熔盐电解法制备金属钐及其合金的机理研究

With the extensive application of samarium metal in the magnetic materials and nonferrous metal, the low-cost production of samarium has become the focus of attention. Uniting the study of melton structure, electrode kinetics and electrochemistry, the project will probe the probability and technology of electrochemical preparation of samarium and its alloys on the mature technology of Al-Sm alloys by liquid cathode of aluminum. The major achievements of the project can be used for guiding the research of molten salt systems and electrolytic preparation of other rare earth, and greatly reduce production costs and energy consumption, and lay the foundation for the large-scale production of samarium alloys.

随着金属钐在磁性材料及有色金属的广泛应用，金属钐的低成本制备已成为人们关注的热点。本项目结合电化学研究、过程动力学研究和熔盐结构研究，在铝液态阴极法制备铝钐合金成熟工艺的基础上，通过研究电解过程的过程动力学、钐离子的电化学变化、单质钐的存在与稳定性以及熔盐中离子浓度的变化等，来探索熔盐电解法制备金属钐及其合金的可能性及工艺。其主要成果可用于指导熔盐体系和其他变价稀土元素电解制备的研究，可大幅降低金属钐的生产成本和能源消耗，为钐合金的大规模生产奠定基础。

一直以来，钐等变价稀土元素不能电解法制备的传统观念，严重束缚着钐稀土资源的应用，造成了大量的积压。我们以此为出发点深入研究了液态阴极法制备Al-Sm合金的电解过程：重点研究了在惰性电极和活性电极条件下电解过程中Sm3+电化学行为的变化规律，得出了熔盐电解法制备金属钐的基本理论，突破了传统观念的束缚，具有极大现实意义和深远的影响；通过热力学、动力学和Sm2+、Sm3+扩散系数的研究，确定了金属铝在电解过程中的催化诱导作用；在理论研究的基础上，研究了新型熔盐电解质体系，并开发出钾冰晶石下沉阴极法制备铝稀土合金技术，成功应用到Al-Sm合金和Al-Sc合金的制备上；利用研究结果，成功地进行了2000A的中试研究，并将中试产品800kg供应给应用厂家试用。最后，我们还探索了电解法制备Cu-Sm合金、Fe-Sm合金以及高含量钐合金的工艺，为钐合金的大规模应用奠定了坚实的基础。