的熔鹽電解1.電解質(zhì)組成,28,一、稀土氧化物氟化物熔鹽電解的基本原理,1.電解質(zhì)組成,熔鹽體系:,RE,2,O,3,-REF,3,-LiF(或BaF,2,),RE,2,O,3,:,穩(wěn)定性好,但難溶、導(dǎo)電性差,REF,3,:,分解電壓高;熔點(diǎn)高;能溶解RE,2,O,

13、3,LiF(BaF,2,):,分解電壓高;可降低熔點(diǎn),改善導(dǎo)電性,圖7-9 LiF-REF,3,系相圖,表7-13 氟化物的理論分解電壓,稀有金屬冶金,一、稀土氧化物氟化物熔鹽電解的基本原理1.電解質(zhì)組成圖7-,29,表7-13,稀有金屬冶金,表7-13稀有金屬冶金,30,圖7-9,稀有金屬冶金,圖7-9稀有金屬冶金,31,表7-14,2.稀土氧化物,的分解電壓,1000時(shí):,RE,2,O,3,:2.42.6V,REF,3,:4.55.5V,稀有金屬冶金,表7-142.稀土氧化物稀有金屬冶金,32,3.電極過程,陽極過程,一次電化學(xué)反應(yīng),2O,2-,-4e=O,2,0.5O,2,+C-2e=C

14、O,2,O,2-,+C-4e=CO,2,二次化學(xué)反應(yīng),CO,2,+C=2CO,O,2,+C=CO,2,O,2,+2C=2CO,RE+3/2CO,2,=1/2RE,2,O,3,+3/2CO,RE+3/2CO=1/2RE,2,O,3,+3/2C,陽極氣體:CO+CO,2,陽極效應(yīng):,現(xiàn)象:當(dāng)濃度過低時(shí),槽電壓不穩(wěn)定,陽極出現(xiàn)火花放電,理由:4F,-,+C-4e=CF,4,造成陽極鈍化;O,2,覆蓋電極,陰極過程,主反應(yīng):RE,3+,+3e=RE,稀有金屬冶金,3.電極過程陽極過程稀有金屬冶金,33,二、,稀土氧化物氟化物熔鹽電解的工藝實(shí)踐,1.電解槽的結(jié)構(gòu)與槽型,特點(diǎn):,電解溫度高石墨槽體;Mo,

15、W金屬接收器;內(nèi)熱式,(1)間歇式釹電解槽 (電解溫度1050),(Nd,2,O,3,連續(xù)進(jìn)料,間歇式出爐),(2)連續(xù)式鈰電解槽 (電解溫度900),稀有金屬冶金,二、稀土氧化物氟化物熔鹽電解的工藝實(shí)踐1.電解槽的結(jié)構(gòu)與槽,34,圖7-10,稀有金屬冶金,圖7-10稀有金屬冶金,35,圖7-11,稀有金屬冶金,圖7-11稀有金屬冶金,36,2.工藝因素及其控制,(1)電解溫度,影響:溫度過低 RE,2,O,3,溶解度,溶解速度,溫度過高金屬溶解;電解質(zhì)損失;耐火材料腐蝕加劇,措施:a.保持電解溫度金屬熔點(diǎn)+50,b.降低溫度波動(dòng),(2)電流密度,陰極電流密度:58A/cm,2,(氯化物體系36A/cm2),陽極電流密度:0.5A/cm,2,(氯化物體系0.61A/cm2),(3)加料速度,與RE,2,O,3,的電解速度保持一致,加料過快 RE,2,O,3,溶解不完全,加料過慢 RE,2,O,3,濃度過低陽極效應(yīng),F,-,放電,稀有金屬冶金,2.工藝因素及其控制(1)電解溫度稀有金屬冶金,37,表7-15,稀有金屬冶金,表7-15稀有金屬冶金,38,演講完畢，謝謝聽講,!,再見，see you again,3rew,2024/11/21,稀有金屬冶金,演講完畢，謝謝聽講!再見，see you again3rew,39,