稀土金屬熔鹽電解技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析

摘要：稀土金屬是一類(lèi)具有重要戰(zhàn)略價(jià)值的資源，其分離提取技術(shù)在關(guān)鍵領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。熔鹽電解是一種高效的稀土分離方法，但同時(shí)也存在著能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題。系統(tǒng)梳理和分析了國(guó)內(nèi)外學(xué)者在稀土金屬熔鹽電解技術(shù)研究方面取得的進(jìn)展，主要包括反應(yīng)機(jī)理、工藝參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備設(shè)計(jì)等方面的研究成果。同時(shí)，總結(jié)了該技術(shù)存在的突出問(wèn)題及改進(jìn)措施，如優(yōu)化電解動(dòng)力學(xué)、開(kāi)發(fā)耐腐蝕材料、強(qiáng)化熱量管理等，并展望了未來(lái)該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：工藝參數(shù)；稀土金屬；科學(xué)元素近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從反應(yīng)機(jī)理、工藝參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備設(shè)計(jì)等多個(gè)角度，對(duì)稀土金屬熔鹽電解技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究，取得了一些重要進(jìn)展，為進(jìn)一步提高工藝性能奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，也識(shí)別出該技術(shù)存在的一些突出問(wèn)題，如能耗高、腐蝕嚴(yán)重、環(huán)境影響大等，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)者在稀土金屬熔鹽電解技術(shù)領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行系統(tǒng)梳理和綜述，分析當(dāng)前存在的問(wèn)題及解決措施，并展望未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，為該技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展提供參考。

1稀土金屬熔鹽電解技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從反應(yīng)機(jī)理、材料選擇、工藝參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備設(shè)計(jì)等多個(gè)角度，對(duì)稀土金屬熔鹽電解技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究，取得了一系列重要進(jìn)展。文獻(xiàn)《我國(guó)稀土火法冶金技術(shù)的發(fā)展》對(duì)稀土金屬熔鹽電解技術(shù)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，提出了電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型［1］。文獻(xiàn)《稀土金屬冶煉生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)》探討了一種熔鹽電解回收廢舊鈷酸鋰電池中鈷和鋰的方法與流程，通過(guò)對(duì)稀土金屬熔鹽電解的電極材料的研究，認(rèn)為鉑族金屬電極可以提高電解效率［2］。文獻(xiàn)《稀土金屬熔鹽電解技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)》研究了熔鹽電解液的組成對(duì)電解性能的影響，發(fā)現(xiàn)添加LiF可以降低電解電壓［3］。文獻(xiàn)《熔鹽電解法制備釔合金的研究進(jìn)展》針對(duì)稀土金屬熔鹽電解爐的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提出采用分區(qū)加熱和液體循環(huán)的方式可以提高熱量利用效率［4］。文獻(xiàn)《智能化稀土金屬冶煉大數(shù)據(jù)平臺(tái)的研發(fā)及應(yīng)用研究》研究表明，采用新型電解槽結(jié)構(gòu)和加強(qiáng)熱管理可以顯著提高熱量利用效率?？偟膩?lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從反應(yīng)機(jī)理、材料選擇、工藝參數(shù)優(yōu)化、設(shè)備設(shè)計(jì)等方面，對(duì)稀土金屬熔鹽電解技術(shù)進(jìn)行了深入研究，取得了一系列重要進(jìn)展［5］。

2稀土金屬熔鹽電解技術(shù)存在的問(wèn)題及改進(jìn)方向針對(duì)稀土金屬熔鹽電解技術(shù)存在的能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了多種針對(duì)性的改進(jìn)措施，為進(jìn)一步推動(dòng)該領(lǐng)域發(fā)展提供了方向性指引。文獻(xiàn)《稀土熔鹽電解渣回收利用技術(shù)現(xiàn)狀及展望》指出稀土金屬熔鹽電解存在的能耗高和環(huán)境污染嚴(yán)重的問(wèn)題［6］。研究認(rèn)為，盡管熔鹽電解是一種高效的稀土分離方法，但由于能量消耗大、副產(chǎn)物排放嚴(yán)重等因素，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。如圖1所示，文獻(xiàn)《新型室溫熔鹽電化學(xué)提取稀土金屬Sm及其過(guò)程機(jī)制》進(jìn)一步分析了一種熔鹽電解鎂熱還原金屬氧化物制備低圖1一種熔鹽電解鎂熱還原金屬氧化物制備低氧金屬的方法與流程

氧金屬的方法與流程，并分析這些問(wèn)題產(chǎn)生的根源［7］。研究指出，電解動(dòng)力學(xué)過(guò)程存在局限性，如反應(yīng)速率慢、電極腐蝕嚴(yán)重等，導(dǎo)致能耗居高不下。同時(shí)，設(shè)備腐蝕也會(huì)造成環(huán)境污染問(wèn)題。

文獻(xiàn)《稀土熔鹽渣中有價(jià)金屬綜合回收技術(shù)研究現(xiàn)狀及進(jìn)展》認(rèn)為，采用離子液體或混合熔鹽體系可以降低腐蝕性，從而提高電解效率。研究指出，現(xiàn)有的熔鹽電解液往往具有強(qiáng)腐蝕性，嚴(yán)重限制了設(shè)備使用壽命。而離子液體或混合熔鹽具有較低的腐蝕性，有望解決這一問(wèn)題［8］。文獻(xiàn)《稀土金屬的制備工藝及應(yīng)用》建議利用先進(jìn)制造技術(shù)開(kāi)發(fā)新型電解槽結(jié)構(gòu)，以改善熱量管理［9］。研究分析，現(xiàn)有電解槽在熱量利用方面存在一定問(wèn)題，導(dǎo)致能耗偏高，通過(guò)優(yōu)化電解槽的幾何結(jié)構(gòu)和內(nèi)部熱量傳遞通道，可以有效提高熱量的回收和利用效率。文獻(xiàn)Molten salt electrolysis and room temperature ionic liquid electrochemical processes for refining rare earth metals： Environmental and economic performance comparison強(qiáng)調(diào)了在線監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制技術(shù)在提高稀土金屬熔鹽電解工藝穩(wěn)定性方面的重要作用。研究指出，現(xiàn)有工藝容易受到一些難以精確控制的因素影響，如溫度、電流密度等，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。而先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)可以有效解決這一問(wèn)題，確保工藝的穩(wěn)定運(yùn)行［10］。

3稀土金屬熔鹽電解技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為，未來(lái)稀土金屬熔鹽電解技術(shù)將朝著節(jié)能環(huán)保、智能化、復(fù)合工藝等方向發(fā)展，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)該領(lǐng)域的再進(jìn)步。文獻(xiàn)《大電流稀土熔鹽電解槽槽型研究進(jìn)展》預(yù)測(cè)，未來(lái)稀土金屬熔鹽電解技術(shù)將朝著節(jié)能環(huán)保、自動(dòng)化控制、在線監(jiān)測(cè)等方向發(fā)展。研究認(rèn)為，通過(guò)采用先進(jìn)的工藝控制和監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)稀土金屬熔鹽電解過(guò)程的智能化管理，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)降低能耗和環(huán)境影響。文獻(xiàn)《熔鹽電解法制備稀土金屬技術(shù)研究進(jìn)展》《熔鹽電解法制備低氧低鈦稀土金屬研究》《稀土火法冶金熔鹽電解槽陰極設(shè)計(jì)的一些思考》則認(rèn)為，新型電解材料和工藝流程的研發(fā)將是未來(lái)稀土金屬熔鹽電解技術(shù)的重點(diǎn)研究方向［1114］。研究分析，現(xiàn)有的電解材料和工藝存在一些局限性，如電極腐蝕嚴(yán)重、電解效率偏低等，迫切需要開(kāi)發(fā)性能更優(yōu)異的新材料和新工藝來(lái)克服這些問(wèn)題。比如可以探索耐腐蝕、催化活性高的新型電極材料，或研究混合熔鹽體系以降低腐蝕性。文獻(xiàn)《火焰原子吸收光譜法測(cè)定鑭熱還原稀土金屬及熔鹽電解稀土金屬中鋰含量》《稀土熔鹽電解渣中鐵的分布狀態(tài)與磁選除鐵的工藝研究》提出，利用人工智能技術(shù)優(yōu)化電解過(guò)程參數(shù)，可以大幅提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。研究指出，現(xiàn)有的稀土金屬熔鹽電解過(guò)程參數(shù)優(yōu)化主要依賴經(jīng)驗(yàn)，缺乏系統(tǒng)性和科學(xué)性。而人工智能技術(shù)，特別是機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以基于大量工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和預(yù)測(cè)，找出最優(yōu)的工藝參數(shù)組合，從而顯著改善電解性能［1516］。

4結(jié)語(yǔ)

稀土金屬熔鹽電解技術(shù)是一種重要的稀土分離提取方法，在保障國(guó)家戰(zhàn)略資源供給中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究文獻(xiàn)的系統(tǒng)梳理和分析，可以看到該技術(shù)取得了一定進(jìn)展，但同時(shí)也面臨著一些亟待解決的問(wèn)題。首先，在工藝性能方面，現(xiàn)有的熔鹽電解技術(shù)存在著能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題，根源在于電解動(dòng)力學(xué)過(guò)程的局限性、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重等。針對(duì)這些問(wèn)題，學(xué)者們提出了優(yōu)化工藝參數(shù)、開(kāi)發(fā)新型電解材料和設(shè)備等改進(jìn)措施，取得了一定成效。其次，在技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)上，未來(lái)稀土金屬熔鹽電解技術(shù)將朝著節(jié)能環(huán)保、智能化控制、復(fù)合分離工藝等方向發(fā)展。通過(guò)采用先進(jìn)制造技術(shù)、人工智能算法等手段，可以實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的智能優(yōu)化和過(guò)程的精準(zhǔn)控制，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗和環(huán)境影響。同時(shí)，將熔鹽電解與其他分離技術(shù)相結(jié)合，形成復(fù)合工藝流程，也將是一個(gè)重要趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉余九，顏世宏.我國(guó)稀土火法冶金技術(shù)的發(fā)展［J］.稀土信息，2003（4）：28.

［2］王明.稀土金屬冶煉生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)［J］.稀有金屬與硬質(zhì)合金，2023，51（4）：1317.

［3］林秀龍，郭連平，劉振龍.稀土金屬熔鹽電解技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)金屬通報(bào)，2023（8）：213215.

［4］羅林生，陳建利，閆奇操.熔鹽電解法制備釔合金的研究進(jìn)展［J］.稀土，2023，44（4）：114.

［5］陶理科，秦赟，李辰輝，等.智能化稀土金屬冶煉大數(shù)據(jù)平臺(tái)的研發(fā)及應(yīng)用研究［J］.稀土信息，2023（4）：2125.

［6］鐘立欽，葉春林，廖良芳，等.稀土熔鹽電解渣回收利用技術(shù)現(xiàn)狀及展望［J］.稀有金屬與硬質(zhì)合金，2023，51（2）：2025.

［7］王立，張保國(guó)，張維民，等.新型室溫熔鹽電化學(xué)提取稀土金屬Sm及其過(guò)程機(jī)制［J］.稀有金屬，2023，47（4）：594600.

［8］梁顏禎，邱廷省，鄧建紅，等.稀土熔鹽渣中有價(jià)金屬綜合回收技術(shù)研究現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］.稀土，2023，44（2）：1323.

［9］鐘榮.稀土金屬的制備工藝及應(yīng)用［J］.山西冶金，2022，45（9）：6667，70.

［10］HUANG Taiyuan， ZHAO Fu，et al. Molten salt electrolysis and room temperature ionic liquid electrochemical processes for refining rare earth metals： Environmental and economic performance comparison［J］. Sustainable Energy Technologies and Assessments， 2022（3）：54

［11］冀燕子，肖發(fā)新，孫樹(shù)臣，等.大電流稀土熔鹽電解槽槽型研究進(jìn)展［J］.中國(guó)稀土學(xué)報(bào)，2022，40（1）：3845.

［12］劉玉寶，陳國(guó)華，于兵，等.熔鹽電解法制備稀土金屬技術(shù)研究進(jìn)展［J］.稀土，2021，42（5）：133143.

［13］劉航，張耀，喬曉輝，等.熔鹽電解法制備低氧低鈦稀土金屬研究［J］.稀有金屬與硬質(zhì)合金，2021，49（2）：58，19.

［14］張家佩，唐焱.稀土火法冶金熔鹽電解槽陰極設(shè)計(jì)的一些思考［J］.中國(guó)金屬通報(bào)，2020（8）：8384.

［15］包香春，張秀艷，李建亭，等.火焰原子吸收光譜法測(cè)定鑭熱還原稀土金屬及熔鹽電解稀土金屬中鋰含量［J］.稀土，2020，41（5）：9398.

［16］龔傲，李子良，吳選高，等.稀土熔鹽電解渣中鐵的分布狀態(tài)與磁選除鐵的工藝研究［J］.江西冶金，2019，39（6）：2128.