镝铁阴极电蚀对稀土电解槽电解特性的影响

随着稀土熔盐电解槽电解过程的进行,阴极形状会随着时间的推移发生电腐蚀,电解槽底部阴极锥角α不断增大,对电解效率与热场产生了一定影响.以越南镝铁阴极稀土电解槽为研究对象,利用COMSOL多物理场耦合软件,计算了稀土电解槽中阴极不同电解阶段不同阴极形状的电解特性参数,得到了电解槽中不同阴极锥角α值与最大电流密度关系曲线图,并分析了电解槽内阴极电蚀对整个电解反应过程的影响,为电解槽的后期维护提供了参考依据.     

稀土电解槽不同阴极结构的电解特性分析

针对柱式阴极稀土电解槽内电热场分布不均匀,导致电解效率降低的问题。以15 kA大电流稀土电解槽为研究对象,对板式阴极和柱式阴极结构电解槽分别进行三维电热场的模拟,得到两种结构下电解槽的电热场分布云图,并进行对比分析。分析结果表明,板式阴极稀土电解槽结构优于柱式阴极稀土电解槽。然后对板式阴极结构电解槽电极插入深度进行研究,以电极底部到槽底的距离为参数,选取一组合适的数据进行电解过程模拟分析并进行优选,为板式阴极稀土电解槽的结构优化提供理论依据。     

稀土熔盐电解中电解槽温度分布测定

针对熔盐电解制备稀土中间合金过程中电解温度对合金组成的影响很大，通过不同阴极电流密度和电解电流条件对电解槽温度分布的测定，得到了氯化物熔盐电解制备富钇－镍稀土中间合金中电解槽熔体温度分布曲线，对指导生产具有一定的意义。     

不同保温层厚度下稀土电解槽电热场分析

目前,稀土熔盐电解法是制取稀土金属的主要工业生产方法之一,其中电解槽保温层是影响电解温度的重要条件之一。以赣州某企业8 kA稀土电解槽为研究对象,利用COMSOL软件进行模拟仿真,研究电解槽保温层厚度不同的情况下电解槽的温度场和电场参数,得到不同保温层厚度下电解槽温度场与电场的分布情况。结果表明：电解槽在电解过程中保温层壁面的温度差要远大于石墨坩埚壁面温度差,表明保温层在电解槽电解过程中起着主要的保温作用;随着保温层厚度的增大,电解区域的温度逐渐增加,温度梯度逐渐减小,温度场分布更均匀;电解槽的阴极表面电流密度先增大后减小,在保温层厚度为78 mm时,阴极表面电流密度达到最大值,即3.568×10⁴ A/m²,阴极表面电流密度越大则电解槽电解效率越高。结合电场和温度场分布结果得出,当电解槽保温层的厚度为78 mm时,电解槽的电解效率最高。     

稀土电解槽三维电场和温度场的分析研究

以6 kA稀土熔盐电解槽为研究对象,采用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件,建立稀土熔盐电解槽三维电场和温度场的数学模型进行计算和分析。分析得出:稀土熔盐电解槽内电场分布以阴极与阳极之间电势梯度最大,电势线较为密集;温度场以阴极和阳极中间区域为主要发热区,说明电解发生区域主要集中在阴极与阳极中间。     

通电方式对稀土熔盐电解影响的数值模拟及分析

在稀土熔盐的电解过程中,不同的通电方式对槽内各物理场影响也不同,进而会对电解槽的电解效率产生一定的影响。本文以某企业8 kA稀土电解槽为原型,通过Comsol的热电耦合模块研究通电铜板单侧与多侧分布的通电方式及通电铜板的不同位置分布下的电解槽电解时内部各物理场的变化情况,通过对比电流密度、电势差、电解温度的大小寻找最合适的通电方式。结果表明：只考虑电解效率时,导电板四侧中位通电最优分布方式,此时电解槽内电流密度最大,电能损耗最低,电解效果最好。若考虑制造成本以及可操作性,导电板单侧中位分布是最优解,这种设计的电解槽电解效率较高,同时也留出较大操作空间。其余几种分布均存在弊端,需要进一步完善。该研究旨在为稀土电解槽的结构优化提供参考意见。     

辅热式15 kA稀土电解槽电场和热场的仿真分析

市面上中、小型稀土电解槽存在效率低、底部金属易凝结、产量小等不足。以15 kA稀土电解槽为研究对象,先探究外部铺设辅热装置能否改善电流密度分布和提升温度,再探究辅热位置和辅热温度对电解槽的电场和热场的影响,建立辅热前后电解槽的电热场三维仿真模型,观察电热场分布情况。结果表明,电解槽外部铺设辅热装置能有效改善电流密度分布,阴极底部最大电流密度有效提升,同时槽内温度有所提升,高温面积增大,有利于电解反应高效持续进行。在电解槽下部铺设辅热设备,并设置辅热温度为1310 K时,阴阳极间电流密度最大,且分布均匀;有利于提升电解效率;同时底部坩埚保持较高温度,可减少稀土金属在坩埚内凝结沉积。     

10kA底部阴极稀土熔盐电解槽热平衡计算

对10kA底部阴极结构稀土熔盐电解槽进行了热平衡计算,并对计算结果进行了分析和讨论,为槽型的改进和电解过程的节能降耗提供合理有效的建议.     

15 kA稀土电解槽阴阳极中心距对槽内电热场影响的模拟分析

为了解决稀土电解槽内热场分布不均匀的问题,建立15kA稀土电解槽三维模型并对模型的阴阳极中心距进行调整,同时利用COMSOL软件对不同阴阳极中心距下的电解槽内电热场进行模拟分析,从而得到电解槽内三维电热场的分布情况。结果表明:电解槽内高温等值面随着阴阳极中心距的增大不断朝电解槽中心移动,右侧阴极的最高等温面逐渐缩小并从阳极脱落,而左侧阴极附近最高等温面不断扩大并向电解槽中心移动;随着阴阳极中心距的增大,电解槽内最大电流密度的变化未出现明显规律,在阴阳极中心距d=33 mm时达到极大值,此时高温等值面分布也最为均匀;最佳电解槽阴阳极中心距为33mm。     

阴、阳极结构优化对稀土电解槽电热场的影响

针对稀土电解槽中阳极消耗后变形及阴极棒底部电流密度过大导致电热场分布不合理的现象,本文以某企业8 kA稀土电解槽为研究对象,运用COMSOL多物理场耦合软件对阳极倾角和阴极结构同时优化后的模型进行了三维电热场的模拟,并对电解槽的电热场分布进行分析研究。结果表明：在阴极棒底部优化成半球形结构后,阴极底部电流密度降低,且电解槽的下半部分电场分布更为均匀,改善了电解槽的局部过热的情况;阳极倾角适当增大,可以使槽内电压降低,高温区域向槽底转移;在阴极底部半球形结构条件下,当阳极倾角为8°、插入深度为320 mm时,电热场分布最为合理。     

稀土熔盐电解过程电极双电层对电场的影响

建立了计算电解槽内部电场的数学模型；对电解槽内部电场进行了计算；通过考虑电极表面双电层和不考虑电极表面双电层两种情况经过对电解槽内部电场的比较，认为电极侧表面双电层和电极底表面与侧表面相交的角部区域双电层对电解槽内部电场分布都有一定的影响，在进行电场计算时，电极表面双电层是必须考虑的一个因素。     

稀土电解槽电化学三维时变流场数值模拟

目前对电解槽流场分析建立在气体或金属溶体定量单一流动的假设上,为更真实地表现电解槽在电解过程的流场变化,利用ANSYS Fluent软件对稀土电解槽进行电化学三维时变流场数值模拟研究。以加料镨钕氧化物时刻为初始时间的12 min槽内电化学瞬态三维模拟分析。仿真结果与生产实际相符。得出流场主要流动方式为阳极内侧区域生成气体向上流动,流速常居于最大值;阴极区域生成金属溶体向下流动,流速次之;阳极与阴极之间区域以此形成纵向涡流,流速小于前两者;阳极外侧区域为流动死区,流速最小,坩埚收集区域整体趋于稳定,流速远小于阳极内侧及阴极区域;电解至10 min镨钕氧化物被消耗殆尽,流场速度逐渐减小。      

Simulation of Flow Field of Molten Salt in Neodymium Metal Electrolytic Cell Using Vortex-Flow Function Method

With the applications of Nd-Fe-B material extending in recent years, the materials of neodymium metal and other rare earth metal alloy confront the increased demand and the high quality request at the same time.These factors stimulated greatly to perfect the producing craft of RE metals and improve the equipments.The rare earth electrolysis cell is developing towards large-scale way.Notwithstanding the present electrolysis cell of Nd metal, include 6 kA and 10 kA cell, exists some insurmountable problems during operation and these problems lead to lower electric efficiency and higher operating costs.So it is significant to study the physical fields of rare earth electrolysis cell.In this paper,a numerical flow mode is established using vortex- flowing function method and the fluid flow field of 3000A Nd electrolysis cell is computed using MATLAB.The results of the study will be important reference in theory for improving and enlarging rare earth fluoride system cell.     

稀土电解槽电解效率优化数值模拟

建立了考虑阳极表面气体存在的稀土电解槽流场—电场双向耦合模型,根据阳极气体作用下的电场分布情况来调节阳极下半部倾角,从而使电场分布相对平衡。结果表明,电场受阳极气体影响呈斜型分布,调节阳极下半部倾角为3°~6°,阳极下端电压降主要区域向坩埚一侧偏移,当倾角达到5°时,槽体内部电场分布相对均匀,有效改善了电解效率。     

非均一极距对稀土电解多相流影响的数值模拟及实验验证

为了研究极距非均一性对电解槽电、热、流场的影响, 引入一个函数D表示极距的非均一性, 建立了极距非均一性数学模型, 模拟了非均一性极距下电场、温度场的分布规律, 以及计算了非均一性极距下的流场、气泡和金属液滴的分布状况。通过研究4种不同极距非均一性D, 分析可得:当D在1~1.48范围内增大时, 阴极两侧极间电流分布变化逐渐不对称, 发热量减小, 气泡含量及紊流强度发生改变, 且阴极稀土金属液在滴落的过程中, 偏离电解槽中心线角度为0°~30°, 但此时电解槽槽况稳定, 可以落入槽底的坩埚内; 当D=1.73时, 偏离角度为43°, 槽况恶劣, 此时稀土金属便不能落入坩埚内, 需要更换新阳极, 以保证正常电解。本文通过等距压降法对阳极电流分布进行测量, 并对比分析了实际电流测量值与模拟电流值, 其计算误差为2.7%~5.6%, 因此通过数值模拟可以反映出极距非均一性对阳极电流分布不均的影响, 为优化实际生产中的流程操作, 提高电解效率, 降低能耗提供保障。      

Si3N4结合SiC材料在稀土电解槽中的应用及效果

采用Si3N4结合SiC板作为3kA液态下阴极稀土金属电解槽的侧壁材料,进行了实际电解工艺试验,考察了Si3N4结合SiC材料在稀土熔盐电解槽上的使用效果,研究表明,Si3N4结合SiC材料在稀土熔盐中腐蚀较严重,尤其是靠近电解槽阴极位置,由于弥散在电解质中的金属雾和阳极产生的气体加剧了Si3N4结合SiC材料受腐蚀破坏;板材由于受热不均产生了开裂现象,且开裂位置会加剧材料的腐蚀破坏,进一步的分析表明,Si3N4结合SiC材料在稀土熔盐中主要受腐蚀的是含Si3N4的结合相。     

Rare Earth Metals and Alloys by Electrolytic Methods

Fused salt electrolysis as applied to the production of reactive refractory metals is a useful process for rare earth metals preparation also. The relatively low melting point of some of the rare earth metals and many of their alloys is an advantage here. With great ingenuity, electrolytic cells have been designed and methods developed for the preparation of high melting rare earth metals also in consolidated forms, using oxide–fluoride electrolytes. Any process of rare earth metal preparation had to contend with the great reactivity of these metals not only with the atmospheric gases but also with a great variety of crucible materials as well. The development of electrolytic processes involving both the chloride medium as well as the oxide–fluoride compositions had to be guided by this factor. The search for solutions to circumvent the numerous challenges inherent in the electrolytic extraction of rare earth metals led to some interesting process development. One of them is the preparation of rare earth metals by a method involving a consumable cathode. In this an alloy is prepared first by electrolysis and the metal is then recovered by a simple non electrolytic route from the alloy. Using one or other of these three possibilities, all the rare earth metals, and many of their alloys, could be prepared by electrolytic methods. All these issues and possibilities are highlighted in this paper.     

Rare Earth Metals and Alloys by Electrolytic Methods

Abstract

Fused salt electrolysis as applied to the production of reactive refractory metals is u useful process for rare earth metals preparation also. The relatively low melting point of some of the rare earth metals and many of their alloys is an advantage here. With great ingenuity, electrolytic cells have been designed and methods developed for the preparation of high melting rare earth metals also in consolidated forms, using oxide - fluoride electrolytes. Any process of rare earth metal preparation had to contend with the great reactivity of these metals not only with the atmospheric gases but also with a great variety of crucible materials as well. The development of electrolytic processes involving both the chloride medium as well as the oxide-fluoride compositions had to be guided by this factor. The search for solutions to circumvent the numerous challenges inherent in the electrolytic extraction of rare earth metals led to some interesting process development. One of them is the preparation of rare earth metals by a method involving a consumable cathode. In this an alloy is prepared first by electrolysis and the metal is then recovered by a simple non electrolytic route from the alloy. Using one or other of these three possibilities, all the rare earth metals, and many of their alloys, could be prepared by electrolytic methods. All these issues and possibilities are highlighted in this paper.     

提高铜电解电流效率的生产实践

影响紫金铜业电解厂铜电解过程电流效率的主要因素,包括电解液的杂质离子、循环量及温度、极间距、阳极板的物理规格、电解槽的对地漏电和电流密度。针对各因素采取相应的措施来提高电流效率,能够取得较好的效果,使其基本保持在98%左右。     

稀土电解槽气液两相流动数值模拟

利用CFD软件,建立了稀土电解槽的阳极气泡及熔体整体流场数学模型。对稀土电解槽的阳极表面化学反应自动生成气体的流场进行了数值模拟,得出了电解槽的熔体整体流场分布图及在不同位置气体浓度分布曲线图,使之更贴近于电解槽的实际工况,为熔盐稀土电解槽的槽型优化提供依据。