稀土冶煉電解槽余熱取熱試驗研究

潘利生，楊 歡，李 博，魏小林，陳紅迪，史維秀

(1.中國科學院 力學研究所 高溫氣體動力學國家重點實驗室，北京 100190；2. 北京建筑大學 環境與能源工程學院，北京 100044)

0 引 言

稀土金屬是元素周期表ШB族中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱。稀土金屬具有明顯改善材料物理化學特性的作用，因此被廣泛應用于機械制造業。我國是世界上最大的稀土儲備國，稀土金屬的生產和出口在世界市場占比較大。2018年以來，我國稀土金屬及其合金產能超過10萬t[1]，采用熔鹽電解法制備稀土合金具有成本低、易控制、高質量等優點[2]，但也存在能耗大、產生腐蝕性氣體等問題。

隨著電解技術的發展，熔鹽電解法制備合金由氯化物電解質RECl3-KCl體系逐步轉化為氟化物-氧化物電解質RE2O3-REF3-LiF體系[3]。氯化物電解體系由于電流效率低、產生大量污染環境的氯氣等原因逐漸被淘汰，而采用較多的氟化物體系熔鹽電解槽也普遍存在電流效率低、能耗高等問題[4]，如氧化釹電解生產金屬釹的理論電耗為1.334 kWh/kg(以Nd計)，但我國現行的綜合電耗卻在10 kWh/kg左右(以RE-M計)，電能利用率僅為13.34%，遠低于電解鋁工藝中的電能利用率[5]。研究表明，電解槽電能利用率不高的主要原因是工藝過程中向環境散失了大量輻射余熱和對流余熱。尹小東等[6]對3 kA金屬釹電解槽體的散熱量進行研究，表明敞口散熱量占總熱量損失的56%。因此，進一步研發新型電解槽及其工藝、高效回收輻射余熱對稀土電解冶煉工藝節能降耗具有重要意義。

在降低電解槽電耗方面，龔姚騰等[7]對10 kA稀土電解槽進行研究發現，在最佳陰極直徑、陰極插入深度、縱向極間距和橫向極間距的共同作用下，電解槽的電解效率最高。……