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《西安建筑科技大学》 2015年
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熔盐电解稀土金属Nd用石墨阳极的失效及防护

刘志飞  
【摘要】:稀土金属Nd是制备优异磁性能稀土NdFe B永磁体的重要原料,市场不仅日益对其需求量剧增,而且用户对其质量提出越来越高的要求。大规模钕冶炼生产中普遍采用以石墨作阳极,以钨棒为阴极,在石墨槽体盛装的高温熔盐(1000~1100℃)中进行Nd电解,底部收集铸造成型主导工艺技术,这得益于石墨拥有优良的导电导热性、耐熔盐侵蚀性强、易于加工、抗热冲击好。但作为可消耗阳极,电解生产用石墨阳极消耗量约为633kg/tNd,占到电解生产成本的25%左右,而且消耗的石墨会造成NdFeB因C含量高而导致磁体内禀矫顽力大大降低,污染产品,因而,控制稀土氧化物熔盐电解过程中石墨阳极过早失效降低碳污染是困扰生产的现实紧迫问题。本研究针对稀土熔盐电解过程中石墨阳极的消耗情况进行现场调研以分析其失效机理,同时有针对性地开展了高温熔盐电解槽中测温装置的设计、熔盐挥发损失测定设计以及实验研究了浸渍硼酸盐、浸镀SiC的防护特性。取得的主要结果有:(1)氟盐体系中稀土Nd电解用的石墨阳极材料在1000~1150℃高温下多孔结构的石墨因与活性氧发生高温氧化和与浸渗的氟盐发生化学浸蚀而导致过早失效,其中高温氧化占据主导机制,温度越高氧化越严重,熔盐“翻滚流动”造成冲刷侵蚀和充足的供氧协同使得熔盐液面处破损最严重;化学浸蚀作用不及氧化损伤,却能相互促进;两种损伤机制均因孔洞结构引发洞内活性反应而使得石墨颗粒剥落,污染熔盐和稀土金属。(2)熔盐电解制备金属Nd中,石墨阳极处于高温熔盐的状态,电解工艺参数—温度对其失效有着重要的影响,为此,根据石墨阳极所处的高温环境进行了高温熔盐电解槽中测温装置的设计,并给出了测温实施方法。(3)稀土Nd在高温熔盐电解生产时,为了控制因高温熔盐电解质强烈的挥发而造成槽液组成剧变,对此开展了相关的熔盐挥发损失测定设计,并提出熔盐取样方案及熔盐化学组成分析方法。(4)采用浸渍法使硼盐浸渍液填充于石墨孔隙中,在高温作用下孔隙中的硼盐随温度升高而反应形成的玻璃态B2O3填充于石墨孔隙中和表面上,其附着性好,可起到了隔绝氧化和熔盐化学侵蚀的作用,使石墨在1h短时间内得以保护,但随着时间延长,保护作用丧失,这与覆盖在石墨表面和孔隙中的硼盐浸渍物在高温下挥发及其自身发生反应有关。(5)石墨阳极表面熔盐浸镀SiC从热力学方面计算,在低于1200℃下Si与C相互反应便可生成SiC,而且随着温度的降低,发生反应越容易。但经实验证实,SiC没有在石墨表面生成,可见该反应在热力学有自发反应趋势,而在动力学上限制了SiC合成速度。
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TF845

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