中國稀土熔鹽電解工藝技術(shù)發(fā)展展望

中國稀土熔鹽電解工藝技術(shù)進(jìn)展展望任永紅我國稀土熔鹽電解技術(shù)進(jìn)展歷程熔鹽電解法是制備稀土金屬及其合金的重要方法之一。1875年，首先由希爾德布及鐠釹合金。用化學(xué)爭論所開頭探究爭論稀土氯化物電解工藝技術(shù)，并成功制備了金屬鑭、金屬鈰1965800A3KA規(guī)模電解槽的工業(yè)化生產(chǎn)，該電解工藝主要產(chǎn)品是混合稀土金屬，主要應(yīng)用于發(fā)火材料，同時也可以制備熔點較低的單一稀土金屬鑭、鈰、鐠等。當(dāng)時氯化物熔鹽電解體系的電解槽為上插陰極構(gòu)造，由鉬棒〔條〕作為陰極，電解槽內(nèi)襯為石墨整體坩堝并兼作為1。1整體型氯化物體系電解槽鉬陰極；2.石墨坩堝；3.瓷碗接收器；4.液態(tài)金屬；5.陽極母線；6.電解質(zhì)液面；7.鐵外殼10爐更換整體石墨坩堝。該工藝最大優(yōu)勢是電解原料本錢低，將稀土氯化物結(jié)晶料直接入爐。缺點也很明顯，氯化物揮發(fā)物及尾氣氯氣無收集裝置，無組織排放嚴(yán)峻，操作環(huán)境惡劣。半連續(xù)操作使電解過程波動很大，電流、溫度的不穩(wěn)定造成電流效率只有60%3～5kg，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，工人勞動強度大。1024℃。承受氯化物電解工藝制備工藝要求操作溫度高于金屬熔點，該工藝用于制備金屬釹會導(dǎo)致電解質(zhì)揮發(fā)加劇，因1/7此，用氯化物體系電解生產(chǎn)金屬釹在本錢上是不經(jīng)濟(jì)的。等熔點較高的稀土金屬產(chǎn)品需求不斷擴大，激發(fā)了氟鹽體系氧化物電解技術(shù)的研發(fā)。3KA解工藝逐步取代氯化物電解工藝成為主流技術(shù)。3KA級氟鹽體系電解工藝的電解槽也是上插陰、陽極構(gòu)造，由上部中心鎢棒作為/板，槽體內(nèi)襯為圓形整體石墨62010-182。圖2 整體式氟鹽體系氧化物電解槽3.4.5.石墨陽極6.石墨坩堝與氯化物體系電解工藝相比，氟鹽體系電解工藝具有本質(zhì)的優(yōu)勢。首先，尾氣中CO以及少量CO23KA70-80%。在3KA規(guī)模的根底上進(jìn)一步提高單爐的電解規(guī)模是提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和均一性的有效途徑。由于受石墨電極材料尺寸的限制，整體型上插陰極構(gòu)造電解槽擴容空間有限。為了擴大電解槽的爐膛尺寸，必需承受分體石墨砌筑方式。早在上世紀(jì)7010KA2/7解槽的工業(yè)試驗。19951996200010KA型電解槽應(yīng)用于金屬釹制備的試驗獲得成功。20028贛州晨光、南方高科、西安西駿、丹東金龍等企業(yè)也開發(fā)了有自己特色的萬安培砌筑型稀土電解槽并投入運行。氟鹽體系砌筑型電解槽連續(xù)了整體槽型的上插陰、陽極構(gòu)造，將上插陰極由原來3。圖3 砌筑型氟鹽體系氧化物電解槽2.剛玉磚；3.石墨陽極；4.石墨內(nèi)襯；5.耐火磚；6.鎢陰極；7.鑄鋼板；8.電解質(zhì)；9.搗打料；10.液態(tài)金屬產(chǎn)品；11.鋼板外殼砌筑型電解槽應(yīng)用使得單槽規(guī)模擴大，生產(chǎn)運行更加穩(wěn)定，工藝技術(shù)指標(biāo)也有了8氯化物體系電解工藝由于其高耗能和高污染，在本世紀(jì)初逐步被氟鹽體系電解工〔2011》將“稀土氯化物電解制備金屬工藝工程”作為落后有色金屬工藝被淘汰。3/74/7現(xiàn)有稀土熔鹽電解工藝存在的問題目前工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)有稀土氟鹽體系電解槽的電極配置仍沿用了90的上插陰、陽極構(gòu)造，該構(gòu)造的熱量來源主要是兩極之間的反響區(qū)電解質(zhì)發(fā)熱和高陰極電流密度造成陰極自身發(fā)熱。因此，槽體的溫度分布與電極配置全都，起于陰陽極之間反響區(qū)的熔鹽外表，止于槽體中心的陰極下端，沒有掩蓋到底部接收器，造成了爐膛溫度上高低低的分布狀態(tài)。由此帶來了一些無法回避的問題：爐口溫度高，槽體和陽極燒損嚴(yán)峻，電解質(zhì)揮發(fā)量大；電流效率和產(chǎn)品質(zhì)量的影響很大；人工勺舀出爐；尾氣粉塵的無組織排放嚴(yán)峻，無法滿足環(huán)保要求。續(xù)性差造成電流效率無法進(jìn)一步提高。上述這些弊端產(chǎn)生的根源是電極配置構(gòu)造不合理。冰晶石體系氧化鋁電解槽的槽型和工藝技術(shù)已經(jīng)格外成熟。其底部炭塊與外部的陰極鋼棒相連接，使底部液態(tài)金屬成為陰極。這種構(gòu)造我們稱之為液態(tài)陰極構(gòu)造〔底部陰極構(gòu)造/下陰極構(gòu)造。液態(tài)陰極構(gòu)造使電解槽的高溫區(qū)位于陽極下部的水平反響區(qū)內(nèi)，這樣液態(tài)金屬產(chǎn)品總是處于既定的高溫狀態(tài)，而爐口熔鹽外表溫度相對較低。這種上低下高的溫度分布更有利于電解過程的挨次，這很早就成為業(yè)內(nèi)人士的共識。稀土熔鹽電解工藝技術(shù)進(jìn)展的展望稀土熔鹽電解技術(shù)的第三次革迫在眉睫。液態(tài)陰極電解工藝成為主流技術(shù)人們很早就已經(jīng)生疏到上插陰、陽極構(gòu)造稀土電解槽存在一些與生俱來的、無法10KA201115據(jù)。還有很多同仁針對稀土液態(tài)陰極電解工藝進(jìn)展了大量的根底理論爭論工作。目前尚存在兩個技術(shù)瓶頸：高溫冶金砌筑材料及設(shè)計手段和思路。發(fā)揮數(shù)值模擬的優(yōu)勢。化運行。氟鹽體系液態(tài)陰極稀土電解槽的技術(shù)優(yōu)勢格外明顯：電流效率、料比、電耗等技術(shù)指標(biāo)會大大改善；由于爐口溫度大幅度降低，槽體壽命將成倍延長；電解槽密閉運行，尾氣有效回收利用；舊石墨陽極與陽極對接使用，石墨陽極的利用率接近100%；產(chǎn)品批量可以依據(jù)用戶需求在100-500公斤范圍調(diào)整；稀土電解生產(chǎn)治理系統(tǒng)成為企業(yè)治理的主要手段稀土電解生產(chǎn)需要與時俱進(jìn)，徹底擺脫作坊式治理模式，迫切需要一套生產(chǎn)治理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)電解設(shè)備運行數(shù)據(jù)的存儲和實時監(jiān)控，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)共同維護(hù)生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)生成電子記錄本，可以隨時查看各車間、各爐子的運行數(shù)據(jù)和指標(biāo)。各類信息化生產(chǎn)治理將提升整體的行業(yè)進(jìn)展水平。生產(chǎn)治理系統(tǒng)的提升將給企業(yè)帶來實實在在的經(jīng)濟(jì)效益。治理系統(tǒng)實施以后，人們可以隨時查看各車間、各爐子的運行數(shù)據(jù)和指標(biāo)，避開人為的拖延和扯皮現(xiàn)象。運用科電解生產(chǎn)過程的自動化水平大幅度提高個設(shè)備的運行狀況和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。10KA5產(chǎn)品批量和質(zhì)量均一性將為后續(xù)釹鐵硼合金的熔配工序供給產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性保障。械手來關(guān)心完成。稀土氯化物電解工藝重應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)及氯化物揮發(fā)物對環(huán)境的破壞；另一方面是與氟鹽體系電解工藝相比較氯化物電解電流效率低，電耗高。但在其他有色輕金屬行業(yè)中，由于電解槽爐口封閉問題被很好地處理，氯化物體系電解工藝仍是生產(chǎn)鎂金屬、鋰金屬的主要方法。過程中，氯氣可以作為稀土電解的副產(chǎn)品為企業(yè)制造效益。造成氯化物體系電解生產(chǎn)稀土金屬工藝能耗高的緣由，一方面是高陰極電流密度使槽電壓增高；另一方面稀土金屬在氯化物電解質(zhì)中的溶解度高，造成局部金屬產(chǎn)品在流入接收器的過程中被二次氧化。而液態(tài)陰極槽型構(gòu)造的陰極電流密度小，陰極反響區(qū)的壓降格外低，使槽電壓大幅度降低；另外，稀土離子直接在底部的液態(tài)金屬外表被復(fù)原成單質(zhì)金屬融入液態(tài)金屬中，產(chǎn)品二次氧化的幾率格外低，從而電流效率大大提高。估量氯化物體系液態(tài)陰極電解槽生產(chǎn)混合稀土金屬，電流效率可以從60%左75%10-12Kwh/kgRE8Kwh/kgRE濾、灼燒等轉(zhuǎn)型環(huán)節(jié)，集約化生產(chǎn)可以大幅降低稀土金屬產(chǎn)品的本錢。稀土元素應(yīng)用不平衡問題起到樂觀作用。結(jié)語系砌