熔盐电解制备铝-钕母合金的研究

本文是以液态铝为阴极，在稍高于铝-钕合金低共晶点的温度下，熔盐电解制备铝-钕母合金。工作内容分两部分：I、在较低温度(660-700℃)下电解NdCl_3-KCl·NaCl熔体及氟化物添加剂对电解的影响，II、NdCl_3-KCl·NaCl-NaF及NdCl_3-KCl·NaCl-CaF_2熔体部分熔度图。本文第一部分，在30重量%NaCl_3-70重量%KCl·NaCl熔体中，首次于700℃下较系统地研究电解制备铝-钕母合金，电流效率达到78%，加机械搅拌时可达90%，大大超过熔盐电解制备金属钕的电流效率（50%）。但是，实验中看出纯氯化物熔体存在着下列缺点：1、造渣较多，2、当阴极电流密度高于0.75安培/厘米~2时，阴极上生成枝状物沉积；虽然机械搅拌能避免枝状物生成，但操作不便，搅拌棒材料不易解决。本工作的重点是通过添加氟化物改善熔体性能，提高电流效率。实验得出：何氯化物熔体添加氟化物，不仅能改善金属在熔体中的凝聚性能；还能增加熔体流动性、减少造渣、提高熔体稳定性，便于电解质的连续使用；特别是能促进Nd~(3+)离子被铝热还原，使Nd~(3+)离子被电化学还原的同时，伴随的化学还原作用加剧了，提高了钕的沉积效率。本工作还确定，多种氟化物均可作为添加剂，添加量为1%左右，便可得到满意的结果，而无需机械搅拌。实验证实，在熔盐电解制备铝-钕合金时，温度是一个重要因素。除电解质的温度外，阴极合金的温度也有影响，二者的温度愈低，愈有利于提高电流效率。当阴极合金温度不高于675 ℃时，电流效率最高。为配合熔盐电解制取铝-钕母合金，还研究了熔盐的部分物理化学性质。Nd~(3+)离子的析出电势测量结果表明，无论在纯氯化物熔体，还是加有少量氟化物的熔体中，钕在液态铝阴极上的析出电势都比在固态钼阴极上的低1伏左右；不论在液态或固态阴极上，也不论于纯氯化物或加有少量氟化物的电解质中，Nd~(3+)离子的析出电势均随其浓度的增加而下降；但氟化钠的加入使钕的析出电势升高了90毫伏。表面张力测量结果表明，氟化钠使熔体表面张力增大。第二部分，绘制了NdCl_3-KCl·NaCl-NaF及NdCl_3-KCl·NaCl-CaF_2两个熔体的部分熔度图。在实际电解所采用的浓度范围，即NdCl_3含量为10～30重量%时，向熔体添加NaF和CaF_2，对体系初晶点有不同的影响：加1%左右的NaF，体系初晶温度即达到最低点，而加CaF_2，需8%左右才能达到最低点。所得熔度图表明，往溶有10～30重量% NdCl_3的KCl·NaCl熔体添加1%左右的NaF或CaF_2，其初晶点均低于645 ℃，均适于作为在较低温度下电解制备铝-钕母合金的电解质。此外，在附录中还综述了熔盐电解铝-钕母合金的有关研究概况和主要研究方向。