超高纯金属铈工业化生产工艺研究
时间:2017年06月08日   信息来源:本站原创    【 字体:

高纯金属铈作为镍氢电池中重要的负极材料,随着环保型电动汽车及混合动力汽车的深入研究和广泛应用,对金属铈的需求量越来越大,品质要求也越来越高,同时,国家大力推行节能减排和同行业间竞争越来越激烈,因此,研究品质稳定符合市场需求且生产成本低、收率高,适合工业化生产的金属铈电解工艺势在必行。

1、工艺介绍

工艺采用CeF3-LiF熔盐体系加CeO2电解,CeO2在氟化物熔盐中溶解、离解,稀土离子在阴极放电析出。

生产原辅材料:CeO2:TREO>99.0%,CeO2/TREO>99.99%; CeF3:TREO>84.0%,CeO2/TREO > 99.99%,F>27%;LiF: LiF>99.0%。

生产设备:高频开关电源:8000 A/12 V;电解炉:自制。

操作过程:将CeF3LiF按一定配比,分批加入电解槽内,用石墨短接起弧熔化电解质,待电解质熔化至要求量达到预定温度后,加氧化铈正常电解,定时出金属,更换阳极。

研究方法:在生产过程中通过改变工艺参数,通过计算生产的一次合格率、收率和电解的电流效率来确定最仕工艺参数。

收率=实际产出合格产品(kg)/实际投入金属量(kg)x100 %

电流效率=实际产量(kg)/理论产量(kg)x100%

一次合格率=合格批次/实际出炉批次x100 %

2、结果与讨论

    2.1阳极电流密度的影响

生产过程中通过改变阳极大小或调节阳极浸入熔盐电解质的深度的方式来调节阳极的电流密度,通过计算生产收率和电流效率来探讨阳极电流密度对电解的影响。通过生产实践发现:当阳极电流密度太大(>1.2 A/cm2)时,电解温度明显上升,金属铈中的C含量明显升高,同时金属在熔盐中的溶解和二次作用加剧,导致电解收率和电效均下降;当阳极电流密度<0.8 A/cm2时,熔盐电解质的温度明显降低,甚至会出现冒槽的现象,也不利于电解的正常进行。

2.2极距的影响  

    设计电解炉除了要考虑阳极电流密度外极距也是一个很重要的因素。通过生产探讨发现:电解金属铈时极距控制在8一10cm之间电效最高,当极距小于8cm时,熔盐电解质的循环明显加剧,电解金属的二次作用明显加剧,从而使电解电效下降;当极距大于10cm时熔盐电解质的温度明显上升,产品中C含量升高,生产的一次合格率下降,对正常电解也不利。

2.3电解质组分的影响

    工艺采用CeF3-LiF二元熔盐体系,当LiF:CeF3=(15-20):(85-80)比较合适,生产中发现,当熔盐中LiF含量超过20%时电解的一次合格率开始下降,特别是当LiF含量超过25%时电解的一次合格率急剧下降,表现为炉温明显降低,电解炉吃料速度明显减慢;当熔盐中LiF含量低于15%时电解的一次合格率开也会下降,这时熔盐的温度明显升高,金属在熔盐中的二次作用加剧,导致产品C含量升高,一次合格率和收率均下降。

2.4电解温度的影响

    电解温度与熔盐成分、极距、阳极电流密度、加料速度等因素有关,电解温度在9000C左右比较合适,电解温度过高,金属铈在熔盐中的二次作用加强,产品中C含量升高,影响生产的一次合格率;温度过低,熔盐粘稠,造成排碳困难,同样不利于电解的正常进行。通过精心操作,将电解工艺参数控制在最佳范围内,可使金属铈产品C含量小于200 PPM的一次生产合格率达到99%、收率可达97 %、电效可达87%以上。

3结论

    1)采用木工艺生产的高纯金属铈产品完全适用于电动汽车储氢阴极材料。

    2)电解筑炉工艺和阳极夹材质的选择对产品中非稀土杂质的控制起着至关重要的作用。

(3)本高纯金属铈的生产工艺适用于连续规模化生产。其质量指标及经济技术指标己达到国内同行较好水平。