氧化钐直接高温电解制备Sm2Fe17合金方法的研究

基本信息
批准号:51374017
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:郭兴敏
学科分类:
依托单位:北京科技大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:马瑞新,闫奇操,郭玉峰,单科,姚君豪,邵伯建
关键词:
稀土Sm2Fe17合金熔盐熔渣永磁体电解
结项摘要

Rare-earth resource in China has abundant reserves, it has been exploited and utilized to contribute not only economic development but also has the far-reaching strategic significance. Recently the rare-earth product to export in the world has absolute advantage, but lots of rare-earth products to import need, that shows our preparation technology of the rare-earth product need is urgent to improved. In this project, a method of Sm2Fe17 alloy electrolyzed directly from samarium oxides is proposed according to thermodynamic principle, solving a bottleneck problem for preparation of Sm2Fe17Nx permanent magnet. In the research process, temperature from 1014oC to 1285oC is controlled for crystallization of Sm-Fe alloy with homogeneous phase. A mixed electrolyte of molten salt and molten slag is used to improve the properties of physical chemistry for high-temperature electrolysis. The electrode reaction and the coupling effect with the iron-cathode are investigated to reveal the formation mechanism of Sm-Fe alloy. The reaction kinetics of liquid-solid phases is researched to understand the rate-controlling step in the alloying process. Influences of ion-cycles and electronic conduction between anode and cathode in electrolyte are eliminated by a double-cathode to solve a common problem existing in electrolysis of multi-valence oxides. Moreover, the interaction of multiple factors is determined on combination of the above results to establish a new method of high-temperature electrolysis for preparation of Sm2Fe17 alloy, enhancing the rate and current efficiency of electrolysis, and developing of high-temperature electrolytic theory.

我国稀土资源储量丰富,它的开发和利用,不仅关乎经济发展,而且具有深远的战略意义。近年来,尽管稀土产品出口量在世界上已占绝对优势,但还有相当比例需要进口,反映了我国的稀土产品制备技术还亟待提高。本项目,根据热力学原理,提出氧化钐直接电解制备Sm2Fe17合金方法,解决制备Sm2Fe17Nx永磁材料中遇到的"瓶径"问题。研究过程,考虑控制合金的单一相析出,在1014oC -1285oC范围进行;探讨熔盐-熔渣混合电解质的使用,提高高温电解的物理化学性能;研究不同阴极上的电极反应及其耦合作用,揭示Sm-Fe合金形成规律;通过液-固相反应动力学研究,明确合金化过程的控速环节;研究双阴极抑制两极间离子循环等机理,解决变价氧化物电解中存在的共性问题。进一步,考虑多因素的交互作用,提出高温电解制备Sm2Fe17合金方法,以期提高电解速率和电流效率,发展电解理论。

项目摘要

Sm2Fe17Nx被誉为第四代永磁材料,其性能优异,具有较大的发展潜力。作为前驱体,Sm2Fe17制备有熔体淬冷法、机械合金法和还原扩散法,但都难获得Sm2Fe17单一相。本项目,根据Sm-Fe相图从理论上解决了这个问题,提出熔盐电解制备方法,经CaF2-CaCl2-SmCl3和LiF-CaF2-SmF3熔盐电解实验验证了方法的可行性,并获得了重要的基础数据,其创新性结果如下:.(I)弄清了熔盐电解制备Sm2Fe17关键参数。摩尔比4:6时CaF2-CaCl2熔盐Sm2O3溶解度最大(1100oC时10.66mg/g),提高温度有利于改善Sm2O3溶解动力学条件,获得了CaCl2-CaF2-SmCl3(1100oC)和LiF-CaF2-SmCl3(1160oC)熔盐Sm3+扩散系数分别为1.651×10-5 cm2/s和8.52×10-5 cm2/s。.(II)揭示了阴极上Sm离子还原的电化学规律。CaF2-CaCl2和LiF-CaF2熔盐电势窗分别为-1.30V(1100oC)和-1.18V(1160oC) vs Cr/Cr2O3,相对应的铁电极上Sm3++eSm2+和Sm2++2e Sm(Fe)开始还原电势分别为-0.26V和-1.18V与-0.37V和-0.77V vs Cr/Cr2O3,发现Sm3++e=Sm2+过程是可逆的、由Sm3+扩散控速。.(III)明确了Sm(l)+Fe(s)Sm2Fe17过程属于扩散控速,发现Sm2Fe17生成与Sm液相中Fe溶解同时进行,提出熔盐电解“上阳极-下阴极空间配置” 制备Sm2Fe17合金的关键技术。.(IV)利用CaF2-CaCl-SmCl3熔盐,验证了方法制备Sm2Fe17合金的可行性,电流效率达80%,提出了一种氧化钐卤化-熔盐电解制备单一相Sm2Fe17合金方法。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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