添加氧化钕对钕用炭素阳极性能影响的研究

摘要

钕广泛应用于永磁材料、储氢材料、激光材料、高级合金等方面，在高新材料领域占有非常重要的地位。目前金属钕主要通过NdF3-LiF-Nd2O3熔盐体系电解制备，电解槽采用上挂式阴阳极、敞口，槽电压高，电能效率低，能耗大。而下阴极结构电解槽阳极自下而上消耗，可以采用大尺寸阳极以降低炭块的毛耗率，可随时升降阳极以控制极距在最佳范围内，且可在低槽压下操作，易于实现自动控制，节能前景好，但该槽型易发生阳极效应。
　　本文以石油焦为骨料、沥青为粘结剂、Nd2O3粉末为添加剂制备炭素阳极，研究Nd2O3添加量对炭素阳极的电阻率、真密度、空气氧化活性、阳极与NdF3-LiF-Nd2O3熔盐的润湿性等物化性质和阳极临界电流密度、阳极气体逸出行为等的影响规律。
　　研究结果显示，炭素阳极的电阻率、灰分和空气氧化活性均随氧化钕添加量的增大而增大，体积密度和真密度略有波动，电解质对炭素阳极的润湿性随阳极中氧化钕含量的增大而明显改善。温度升高，电解质对炭素阳极的润湿性变好。与不含氧化钕的阳极相比，含2.5％氧化钕的阳极的电阻率增大了9.87％;含氧化钕2.5％的阳极在氧化钕浓度为3％的电解质中润湿角最小，为91.9°。
　　炭素阳极的临界电流密度随氧化钕添加量的增大而提高。当熔盐组成为NdF3(wt83.3％)-LiF(wt14.7％)-Nd2O3(2％)时，不含氧化钕阳极的临界电流密度为1.92A·cm-2，含2％氧化钕阳极的临界电流密度为8.4A·cm-2，提高了3倍以上。温度升高有利于炭素阳极临界电流密度的提高。添加氧化钕有利于降低阳极过电压;与不含氧化钕的试样相比，当氧化钕含量为2％时，阳极试样的过电压降低100mV以上。电压波动测试表明，炭素阳极中添加氧化钕后，电压波动高频部分明显增加，利于气泡释放，气膜过电压降低。在一定范围内，高电流密度有利于阳极气泡逸出。
　　炭阳极中添加适量氧化钕，除电阻率略有增加外，其它物化性能均基本符合行业标准，电解质对炭阳极的润湿性明显改善，临界电流密度显著提高，阳极气泡易于释放，对降低阳极效应系数，降低能耗具有非常重要的意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 钕的用途

1．2．1 在稀土永磁材料中的应用

1．2．2 在高级合金中的应用

1．2．3 在其它方面的用途

1．3 钕的生产工艺

1．3．1 氯化钕熔盐电解制备金属钕

1．3．2 钕镁中间合金法

1．3．3 氯化钕钙还原制备金属钕

1．3．4 氟化钕熔盐电解氧化钕生产金属钕

1．4 稀土熔盐电解技术发展历程及现状

1．4．1 稀土熔盐电解的一般过程及原理

1．4．2 稀土氯化物熔盐体系的电解

1．4．3 稀土氧化物在氟化物熔盐体系中的电解

1．4．4 现行钕电解存在的问题

1．5 添加剂对炭素阳极性能影响研究现状

1．6 本文研究内容

第2章 含氧化钕阳极主要物化性质的研究

2．1 引言

2．1．1 阳极炭块的制备

2．2 电阻率

2．2．1 理论基础

2．2．2 测试步骤

2．2．3 结果与讨论

2．3 灰分测试

2．3．1 理论基础

2．3．2 测试过程

2．3．3 结果与讨论

2．4 体积密度测试

2．4．1 理论基础

2．4．2 结果与讨论

2．5 真密度测试

2．5．1 理论基础

2．5．2 测试过程

2．5．3 结果与讨论

2．6 空气氧化活性测试

2．6．1 理论基础

2．6．2 测试过程

2．6．3 结果与讨论

2．7 润湿性测试

2．7．1 理论基础

2．7．2 测试过程

2．7．3 结果与讨论

2．8 小结

第3章 含氧化钕阳极电化学性能的研究

3．1 引言

3．2 临界电流密度的测定

3．2．1 理论基础

3．2．2 测试过程

3．2．3 结果与讨论

3．3 断电流法测过电位

3．3．1 理论基础

3．3．2 测试过程

3．3．3 结果与讨论

3．4 电压波动测试

3．4．1 理论基础

3．4．2 实验步骤

3．4．3 结果与讨论

3．5 小结

第4章 结论

参考文献

致谢