[发明专利]熔盐电解制取钕用惰性阳极及其制备方法

说明书

本发明属熔盐电解技术。

用熔盐电解制取金属钕是由Nd₂O₃熔入NdF₃-LiF熔体中在1050℃左右温度下进行电解来实现的。在电解过程中金属钕在阴极析出，氧由阳极析出（见E·Morrice，E·S·Shedd and T·A·Henrie;U·S·Bureau of Mines，R·I·7146，1968和焦士涿等，中华人民共和国专利CN85100748A·1985）。由于国内外熔盐电解制取钕用阳极皆为石墨材料所制成，故一方面因为氧析出与阳极作用产生CO₂和CO，另一方面则因空气中的氧在高温下与阳极作用造成阳极烧损，使用寿命缩短，环境空气污染。尤其是在阳极烧损的同时，难免石墨碎粒掺入钕中，使钕含碳量超出0.05%的国际贸易要求。

在熔盐电解金属铝的工业生产中（以Al₂O₃加入到冰晶石氟化物熔盐中进行电解），为避免阳极烧损，人们以掺杂后的SnO₂基惰性阳极替代石墨阳极（见James M·Clark etal·;U·S·Patent·4379033，1983）。但此种阳极因锡离子电位序较正，一旦进入熔盐中就会在阴极上被还原掺入制取产品中，这对制取金属钕是不能允许的。

为克服石墨阳极和SnO₂基惰性阳极存在的问题，发明人在熔盐电解金属钕时选用Nd₂O₃基或Nd₂O₃+BaO混合基惰性阳极。以Nd₂O₃或Nd₂O₃+BaO为基制做阳极，因其具有化学稳定性而避免了氧与阳极的作用，防止了阳极烧损和空气污染。又因阳极材料以Nd₂O₃为主，不会导致对制取钕的明显掺杂。此外，本发明还为制取金属钕的同时采集副产品氧提供了条件。

熔盐电解用阳极除应具备良好化学稳定性之外，还应具备良好的导电性。发明人以CuO对Nd₂O₃基或Nd₂O₃+BaO实施掺杂可显著提高其导电性能。然而，实验证明，仅仅以CuO掺杂的纯Nd₂O₃基材料高温强度欠佳。而且因为Cu离子电位序与Sn离子相近，故在Nd₂O₃或Nd₂O₃+BaO基材料中均不宜含量过大，以防止Cu对钕的掺杂。为此，发明人在CuO掺杂保证其具备较好电导性的条件下，分别以V₂O₅、Nb₂O₅或V₂O₅+Nb₂O₅再次掺杂，从而使Nd₂O₃基或Nd₂O₃+BaO混合基惰性阳极既具有良好的高温强度，又具有良好的导电性能，使其电阻率达到10^-1～10⁵欧姆厘米，其中最佳电阻率接近石墨阳极。

本发明的基与掺杂物的成分（均以重量百分数表示）选择范围为

96%≥Nd₂O₃≥23%

0≤BaO≤43%

2≤CuO≤34%

0＜V₂O₅≤20%

0＜Nb₂O₅≤20%

以上当Nd₂O₃＜66%时，必须选取Nd₂O₃+BaO混合基。当BaO＝0时，则选用纯Nd₂O₃基，此时66%≤Nd₂O₃≤96%，CuO≥4%。