稀土百科 | 自耗阴极电解法制取稀土合金

1)基本原理

固体自耗阴极电解法，主要用于制取各种单一或混合稀土金属与钴或铁的合金以及某些稀土金属(如钆、钇等)与铬或镍等的合金，作为生产若干稀土功能材料的中间原料。阴极由铁族金属Fe、Co、Ni 或Cr的自耗棒组成。稀土金属沉积在铁族金属的阴极上，通过相互间的原子扩散而生成稀土合金。电解工作温度低于阴极铁族金属的熔点，而高于稀土金属与铁族金属之间形成的低共熔物的熔点。

随着在阴极上不断形成液体合金并下滴人池，固体阴极逐渐消耗，剩余阴极陆续降入电解质中。

2)氯化物体系电解制取钕铁合金

Nd-Fe-B合金是20世纪80年代发展起来的新一代永磁材料。而Nd-Fe合金是制备Nd-Fe-B合金最基础的原料。

氯盐体系的电解质为NdCl₃ 和KCl的熔体，电解使用圆形石墨电解槽，用纯铁棒做自耗阴极。由Nd-Fe系相图可知，在质量组成为Nd-Fe处，合金的熔点约为800℃,为此制取这种成分的Nd-Fe合金，其电解过程可在850℃下进行。电解温度较低，给Nd-Fe生产带来很大方便。

在阴极上生成Nd-Fe合金的电极过程，与电解稀土钴合金相似。实践证明，J_k和电解质中的NdCl₃含量对电流效率有显著影响。由于在电解条件下，温度对金属原子的扩散速度起主要作用，随着J_k的增高，阴极表面温度不断上升，这就加快了合金化的打散过程，故使电流效率明显提高。同时钕也有某些变价性质，当电解时金属钕溶于电解质熔体之后，它能还原Nd³⁺生成低价钕离子。

所以电解质对金属钕的溶解量，取决于NdCl₃在电解质中的含量。NdCl₃含量高，钕在电解质中的溶解损失增大，电流效率降低;但若NdCl₃含量过低，则电解质中的K⁺可能同时放电，也将导致输入电流的损失。

氯化物体系电解制取Nd-Fe合金的典型工艺条件如下：电解温度850~870℃,阴极电流密度11A/cm²， 电解质中NdCl₃ 的含量14%(质量)。在此条件下制得的Nd-Fe合金含Nd 83%(质量)，电流效率为37%，钕的回收率为90%。所制钕铁合金适于生产Nd-Fe-B高效永磁材料。

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