低电流密度电解金属钕研究
钕
主要用途
钕元素凭借其在稀土领域中的独特地位，多年来成为市场的热点。金属钕的最大用户是钕铁硼永磁材料。钕 铁硼永磁体的问世，为稀土高科技领域注入了新的生机与活力。钕铁硼磁体磁能积高，被称作当代“永磁之王”， 以其优异的性能广泛用于电子、机械等行业。阿尔法磁谱仪的研制成功，标志着我国钕铁硼磁体的各项磁性能已 跨入世界一流水平。钕还应用于有色金属材料。在镁或铝合金中添加1.5-2.5%钕，可提高合金的高温性能、气密 性和耐腐蚀性，广泛用作航空航天材料。另外，掺钕的钇铝石榴石产生短波激光束，在工业上广泛用于厚度在 10mm以下薄型材料的焊接和切削。在医疗上，掺钕钇铝石榴石激光器代替手术刀用于摘除手术或消毒创伤口。钕 也用于玻璃和陶瓷材料的着色以及橡胶制品的添加剂。随着科学技术的发展，稀土科技领域的拓展和延伸，钕元 素将会有更广阔的利用空间。
发现历史
发现年代
发现人
发现过程
冯·韦尔塞巴赫
1885年
1839年瑞典人莫桑得尔（der）发现了镧和镨钕混合物（didymium）。
这之后，各国化学家特别注意从已发现的稀土元素去分离新的元素。
1885年奥地利人韦尔塞巴赫（ach）从莫桑得尔认为是“新元素”的镨钕混合物中发现了镨和钕。其中一种 被命名为neodidymium，后来被简化为neodymium，元素符号Nd，就是钕元素。
钕、镨、钆、钐都是从当时被认为是一种稀土元素didymium中分离出来的。由于它们的发现，didymium不再 被保留。而正是它们的发现打开了发现稀土元素的第三道大门，是发现稀土元素的第三阶段。但这仅是完成了第 三阶段的一半工作。确切的将应该是打开了铈的大门或完成了铈的分离，另一半就将是打开钇的大门或是完成钇 的分离。
理化性质
单质密度：7.007g/cm3 单质熔点：1024℃ 单质沸点：3074℃ 体积弹性模量：31.8Gpa 原子化焓：322kJ/mol 热容：27.45J/(mol·K) 导电性：0.0157×106/(cm·Ω) 导热系数：16.5W/(m·K) 熔化热：7.140kJ/mol 汽化热：273.0kJ/mol 原子体积：20.6cm3/mol
钕 热点元素
钕热点元素钕，是一种稀土元素，化学符号为Nd，原子序数为60。
它是一种银白色金属，具有良好的磁性和导电性。
钕在许多高科技领域，如磁性材料、储氢合金、激光材料、电池材料等方面都有广泛的应用，因此备受关注。
1. 钕的发现钕是由瑞典化学家卡尔格斯纳和布隆斯特伦于1885年首先从钇土矿中分离出来。
由于它的化学性质与其他稀土元素相似，因此在当时被称为“未知的轻土元素”。
经过多年的研究，才确定它是一种独立的元素。
2. 钕的物理性质钕是一种银白色金属，具有高度的磁性，属于铁磁性材料。
它的密度为7.01克/厘米3，熔点为1024℃，沸点为3074℃。
钕在空气中比较稳定，但容易与氧气、水蒸气等反应，生成氧化钕。
3. 钕的化学性质钕是一种稀土元素，与其他稀土元素一样，在化学性质上具有相似性。
钕与非金属元素氧、硫、卤素等反应，生成相应的氧化物、硫化物、卤化物等。
钕在氧气存在下易被氧化，生成氧化钕（Nd2O3）。
4. 钕的应用4.1 磁性材料钕元素是目前最为先进的稀土磁性材料之一，具有极强的磁性，是磁体材料的主要成分。
钕铁硼永磁材料是一种高磁能密度、高磁留量、高感应强度的永磁材料，被广泛应用于电机、电子、仪表等领域。
4.2 储氢合金钕可以与氢结合形成储氢合金，储氢比体积高、储氢容易和释放容易。
因此，钕储氢合金是一种可以作为高效储氢介质的重要材料。
4.3 激光材料钕元素是一种非常重要的激光材料。
钕掺杂的荧光晶体具有良好的激发和发射特性，可以用来制造激光器。
利用钕激光器可以制造出高质量的光纤、光通信器件、高精度测量设备等。
4.4 电池材料钕可以用来制造镍-金属氢化物电池的正极材料。
这种电池具有高能量密度、高电压和长寿命等特点。
相对于其他电池，镍-金属氢化物电池在环保、资源节约等方面具有很大的优势。
5. 钕的环境影响钕虽然在许多高科技领域有着广泛的应用，但是它的开采和加工过程中，可能会对环境造成一定的影响。
钕开采产生的废水和废渣含有重金属等有害物质，如果没有妥善处理，可能会对环境造成污染。
氟化物体系熔盐电解制钕存在问题及改进建议
流 效率 均能 明 显提 高１ ３ １ 。
电解过 程 的 主要反 应式 为 ：
阴 极 ： ｄ ＋３ Ｎ ｅ＿ Ｎ ． ｄ
Ｎｄ ＋ Ｍ ｇ Ｍｇ Ｎｄ — ：
１ 几 种 工 艺 介 绍
１１ 氯化物 熔盐 体 系法 ．
合 金 的密 度 随 钕含 量 的增 加 而增 大 ． 当其 大 于 电解
质 的密 度 时 ， 金 阴极 开 始 下 沉 ， 人 底 部 接 收 器 合 落
本 文 介 绍熔 盐 电解 法 制 取 金属 钕 的几 种 工 艺 ，
对 存在 的一 些 问题进 行探 讨 。
中。 电解 时 搅 拌合 金 可加 快 钕 向合金 内部 扩 散 ， 强
就 占 ５ ％左 右 。 ０
阴极 反应 ： ｄ＋ ｅ Ｎ Ｎ ３＋３ ｄ上；
阳极 反应 ：Ｃ ｅ一 ３ １Ｔ。 ６ １一６ Ｃ２
此 工艺 过 程 简单 ， 于作 业 ； 原 料 易 吸潮 ， 易 但 电
解 挥 发损 失较 大 。 ｄ在 电解 质 中溶 解 度较 大 ． ｄ收 Ｎ Ｎ
率 很 低 ． 流效 率 较 低 ． 电 电解 析 出 大 量 氯气 易 污染
环境 ． 使该 法 在工 业生 产 中未能 推 广应用 。 １２ 钕 镁 中间合 金 法 。
早 在 １７ ８ ５年 ． ｉｅ ｒｕ Ｈ ｌ ｈａ ｄ等 人 采 用 氯 化 物熔 盐 ｌ 电解 法 制 取金 属 以来 ， 盐 电解 法 已 发展 成 为 生 产 熔 稀 土金 属及 合 金 的 主要 方 法【 目前 国外 用 稀 土 氧 ｌ １ 。 化 物 制 取稀 土 金属 所 用 的 电解 槽 主 要有 ２种 ， 种 一 是 日本 用 于 生 产 的 非 结 壳 型 电解 槽 ，采 用 石 墨 阳 极， 电解 槽 内衬 由抗 氟盐 腐 蚀 材 料 制 成 ： 一 种 是 另
金属钕生产工艺
金属钕生产工艺金属钕是一种重要的稀土元素，在高新技术领域有广泛的应用，如电子、光学、磁性材料等。
金属钕的生产工艺主要包括矿石选矿和冶炼两个环节。
矿石选矿是金属钕生产的第一步，其目的是从稀土矿石中富集出钕。
通常采用湿式选矿方法，利用浮选、磁选、重选等技术进行分离。
首先对稀土矿石进行粉碎，然后通过浮选将钕富集到浮选泡沫中，进一步进行磁选和重选，最终得到钕中间产品。
选矿过程中需要添加一些药剂，如捕收剂和调整剂，以提高选矿效果。
钕中间产品经过精炼处理得到金属钕。
传统的冶炼方法是真空炉冶炼，首先将钕中间产品经过氧化还原反应还原成金属钕，然后通过真空电弧炉进行熔炼，最后得到金属钕。
但真空炉冶炼的工艺复杂、能耗高、产能低，限制了金属钕的生产规模。
近年来，随着技术的进步，气固法冶炼逐渐取代了真空炉冶炼。
气固法冶炼是在高温下将钕中间产品与还原剂反应生成金属钕。
首先将钕中间产品与还原剂混合均匀，制成颗粒状物料。
然后将物料加入到冶炼炉中，控制好温度、气氛和时间等参数，使其发生反应，生成金属钕。
气固法冶炼具有工艺简单、能耗低、环保等优点，逐渐成为金属钕生产的主要工艺。
此外，金属钕的精炼还需要通过残渣处理、钕铁合金处理等步骤。
残渣处理是将冶炼过程中产生的废渣进行处理，回收其中的稀土元素。
钕铁合金处理是将金属钕与铁进行熔炼，控制好比例和温度，得到合金产品，以提高金属钕的纯度和品质。
综上所述，金属钕的生产工艺主要包括矿石选矿和冶炼两个环节。
矿石选矿是从稀土矿石中富集钕的过程，冶炼是将钕中间产品经过精炼处理得到金属钕的过程。
气固法冶炼逐渐取代了真空炉冶炼，成为金属钕生产的主要工艺。
金属钕的生产工艺不断提升，为稀土元素的应用开辟了更广阔的市场。
低电流密度电解金属钕研究
豢
收 稿 日期 ：０６－ １—１ ２０ ０ ０
修 回 日期 ：０６－ ３—１ ２０ ０ ６
基金项 目： 国家 “ ６ ” 导 计 划 资 助项 目 （０ ３ ０ ０ ４ ． ８３ 引 ２ ０ ＡＡ０１２ ）
作者简 介： 张小联（１６ ９ ５一） 江西东乡人 ， ， 硕士， 教授级高工 ， 研究方向为稀土冶金及材料．
维普资讯
２０ ０ ６年 第三期
赣 南 师 范 学 院 学 报
Ｊ ｕｎ ｌ ｆＧ ｎ ａ ｅ ｃ ｅｓＣ ｌ ｇ ｏ ｒ ａ ａ ｎ ｎＴ ａ ｈ ｒ ｏｌ ｅ ｏ ｅ
Ｎｏ ３ ．
Ｊｎ ．０ ６ ｕｅ２ｏ 源自低 电流 密 度 电解 金 属 钕 研 究 豢
种敞开式和上挂阴、 阳极的方式却一直没有改变． 目前国内氟化体系稀土金属电解 的阴极和 阳极 电流密度都较高 ， 金属钕 电解 阴极 电流密度 ５— ／ ８Ａ ｃ 阳极 电流密度 １ １５Ａ ｃ 电解电压 ９— １ ， ｍ， — ． ／ｍ ， １ Ｖ 每吨金属 电耗高达 １００度 ， ４ ％的热量是靠炉 口 ００ 有 ５ 辐射散发 ， 电能有效利用率只有 ３ ％左右 ． ０ Ｊ稀土金属电解与铝电解有一定 的相似性 ， 根据铝电解槽设计经 验， 封闭式的下埋阴极稀土电解槽一直是人们研究开发的方向之一． 但是 ， 由于稀土金属的高活泼性 、 高温氟 化物熔盐的强腐蚀性 、 稀土氧化物在熔盐中的溶解度很小等众多原因， 又导致稀土电解槽与铝电解槽有较大 差异 ， 正 能用于 生产高 纯度稀 土金 属 的下 埋 阴极 稀 土 电解槽 一直 没有研 制成 功 ． 真 下 埋 阴极 熔 盐 电解 槽 由 于 电 流 分 布 和 结 构 等 方 面 的原 因 ， 阳极 电流 密 度 差 异 不 能 太 大 ， 南 非 阴、 如 Ｈｉｓ ｅ 厂 ３０Ｋ ｌｉ 铝 ｌｄ ２ Ａ铝 电解槽 中 阳极 和 阴极 电流 密度 都为 ０７ ６— ．９ ／ｍ ４； ．８ ０７ ９Ａ ｃ 【 以往 的稀 土 电解 槽 因石 墨阳极导电性质决定其电流密度设计通常都在 １５Ａ ｃ ． ／ ｍ 以下， 太大易过热发红而加快烧损 ， 因此 ， 下埋 阴 极稀土电解槽的阴极电流密度设计将考虑在 ２Ａ ｃ ／ｍ 以下． 为考察低电流密度条件下对稀土金属电解 电流 效率的影响 ， 同时为下埋阴极稀土电解槽的设计提供可靠依据而进行 了本研究工作． １ 试 验 装置 与方 法 原 材料 氧 化 钕 ： 土 总 量 ≥９ ． ％ ； ｄ０ ／ Ｅ 稀 ９ ５ Ｎ ２ ３Ｒ Ｏ≥９ ％ ； 化 ９ 氟 （） 阴极 １ 钨 锂： 纯度 ３９ ％ ； 化钕 ：ｄ Ｒ ３９ ％ ； 土总量 ３８ ％． ９ 氟 Ｎ／Ｅ ９ 稀 ３ （） 墨阳极 ２ 石 （） 坩埚 ３钼 电解装 置 电解试验 装 置如 图 １ 所示 ． （ 保温砖 ４ 】 试验 方 法 用 外 热 式加 热 炉保 持 和 控制 电解 温 度 ， 极 用 ８ 阴 （ 电解槽外 壳 ５ ） （） 保护 壳 ６钢 ｍ ｍ钨棒 ， 阳极用内径 １０ｍ 、 ０ ｍ 外径 １０ｔ ｉ高 １０ＩＩ的筒状石墨 ， ５ ｎ ｏ 、 ４ ｌ ＩＩ Ｉ 用 电炉 变压器 升温 到 电解 温度后 ， 始通 直 流 电电解 ． 开 电解 时 ， 阳极 浸 入熔 盐 深度平 均 为 １５ｍ 阴极 浸入 熔盐 深 度平 均 为 ９ ０ ｍ， ０ｍｍ． 电解 直 图 １ 金 属 钕 试 验 电解 槽 结 构 简 图 流 电源 由上海整 流器 生产 的 ５０Ａ ０ ／０一ｌ ２Ｖ整流器 供给 ， 电解 温度采
y组元素在镁合金中的固溶度
y组元素在镁合金中的固溶度
Y组元素（稀土元素）在镁合金中的固溶度取决于多个因素，包括合金化元素的原子半径、化学亲和力以及晶格稳定性。
一般来说，稀土元素在镁合金中的固溶度较低，通常只能以几个原子百分比(atomic percent)的量级存在。
以下是一些常见的稀土元素在镁合金中的固溶度示例：
1) 镧（La）：其在镁中的固溶度为约1-2 atomic %左右。
2) 镨（Pr）：其在镁中的固溶度为约1-2 atomic %左右。
3) 钕（Nd）：其在镁中的固溶度为约1-3 atomic %左右。
需要注意的是，镁合金中的稀土元素通常以析出物的形式存在，即超过其最大溶解度的部分会形成分散的颗粒或粒子。
这些析出物可以通过改变合金化元素的含量、热处理等方法来控制和调整。
此外，具体合金化元素的固溶度还受其他因素的影响，例如合金化元素与基体金属之间的相互作用、热处理条件等。
因此，精确的固溶度取决于具体的合金组成和处理过程。
钕的提炼工艺是什么工艺
钕的提炼工艺是什么工艺钕的提炼工艺主要包括以下几个步骤：矿石选矿、石灰石焙烧、碳酸钕热解、离子交换、氧化、还原以及电化学精炼等。
下面将详细介绍钕的提炼工艺。
第一步是矿石选矿。
钕矿石的主要矿物有贝雕石、钕铈矿、金钱石等。
在选矿过程中，通常通过碎石、磨矿和浮选等方法，将矿石中的有用矿物与无用杂质分离。
第二步是石灰石焙烧。
石灰石焙烧是一种将石灰石加热至高温的过程，通过加热可以将石灰石中的氧化物转化成一氧化碳或二氧化碳，从而让石灰石中的有价值成分得到保留。
第三步是碳酸钕热解。
碳酸钕是一种重要的钕矿石，在高温下可以分解成氧化物和二氧化碳。
通过碳酸钕热解，可以将碳酸钕转化成钕氧化物。
第四步是离子交换。
离子交换是一种常用的分离、富集和纯化钕的方法。
在离子交换过程中，钕离子与其他金属离子之间发生交换反应，从而得到富集的钕溶液。
第五步是氧化。
将钕溶液中的钕离子氧化成钕的氧化物。
通常使用氧化剂如高锰酸钾或二氧化氯来进行氧化反应。
第六步是还原。
将钕的氧化物还原成金属钕。
还原是通过加热或者使用化学还原剂如氢气进行的。
第七步是电化学精炼。
电化学精炼是将还原后的钕溶液经过电解处理，通过控制电流密度和时间等参数，从而得到纯度较高的钕金属。
上述是一种常用的钕提炼工艺，但具体工艺参数和流程可能会因不同的生产厂商和设备而有所不同。
此外，还有其他一些辅助工艺如溶剂萃取、晶体化学等也可以用于钕的分离和纯化。
总结起来，钕的提炼工艺主要包括矿石选矿、石灰石焙烧、碳酸钕热解、离子交换、氧化、还原和电化学精炼等步骤。
这些工艺能够将钕从矿石中提取出来，并将其纯化成金属钕。
通过这些工艺的应用，可实现钕的高效利用和综合加工。
铷铯及其化合物的提取工艺及研究进展
铷/铯及其化合物的提取工艺及研究进展目前，世界上铷、铯盐工业生产的主要原料是铯榴石和锂云母。
用铯榴石生产铯盐多用酸法，包括硫酸法、盐酸法、氢氧酸法，以硫酸法和盐酸最为流行。
用碱法处理铯榴石有碳酸钠烧结法、氧化钙---氯化钙烧结法、氯化钙---氯化铵烧结法等。
用锂云母生产铷、铯盐时，一般采用氯锡酸盐法、铁氯化物、BAMBP 萃取法。
对于铷铯含量低的公司液体矿物，如海水、盐湖卤水、工业母液，一般采用吸附法和萃取法。
2.1 铷及其化合物提取工艺及研究进展2.1.1 铷及其化合物提取工艺及研究进展由于铷是分散元素，常与其他碱金属元素，如丰度很大的钾共生，且它们无论是物理还是化学性质都十分接近，这为铷的分离、提纯和产品深加工带来了很大困难，增加了铷提取、提纯工艺的复杂性。
从最古老的分级结晶法开始，逐步开发出了沉淀法、离子交换法、溶剂萃取法等多种提铷工艺，并仍在研究其他有效提取方法。
一、分步结晶分离法……二、沉淀法在工业生产中，常用沉淀法分离提取铷，尤其适用于从含铷量高的卤水或溶液中分离提取铷。
……三、离子交换法离子交换法也是从盐湖卤水或制盐卤水中分离提取铷的常用生产方法。
……四、溶剂萃取法采用溶剂萃取法分离、……2.1.2 铷化合物提纯和金属铷的制备技术铷及其化合物的产品纯度对保证其应用和后续产品质量至关重要。
近年来，国内外在铷及其化合物的提纯方面也做了一些研究工作。
有研究用工业碳酸铷为原料，……电解法在由石墨阳极和铁阴极组成的电解槽内电解熔融氯化铷是本森(Bunsen)和契尔戈夫(Krichhoff)首次制得金属铷的方法。
……热分解法热分解法是制取少量高纯金属铷的一种方法。
……金属热还原法金属热还原法是制取金属铷的最简便方法。
…….2 铯及其化合物提取方法及研究进展由于与铯伴生的其他碱金属元素无论是物理性质还是化学性质都与铯十分接近，给分离带来了很大困难，因而铯的分离技术研究也成为人们非常感兴趣的课题。
国家标准《铈铁合金》
行业标准《镨钕钆金属》征求意见稿编制说明一、任务来源1.任务背景目前生产钕铁硼永磁材料用金属镝、钆等金属主要由金属热还原法制备。
这种制备方法由于工艺流程长，并采用活性金属钙作为还原剂，因此生产成本高，对钕铁硼永磁体的应用产生了一定的影响。
同时由于生产重稀土金属熔点较高且工艺流程长，所产生出的重稀土金属中非稀土杂质含量较高，尤其是重稀土金属中影响钕铁硼性能较大的氧、氮及难熔金属等有害杂质含量较高，已经影响到高性能钕铁硼产品的生产。
因此，降低钕铁硼材料用重稀土金属生产成本已成为钕铁硼材料生产厂家对稀土金属生产厂家最迫切的要求。
随着钕铁硼用量的逐年递增，寻求新型稀土合金的需求凸显。
电解法生产镨钕钆金属国内只有几家科研院所在进行研究，生产工艺及产品成分稳定性等方面仍需进一步完善。
从1985年起，包头稀土研究院就对氟化物体系电解稀土氧化物生产稀土中间合金工艺进行研究。
2013年，完成了镨钕钆（Gd10-20mass%）中间合金的电解法生产工艺研究，并进行了批量生产。
在研发过程中，对电解质体系和组元、电解温度、阴阳极电流密度、阴阳极合理配置等工艺技术条件对合金成分的稳定性、合金的碳含量、电流效率等经济技术指标的影响进行了深入系统的研究，确定了优化工艺参数，并可进行工业化生产。
我院分别为包头市金蒙汇磁材料有限公司、山东依诺威强磁材料有限公司、包钢稀土中试基地、宁波科田等单位提供该产品，用户反映钕铁硼用廉价镨钕钆中间合金，已经用在N42钕铁硼产品中，经过性能测试，得出合金化效果好，磁体性能稳定（磁能积42MGOe,剩磁感应强度1300KGs,矫顽力13.6KOe）,矫顽力提高近2%。
钕铁硼成本降低1.89%。
随着钕铁硼永磁体应用领域的扩大，钕铁硼永磁材料生产成本的降低已成为影响钕铁硼永磁体广泛应用的重要因素。
由于镨钕钆金属较高的性能价格比,其取代单一重稀土金属已经成为一种趋势,市场份额将逐年增加。
随着国内外用户对其认可程度的提高,市场容量会在较短的时间里快速增加,远景规模将达到1000吨/年以上。
钕
应急处理
隔离泄漏污染区，限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防毒服。收入金属容器并保存在煤油或液体石蜡中。
储包装标志
易燃液体
包装方法
螺纹口玻璃瓶、铁盖压口玻璃瓶、塑料瓶或金属桶（罐）外普通木箱；螺纹口玻璃瓶、塑料瓶或镀锡薄钢板桶（罐）外满底板花格箱、纤维板箱或胶合板箱。
储运事项
封存于固体石蜡或浸于煤油中。储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。包装要求密封，不可与空气接触。应与氧化剂、酸类、卤素分开存放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备。起运时包装要完整，装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。严禁与氧化剂、酸类、卤素、食用化学品等混装混运。运输途中应防曝晒、雨淋，防高温。中途停留时应远离火种、热源、高温区。装运该物品的车辆排气管必须配备阻火装置，禁止使用易产生火花的机械设备和工具装卸。铁路运输时要禁止溜放。
眼睛防护：戴化学安全防护眼镜。
身体防护：穿防毒物渗透工作服。
手防护：戴橡胶手套。
其它：工作现场严禁吸烟。实行就业前和定期的体检。
急救与应急
急救措施
吸入：脱离现场至空气新鲜处。如呼吸困难，给输氧。就医。
眼接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。就医。
皮肤接触：脱去污染的衣着，用流动清水冲洗。
食入：饮足量温水，催吐。就医。
相对密度（水=1）：6.80
饱和蒸汽压（KPa）：
相对密度（空气=1）：
临界温度（℃）：
燃烧热（KJ/mol）：
临界压力（MPa）：
稀土金属材料的电化学性能研究
稀土金属材料的电化学性能研究引言稀土金属材料由于其独特的化学和物理性质，在材料科学领域引起了广泛的关注。
特别是稀土金属的电化学性能，对于电池、储能和催化等应用具有重要的意义。
本文将对稀土金属材料的电化学性能展开研究。
稀土金属材料稀土金属材料是由稀土金属元素构成的材料。
稀土金属元素是指周期表中镧系元素的集合，包括镧 (La)、铈 (Ce)、钕 (Pr)、钷 (Pm)、钐 (Sm)、铕 (Eu)、钆 (Gd)、铽 (Tb)、镝 (Dy)、钬 (Ho)、铒 (Er)、铥 (Tm)、镱 (Yb)和镥 (Lu)。
这些金属元素具有丰富的能级结构，使得稀土金属材料具有卓越的电化学性能。
电化学性能的研究方法为了研究稀土金属材料的电化学性能，科研人员通常采用多种实验方法和测试技术。
其中常用的包括循环伏安法 (CV)、充放电测试、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、扫描电子显微镜 (SEM)、电化学阻抗谱 (EIS)等。
这些方法和技术可以帮助科研人员分析和评估稀土金属材料的电化学性能。
电化学性能的影响因素稀土金属材料的电化学性能受到多种因素的影响。
其中包括电极材料的组成、电解质溶液的浓度和成分、电流密度、温度等。
这些因素的变化会导致稀土金属材料的电化学性能发生变化，从而影响其在电池、储能和催化等应用中的性能。
稀土金属材料的电池应用稀土金属材料在电池领域具有广阔的应用前景。
目前已经有许多研究表明，稀土金属材料可以用作锂离子电池、钠离子电池和燃料电池的电极材料。
稀土金属材料的优异电化学性能，使其具有高能量密度、长循环寿命和优良的充放电性能等特点，因此在电池领域有着重要的应用价值。
稀土金属材料的储能应用稀土金属材料也被广泛应用于储能领域。
由于其在电化学反应中的良好可逆性和高能量密度，稀土金属材料可以用于制备超级电容器和储能电池。
这些材料具有优异的储能性能，能够高效地存储和释放能量，因此在可再生能源和电动汽车等领域有着广泛的应用前景。
氧化物电解制备镧铈金属工艺研究
氧化物电解制备镧铈金属工艺研究下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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钕铁硼永磁材料的研究
钕铁硼永磁材料的研究一、引言钕铁硼永磁材料是目前最先进的永磁材料之一，具有高能量密度、高磁性能和优良的稳定性等特点，广泛应用于电机、发电机、计算机等领域。
本文将对钕铁硼永磁材料的研究进行全面详细的介绍。
二、钕铁硼永磁材料的基本概念1. 钕铁硼永磁材料是由稀土元素钕（Nd）、过渡金属铁（Fe）和硼（B）组成的合金材料。
2. 钕铁硼永磁材料具有高能量密度、高矫顽力和良好的抗腐蚀性能。
3. 钕铁硼永磁材料可以制成各种形状，如块、片、环等。
三、钕铁硼永磁材料制备方法1. 粉末冶金法：将钕铁硼粉末混合后，在高温下进行压制和烧结。
2. 溶液法：将稀土元素溶解在溶剂中，加入过渡金属和硼化合物，然后进行沉淀、干燥和烧结等工艺步骤。
3. 气相反应法：将气态的钕、铁和硼元素在高温下反应生成钕铁硼永磁材料。
四、钕铁硼永磁材料的性能1. 高能量密度：钕铁硼永磁材料的最大能量积可达到400kJ/m³。
2. 高矫顽力：钕铁硼永磁材料的矫顽力可达到1500kA/m。
3. 良好的耐腐蚀性：钕铁硼永磁材料具有良好的抗腐蚀性，可以在恶劣环境中使用。
五、钕铁硼永磁材料的应用1. 电机领域：钕铁硼永磁材料可以用于制造高效率电机，如风力发电机、电动汽车驱动电机等。
2. 发电机领域：钕铁硼永磁材料可以用于制造高效率发电机，如直驱发电机等。
3. 计算机领域：钕铁硼永磁材料可以用于制造高性能硬盘。
六、钕铁硼永磁材料的发展趋势1. 提高磁性能：目前正在研究提高钕铁硼永磁材料的最大能量积和矫顽力等磁性能。
2. 降低成本：目前正在研究降低制备钕铁硼永磁材料的成本，如采用新型制备方法等。
3. 拓展应用领域：目前正在探索钕铁硼永磁材料在新领域中的应用，如医学、环保等。
七、结论随着科技的不断发展，钕铁硼永磁材料将会在更广泛的领域中得到应用。
未来，我们还需要不断地进行科学研究和创新，以进一步提高钕铁硼永磁材料的性能和拓展其应用领域。
稀土元素在新型电池中的应用研究探讨
稀土元素在新型电池中的应用研究探讨在当今科技飞速发展的时代，能源存储技术的进步对于推动社会的可持续发展至关重要。
新型电池作为一种高效、清洁的能源存储方式，正受到广泛的关注和研究。
而稀土元素在其中扮演着不可或缺的角色，为提升电池性能、拓展应用领域发挥着关键作用。
稀土元素，包括镧、铈、镨、钕等 17 种元素，具有独特的电子结构和物理化学性质。
这些性质使得它们在新型电池中展现出了卓越的应用潜力。
在锂离子电池中，稀土元素的应用较为广泛。
例如，镧和铈可以用于改善锂离子电池正极材料的结构稳定性和电化学性能。
通过掺杂镧和铈，正极材料的晶体结构能够得到优化，从而提高锂离子的嵌入和脱出效率，增强电池的充放电性能和循环寿命。
另外，稀土元素还可以在锂离子电池的负极材料中发挥作用。
比如，钕可以用于改性石墨负极，增加其比容量和循环稳定性。
通过与石墨形成复合物，钕能够改善负极材料的导电性，减少充放电过程中的容量衰减，使电池具有更好的综合性能。
除了锂离子电池，稀土元素在钠离子电池中也有重要的应用价值。
钠离子电池作为一种新兴的电池技术，具有资源丰富、成本低廉等优势。
在钠离子电池的正极材料中，引入稀土元素可以调控材料的晶体结构和电子结构，提高钠离子的扩散速率和电极的稳定性。
在新型的固态电池中，稀土元素同样具有不可忽视的作用。
固态电池以其高安全性和高能量密度的特点，成为未来电池发展的重要方向之一。
稀土氧化物可以作为固态电解质的添加剂，提高电解质的离子电导率和稳定性，从而改善固态电池的性能。
然而，稀土元素在新型电池中的应用也面临着一些挑战。
首先，稀土元素的开采和提纯过程相对复杂，成本较高，这在一定程度上限制了其大规模应用。
其次，稀土元素在电池中的作用机制还需要进一步深入研究，以便更好地优化其应用效果。
为了推动稀土元素在新型电池中的广泛应用，科研工作者们正在不断努力。
一方面，他们致力于开发更加高效、环保的稀土开采和提纯技术，降低成本；另一方面，通过深入的实验研究和理论计算，揭示稀土元素在电池中的作用机制，为优化电池性能提供科学依据。
钕的性质及应用价值是什么
钕的性质及应用价值是什么钕是一种重要的稀土元素，其性质和应用价值在科学研究、工业生产、医学等领域都有广泛的应用。
下面将详细介绍钕的性质及应用价值。
首先，钕是一种银白色的金属，具有较高的熔点和沸点。
它是自然界中存在的稀土元素之一，以氧化物形式分布广泛。
钕在室温下较为稳定，不会与水和大多数非氧化性酸发生反应，但遇到强氧化剂时会被氧化。
钕具有以下几个重要的性质：1.磁性：钕是一种非常强大的磁性材料，它是目前唯一能制造出超导钕磁体的元素。
超导钕磁体在计算机、MRI（磁共振成像）等设备中有着广泛的应用。
2.质子交换性质：钕具有较强的质子交换能力，它可以与酸或水接触后释放出氢气，这使得钕可以应用于氢存储、氢能源的利用和制造高纯度的氢气。
3.辐射治疗：钕被广泛应用于医学领域，特别是肿瘤治疗。
钕可以作为放射源用于治疗肿瘤，其高能辐射能够杀死癌细胞，并对人体周围组织的伤害较小。
4.稳定性：钕具有良好的抗腐蚀性和较高的化学稳定性，因此广泛用于合金制备。
在航空航天、汽车和军事等领域，钕合金可以增强材料的强度和耐磨性。
5.荧光性质：钕具有优良的荧光性质，可以发出可见光和红外线辐射。
这使得钕在光学和电子器件中有着广泛的应用，比如荧光灯、激光器、红外线红外传感器等。
除了上述性质外，钕还具有其他重要的应用价值。
第一，钕在磁性材料领域有着重要的应用价值。
钕磁体是目前最好的永磁材料之一，广泛应用于电机、发电机、声学设备等。
钕磁体的高磁能密度和较高的工作温度使其成为制造高效能量转换设备的理想材料。
第二，钕在催化剂和催化剂载体领域有着重要的应用价值。
钕催化剂在化学反应中具有优良的催化活性，能够加速化学反应的速率，并且在可再生能源的生产中具有重要作用。
第三，钕在冶金工业中有着广泛的应用价值。
钕具有良好的熔化性能和化学稳定性，可以应用于合金的制备，提高合金的强度和耐腐蚀性。
第四，钕广泛应用于电子产品的制造。
钕合金可以用于生产电容器、电阻器、电感器等电子元器件，提高电子产品的性能。
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低电流密度电解金属钕研究*张小联，邓左民，胡珊玲（赣南师范学院化学与生命科学学院，江西赣州 341000）摘 要：本文首次介绍了氟化物熔盐体系中在低阴极、阳极电流密度条件下电解制备稀土金属钕的研究情况.结果表明在阴极电流密度为1.39A /cm 2情况下，电解制备金属钕获得了极高的阴极电流效率，且电解电压仅4.8V 左右.该研究为下埋阴极稀土金属熔盐电解槽的研究和设计提供了坚实的理论基础.用数据拟合法得到了电解电压与阴极和阳极电流密度之间以及电流效率与阴极电流密度之间的数学关系式.关键词：金属钕；电解；电极电流密度；氟化物熔盐中图分类号：TG146.45 文献标识码：A 文章编号：1004-8332（2006）03-0066-03早在上世纪六十年代中，美国的Morrice 和Henrie 就用氟化物体系稀土熔盐电解法在实验室制备了纯度达99.9%的金属钕和金属镨，阴极电流效率达到83%［1］.我国氟化物体系氧化物电解制备稀土金属及合金研究始于上世纪七十年代.1984年，包头稀土研究院成功地将敞开式氟化体系稀土电解槽应用于电解制备金属钕和钕铁合金的工业实验［2］.通过三十多年的努力，目前我国稀土金属熔盐电解工艺技术和设备研制已达世界领先水平，产量达到世界的80%以上，30KA 级的大型氟化体系稀土电解槽也在近一、二年内成功开发并应用于工业生产中.尽管如今的大型电解槽和原来的电解槽相比已有了质的飞跃，而稀土电解槽这种敞开式和上挂阴、阳极的方式却一直没有改变.目前国内氟化体系稀土金属电解的阴极和阳极电流密度都较高，金属钕电解阴极电流密度5～8A /cm 2，阳极电流密度1～1.5A /cm 2，电解电压9～11V ，每吨金属电耗高达10000度，有45%的热量是靠炉口辐射散发，电能有效利用率只有30%左右［3］.稀土金属电解与铝电解有一定的相似性，根据铝电解槽设计经验，封闭式的下埋阴极稀土电解槽一直是人们研究开发的方向之一.但是，由于稀土金属的高活泼性、高温氟化物熔盐的强腐蚀性、稀土氧化物在熔盐中的溶解度很小等众多原因，又导致稀土电解槽与铝电解槽有较大差异，真正能用于生产高纯度稀土金属的下埋阴极稀土电解槽一直没有研制成功.下埋阴极熔盐电解槽由于电流分布和结构等方面的原因，阴、阳极电流密度差异不能太大，如南非Hillside 铝厂320KA 铝电解槽中阳极和阴极电流密度都为0.786～0.799A /cm 2［4］；以往的稀土电解槽因石墨阳极导电性质决定其电流密度设计通常都在1.5A /cm 2以下，太大易过热发红而加快烧损，因此，下埋阴极稀土电解槽的阴极电流密度设计将考虑在2A /cm 2以下.为考察低电流密度条件下对稀土金属电解电流效率的影响，同时为下埋阴极稀土电解槽的设计提供可靠依据而进行了本研究工作.图1 金属钕试验电解槽结构简图1 试验装置与方法原材料 氧化钕：稀土总量≥99.5%；Nd 2O 3/REO ≥99%；氟化锂：纯度≥99%；氟化钕：Nd /RE ≥99%；稀土总量≥83%.电解装置 电解试验装置如图1所示.试验方法 用外热式加热炉保持和控制电解温度，阴极用φ28mm 钨棒，阳极用内径100mm 、外径150mm 、高140mm 的筒状石墨，用电炉变压器升温到电解温度后，开始通直流电电解.电解时，阳极浸入熔盐深度平均为105mm ，阴极浸入熔盐深度平均为90mm.电解直流电源由上海整流器生产的500A /0-12V 整流器供给，电解温度采用精密温控仪控制.2006年 赣南师范学院学报 F.3第三期 GoHrnIl oJ GInnIn TeIcKers LolleMe GHne.2006*收稿日期：2006-01-10 修回日期：2006-03-16基金项目：国家“863”引导计划资助项目（2003AA001024）.作者简介：张小联（1965-），江西东乡人，硕士，教授级高工，研究方向为稀土冶金及材料.试验过程中，为减少试验工作量以及便于试验结果与现有生产工艺的比较，采用目前3000A 电解槽大规模生产过程中部分实际操作工艺条件：电解质组成：NdF 3:LiF =90:10（wt%），电解温度1070～1080℃.电解电流分别控制在60A 、80A 、110A 、150A 、200A 、250A 和300A ，受承接金属的钼坩埚容积所限，每炉时间从60A 电解3h 逐步降到300A 电解1h ，每炉金属量在200～400g 之间，每个条件下至少有5个与平均结果相差小于5%的实验数据.2 试验结果与讨论2.1 试验结果与数据处理开始电解时充槽熔盐为14.3Kg ，试验平均结果见表1.在电解质组成：NdF 3:LiF =90:10（wt%），电解温度1070～1080℃条件下，电解阴极电流密度与电流效率的关系图见图2，电解电压与阴极和阳极电流密度间的关系见图3，在计算阳极电流密度时，取阳极平均消耗10mm 后（内径为120mm 时）的阳极有效面积.在电解电流为110A 时，阴极电流密度为1.39A /cm 2时，最高电流效率达到90.6%.表1 低电流密度下金属钕电解平均结果试验条件1#2#3#4#5#6#7#电流（A ）6080110150200250300阴极电流密度（A /cm 2）0.85 1.01 1.39 1.90 2..53 3.16 3.79阳极电流密度（A /cm 2）0.150.200.280.380.510.630.76电压（V ）4.1 4.5 4.85.3 5.86.2 6.5电解温度（℃）1072107510771076107310751078电流效率（%）70.179.087.178.072.660.257.6图2 阴极电流密度与电流效率的关系 图3 电解电压与阴极和阳极电流密度间的关系对阴极电流密度（X ）与电流效率（Y ）的关系分别以二次函数和三次函数进行数值拟合，得出表达式：Y =-4.9147X 12+15.1200X 1+67.1896，Y =6.7556X 13-51.8416X 12+112.0272X 1+10.2171由图2可见，三次函数逼近效果要明显强于二次函数，建议在今后的计算中可采用三次函数.电解电压与阴极和阳极电流密度有显著关系，对表1中的平均电解电压与平均阴极和阳极电流密度的数学关系利用回归分析计算其最小二乘解为：Y =3.8241-2.5741X 1+16.5260X 2，其中X 1为平均阴极电流密度，X 2为平均阳极电流密度；利用此公式计算值与测试数据的最大误差为0.1279，可满足要求.对其相关性进行验证，结果表明：其阴极电流密度和阳极电流密度与电流效率的相关性分别为0.98与0.99，具有极强的相关性.对单一因素的影响，可分别用以下二次函数计算电解电压：Y =-0.1446X 12+1.4514X 1+3.0667，Y =-3.0334X 22+6.6279X 2+3.2176，其中，Y 为电解电压，X 1为阴极电流密度，X 2为阳极电流密度.数值拟合是应用MATLAB 软件完成的.计算表明，电流密度与电压间的关系，二次函数拟合与三次函数并无显著差别，故建议采用二次函数进行计算.2.2 试验结果讨论早期的研究大都表明，氟化体系电解制备稀土金属时，当阴极电流密度为7～10A /cm 2电解电流效率较高［5］，我国早期稀土金属电解槽的设计基本参照这一参数，而当时的电解电压为11～12V ，每吨金属钕生产电耗高达12000～13000度.原来的电解槽电解电流小，单位散热面积大，高的阴极电流密度有利于为电解槽76第3期 张小联，邓左民，胡珊玲低电流密度电解金属钕研究提供足够的热量以维持电解进行；另外，人们普遍考虑到，由于稀土金属在熔盐中有一定的溶解度，稀土金属的电解析出和溶解是双向进行的，较高的阴极电流密度有利于加快金属析出速度，从而提高电流效率.随着生产技术水平的不断提高以及节能的需要，近些年来大型氟化体系稀土电解槽得到开发和推广.由于大型电解槽单位散热面积变小，为解决电解槽散热问题，大家普遍采用降低阴极电流密度的设计，目前生产中的10KA电解槽阴极电流密度已降低到5～6A/cm2，30KA稀土电解槽已降低到4.5～5.5A/cm2，而生产中阴极电流效率比早期提高了10%左右，达到75～80%，金属钕电解电耗也降低到9000～10000度/吨，但是，由于槽电压依然较高（8～10V），电能利用率仍然很低.更低的阴极电流密度下进行金属钕电解未见报导过，一般都认为电流效率会较低，小电解槽出于生产过程自热的需要，低电流密度电解工艺上也不可行.然而，随着进一步节能的需要，稀土电解槽由现在的敞口式向铝电解槽的封闭式发展是必由之路，从节能和热平衡角度出发，阴极电流密度需要大幅度降低.从以上的试验结果和分析可以看出，在相当低的阴、阳极电流密度条件下，与人们通常认为的情况相反，金属钕电解获得了极高的电流效率，同时电解电压大幅降低，为大幅降低稀土金属电解的耗电量开辟了新的途径.低电流密度电解时，熔盐液面与往常生产中所观察到的不太一样，除石墨阳极边缘不断有气体逸出外，液面表现相当平静，无明显翻滚状况.稀土金属在熔盐中的溶解和电解中金属雾的产生与熔盐和金属的翻滚状态有直接的关系.在正常的电解生产过程中，当用搅棒搅动稀土金属时，可明显看见明亮而密集的小黄色火焰在电解槽内燃烧，停止搅动后，黄色火焰会减少或慢慢消失，金属搅动太频繁时往往产量少、电流效率低.由于低电流密度下电解熔盐较为平静，在阴极棒上电解析出的金属和承接坩埚中的金属受到翻滚熔盐冲刷的影响较小，反而大幅减少了稀土金属在熔盐中的溶解和金属雾的产生，因而得到了较高的电流效率.太低的阴极电流密度不利于Nd3+在阴极上的完全放电；另外，由于金属钕在氟化物熔盐中具有一定的溶解度，阴极电流密度仍支配着金属析出速度和溶解速度的相对比例，因而太低的阴极电流密度也不利于电流效率的提高，这就是在实验条件下当阴极电流密度达到1.39A/cm2时取得了最高电流效率的原因.3 结语首次对低电流密度条件下金属钕熔盐电解进行了试验研究，发现该条件下可减少金属钕在熔盐中的溶解和抑止金属雾的产生，并可获得极高的电解电流效率；在阴极电流密度为1.39A/cm2、阳极电流密度为0. 28A/cm2、电解温度为1070～1080℃时，平均电流效率达87.1%，最高达到90.6%.对研究结果进行数据拟合，得到了电解电压与阴极和阳极电流密度之间的数学关系式：Y=3.8241-2.5741X1+16.5260X2.电流效率与阴极电流密度之间的数学关系式：Y=6.7556X13-51.8416X12+112.0272X1+10.2171.研究结果表明，低电流密度下进行稀土金属电解，可大幅度降低电能单耗，为氟化体系下埋阴极新型及大型电解槽的研究和设计提供了可靠的依据.参考文献：［1］Morrice，E.，and Henrie，T.A.Fused-salt Electrowinning and Electorefining of Rare-Earth and yttrium Meals.U.S.Bureau of Mines RI6957，1967.［2］赵立忠，张志宏，刘文淮.氟化体系熔盐电解制取金属钕和钕铁合金工艺研究［J］.稀土，1980，6（2）：81.［3］王俊，邓左民，张小联.10KA氟化物体系稀土溶盐电解槽热平衡测试研究［J］.江西有色金属，2004，18（2）：30.［4］霍庆发.电解铝工业技术与装备［M］.北京：冶金工业出版社，2002.162.［5］徐光宪.稀土（中）［M］.北京：冶金工业出版社，2002.170.Neodymium Electrolysis in Low Current DensitiesZHANG Xiao-lian，DENG Zuo-ming，HU Shan-ling（School of Chemistry and Life Science，Gannan Teachers College，Ganzhou341000，China）Abstract：Neodymium metal electrolysis from fluoride salts in low cathode and anode densities was investigated.High current effi-ciency was achieved as cathode density and electrolysis voltage were only1.39A/cm2and4.8V respectively.The results obtained lay theoretical foundation for the development of novel electrolysis cell with embedded cathode.By numerical simulation，mathematical re-lationship between cell voltage and current densities，along with that between current efficiency and cathode density were attained.Key words：Neodymium metal；electrolysis；current density；fluoride salts86赣南师范学院学报2006年。