稀土电解槽阳极表面多孔介质对流场影响的数值模拟
近年来,稀土钕铁硼永磁材料的性能得到提升的同时,热压稀土永磁体的制备研究以及稀土磁制冷技术也取得了巨大进步。随着对高纯氧化钇涂刻蚀极大规模集成电路、稀土荧光粉制备、面向太阳能的稀土发光材料、LED发光材料和LED荧光粉的制备等高新稀土材料的研究、应用不断深入,作为稀土金属生产的主要方法熔盐电解法,发挥到更加重要的作用。通过优化工艺参数,可以提高生产效率、产品质量和降低能源消耗,对稀土冶金工业有着重要意义。 目前稀土电解槽的发展已经较为成熟,普遍使用的是3 kA上插式稀土氟化物-氧化物体系电解槽。因其构造简单、工艺成熟、适合规模化推广的优点使其不断得到社会的认可,但是在生产实践中依然存在着尚未解决的问题。本文以3 kA电解槽槽型的阳极为主要研究对象,在前人的研究基础上,以镁、铝电解槽为参考,为稀土电解槽选择合适的阳极材料,分析阳极气体的成分,并且探讨其运动对流场的影响,并且选择合适的阳极材料和合适的比表面积以及工艺温度。为优化生产提供借鉴。具体工作以及结果如下: (1)本课题研究阳极材质对电场的影响以及阳极表面多孔介质对流场的影响。研究发现,阳极材质和表面形貌以及内部结构对宏观的电场、流场产生较大影响,为以后的低成本生产和节能减排、减能增效提供新的参考。 (2)分别计算插入深度为200 mm、220 mm和240 mm,采用半石墨质、半石墨化以及石墨化三种材料制成的阳极时的稀土熔体内部电场。发现当选择阳极的插入深度为220 mm时的焦耳热放出较多,且采用石墨化电极作为阳极材料时可以在一个生产周期内节约71.3元,可以有效的降低生产成本。在当今稀土规模化生产的形势下,创造可观的经济效益。 (3)通过石墨炭块表面热重实验发现在1000℃以上时,稀土电解槽阳极表面产生的阳极气体主要为一氧化碳以及极其微量的二氧化碳。 (4)采用欧拉多相流模型计算了不同比表面积和工作温度下的流场分布,最终计算得到阳极反应表面的比表面积为3.3×106 m-1,生产温度控制在1303 K时更加合理,对电解质的流动和金属钕的收集最为有利。
稀土电解槽;数值模拟;电极材料;流场分布;多孔介质
内蒙古科技大学
硕士
冶金工程
刘中兴
2014
中文
TF845;TF351
80
2014-10-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）