CN113897641B - 一种降低稀土金属熔盐渣产生量的电解方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低稀土金属熔盐渣产生量的电解方法，根据稀土氧化物的物理性状，调节熔盐电解质的粘度和电导率，再采用的相应的电流电压进行电解。本发明通过该方法加入炉内的稀土氧化物料都被电解成为稀土金属，减少了电解过程熔盐渣的产生量，在加入同样多原料的情况下，得到了更多的稀土金属，一方面提高了稀土金属的电解回收率，另一方面也提高了一次电解的产力。

Description

一种降低稀土金属熔盐渣产生量的电解方法

技术领域

本发明属于电解稀土金属技术领域，尤其涉及一种降低稀土金属熔盐渣产生量的电解方法。

背景技术

现有稀土金属生产多采用氧化物-氟化物熔盐电解方式，即以稀土氧化物为主要原料，氟化物作熔盐电解质，在高温状态下，稀土氧化物(REO)溶解在熔盐电解质中，分解成带正电的稀土金属离子(RE³⁺)和带负电的氧离子(O^2-)，在直流电场的作用下，带正电的稀土金属离子(RE³⁺)向阴极迁移并在阴极得到电子变成稀土金属(RE)；带负电的氧离子(O^2-)向阳极迁移并在阳极释放电子变成氧分子(O₂)，部分氧分子与石墨阳极中碳反应生成二氧化碳(CO₂)。

电解使用的稀土氧化物来源广泛，虽然他们的化学成份相差不大，但物理指标(如原料粒度、松散状态及压实状态下的堆积密度、流动性、浸润性能等)方面都存在较大差异，使得不同厂家的原料加入电解炉内的电解反应效果存在很大差异，有些原料加入炉内漂浮在电解质液面，不易被电解质浸润，由于热气流带动增大了飞扬损失；有些原料加入炉内沉降快，还未充分反应就下沉到炉底，与一些难溶解于熔融电解质的杂质聚集在一起形成老化熔盐渣。这些熔盐渣堆积在电解炉底部逐渐硬化，若附着在钨坩埚上，将造成坩埚容积变小，最终无法盛放电解出来的稀土金属而被迫停炉；若附着在石墨槽底部，将造成炉底上涨，最终导致阳极与石墨槽短接，电解反应异常，因此，当炉内产生熔盐渣后，都需要及时将其清理出来。

在清理熔盐渣时，一般都是用钢钎将其撬下，再从熔融电解质中捞出，这些操作将带出大量的电解质(主要成份是稀土氟化物)，熔盐渣中稀土含量都很高，但是由于这些熔盐渣含有大量杂质，且密度较大，很难再次进行电解使用，都只能作为废料交给稀土废料回收企业再次提取有用成份，一方面存在较大资源浪费，另一方面也增加了电解稀企业的生产成本

为此，如何提供一种可以降低稀土金属电解熔盐渣产生量和提高一次电解产力的电解方法，是本领域研发技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种降低稀土金属熔盐渣产生量的电解方法，通过该方法，加入炉内的稀土氧化物料都被电解成为稀土金属，减少了电解过程熔盐渣的产生量，在加入同样多原料的情况下，得到了更多的稀土金属，一方面提高了稀土金属的电解回收率，另一方面也提高了一次电解的产力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种降低稀土金属熔盐渣产生量的电解方法，根据稀土氧化物的物理性状，调节熔盐电解质的粘度和电导率，再采用的相应的电流电压进行电解。

本发明根据物理性状调节熔盐体系的粘度和电导率，一般来说，稀土氧化物的堆积密度越大，要求熔融电解质的黏度越高，以减缓稀土氧化物在电解质中的沉降速率；稀土氧化物的浸润性好，熔融电解质中的稀土氧化物含量高，电导率随之下降，就需要通过调节熔盐配比来提高电导率，合适的粘度和电导率可以使稀土氧化物能快速溶解入熔盐电解质中，并且使其的沉降速度合适，让其有充分的电解时间，减少了电解过程熔盐渣的产生量，在加入同样多原料的情况下，得到了更多的稀土金属。

优选地，所述物理性状指标包括堆积密度或者浸润性。

堆积密度大的物料在融熔电解质中沉降速率快，需要增大融熔电解质的黏度，增加物料滞留时间；浸润性好的物料能更快溶解在融熔电解质中，电解反应速率快。

优选地，所述稀土氧化物和所述熔盐电解质的质量比为100:3-7。

熔盐电解质的配入量的依据是要保证其补充量与消耗量平衡，本发明配比能充分发挥电解炉产能。

优选地，所述熔盐电解质由氟化稀土和氟化锂组成，所述氟化稀土和所述氟化锂的质量比为6-10:1。

氟化稀土和氟化锂的比例是调节熔盐黏度、电导率、熔点的关键因素，氟化锂加入比例大则黏度和熔点降低、电导率增大。

优选地，所述稀土氧化物为轻稀土氧化物。

优选地，所述氟化稀土为轻稀土氟化物,所述氟化稀土和所述氧化稀土为同一种或相同的多种稀土金属元素。

优选地，所述电解的电压为稀土金属氧化物的理论分解电压的3－4倍。

所述电压根据稀土金属氧化物的理论分解电压确定，在实际稀土金属电解生产中，电压会在熔盐电解质中产生电压降，根据电解槽的结构尺寸差异，电解电压一般为理论分解电压的3－4倍。稀土金属分解电压高的电解电压则高，所述电流是反应输入炉内的功率大小，电压一定时，输入电流大则电解功率大；电流恒定时，输入电压越高电解功率越大。电流与电解质的电导率成正比关系，电压一定时，电解质的电导率越高则电流越大

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明提供了一种降低稀土金属熔盐渣产量的电解方法，通过该方法，加入炉内的稀土氧化物料都被电解成为稀土金属，减少了电解过程熔盐渣的产生量，在加入同样多原料的情况下，得到了更多的稀土金属，一方面提高了稀土金属的电解回收率，另一方面也提高了一次电解的产力，电解稀土金属的熔盐渣产生量至少降低30％，可提高电解回收率0.5％以上，提高稀土金属一次电解产力5％以上。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种降低稀土金属熔盐渣产生量的电解方法，具体包括以下步骤：

(1)稀土氧化物采用甲公司的氧化镨钕，其堆积密度为2.36g/cm³，属于堆积密度较大的镨钕氧化物，在熔融电解质中沉降速率快，需增加电解质的黏度，熔盐中氟化锂配入比例按下限；因此按氧化镨钕质量的4.5％配入氟化镨钕，再按氟化镨钕与氟化锂质量比10：1的比例加入氟化锂，三种物料充分混合均匀，得到镨钕金属电解原料；

(2)将镨钕金属电解原料分批均匀加入到电解槽内，采用金属钨作为阴极，石墨作为阳极，通入直流电进行电解；在1000℃下条件下，氧化镨的理论分解电压为2.37V、氧化钕的理论分解电压为2.264V，生产中的电解电压8.2V，电流5500A，在1050℃左右连续电解得到镨钕金属；

(3)连续生产一个月，熔盐渣产生量由此前平均18.2kg/台·月降低到12.4kg/台·月，降幅达31.9％；电解炉产力由此前的平均4733kg/台·月提高到5006kg/台·月，增幅达5.77％。

实施例2

一种降低稀土金属熔盐渣产生量的电解方法，具体包括以下步骤：

(1)稀土氧化物采用乙公司的氧化镨钕，其堆积密度为1.74g/cm3，属于堆积密度较小的氧化物，在熔融电解质中沉降速率较慢，可适当降低电解质黏度。本实施例按氧化镨钕质量的3.7％配入氟化镨钕，再按氟化镨钕与氟化锂质量比8：1的比例加入氟化锂，三种物料充分混合均匀，得到镨钕金属电解原料；

(2)将镨钕金属电解原料分批均匀加入到电解槽内，采用金属钨作为阴极，石墨作为阳极，通入直流电进行电解；在1000℃下条件下，氧化镨的理论分解电压为2.37V、氧化钕的理论分解电压为2.264V，生产中的电解电压9V，电流6000A，在1050℃左右连续电解得到镨钕金属；

(3)连续生产一个月，熔盐渣产生量由此前平均18.2kg/台·月降低到11.9kg/台·月，降幅达34.6％；电解炉产力由此前的平均4733kg/台·月提高到5054kg/台·月，增幅达6.78％。

实施例3

一种降低稀土金属熔盐渣产生量的电解方法，具体包括以下步骤：

(1)稀土氧化物采用丙公司的氧化镨钕，其在融熔电解质中的溶解速率较快，属于浸润性较好的氧化物，电解过程中会降低熔盐体系的电导率，可适当提高熔盐中氟化锂的比例来提高电导率。本实施例按氧化镨钕质量的4.0％配入氟化镨钕，再按氟化镨钕与氟化锂质量比7：1的比例加入氟化锂，三种物料充分混合均匀，得到镨钕金属电解原料；

(2)将镨钕金属电解原料分批均匀加入到电解槽内，采用金属钨作为阴极，石墨作为阳极，通入直流电进行电解；在1000℃下条件下，氧化镨的理论分解电压为2.37V、氧化钕的理论分解电压为2.264V，生产中的电解电压8.5V，电流6000A，在1050℃左右连续电解得到镨钕金属；

(3)连续生产一个月，熔盐渣产生量由此前平均18.2kg/台·月降低到13.2kg/台·月，降幅达27.5％；电解炉产力由此前的平均4733kg/台·月提高到4978kg/台·月，增幅达5.18％。

实施例4

一种降低稀土金属熔盐渣产生量的电解方法，具体包括以下步骤：

(1)稀土氧化物采用丁公司的氧化镨钕，其在融熔电解质中的溶解速率较慢，属于浸润性较差的氧化物，电解过程中会熔盐体系的电导率偏低，可适当降低熔盐中氟化锂的比例来调节电导率。本实施例按氧化镨钕质量的4.0％配入氟化镨钕，再按氟化镨钕与氟化锂质量比9：1的比例加入氟化锂，三种物料充分混合均匀，得到镨钕金属电解原料；

(2)将镨钕金属电解原料分批均匀加入到电解槽内，采用金属钨作为阴极，石墨作为阳极，通入直流电进行电解；在1000℃下条件下，氧化镨的理论分解电压为2.37V、氧化钕的理论分解电压为2.264V，生产中的电解电压8.7V，电流5800A，在1050℃左右连续电解得到镨钕金属；

(3)连续生产一个月，熔盐渣产生量由此前平均18.2kg/台·月降低到12.7kg/台·月，降幅达30.2％；电解炉产力由此前的平均4733kg/台·月提高到4990kg/台·月，增幅达5.43％。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种降低稀土金属熔盐渣产生量的电解方法，其特征在于，根据稀土氧化物的物理性状，调节熔盐电解质的粘度和电导率，然后将所述稀土氧化物和所述熔盐电解质混合均匀后，再加入电解炉内进行电解；

所述物理性状的指标包括堆积密度或者浸润性；所述稀土氧化物的堆积密度越大，要求所述熔盐电解质的粘度越高，以减缓所述稀土氧化物在所述熔盐电解质中的沉降速率；所述稀土氧化物的浸润性好，所述熔盐电解质中的所述稀土氧化物含量高，电导率随之下降，通过调节熔盐配比来提高电导率；

所述稀土氧化物和所述熔盐电解质的质量比为100:3-7；

所述熔盐电解质由氟化稀土和氟化锂组成，所述氟化稀土和所述氟化锂的质量比为6-10:1；所述氟化锂加入比例大则粘度和熔点降低、电导率增大；

所述稀土氧化物为轻稀土金属氧化物；

所述氟化稀土为轻稀土金属氟化物。

2.根据权利要求1所述的一种降低稀土金属熔盐渣产生量的电解方法，其特征在于，电解电压为稀土金属氧化物的理论分解电压的3-4倍。