一 熔盐与气相界面现象

熔盐电解所得到的熔融金属, 是以金属滴形式飘浮于介质的表面上, 在一定程度上, 遭到空气氧化。当提高电解质同气相界面的张力时, 飘浮在电解质表面上的熔融金属滴的机率就会减少, 金属损失随之减少, 电流效率相应提高。为提高熔盐与气相的表面张力, 应选择表面张力大的熔剂和添加剂。

二 熔盐与固相界面现象

电解槽衬里对电解质的吸收, 衬里内部毛细管压力的产生, 衬里材料体积的膨胀以及阳极效应的发生, 都和熔盐与固相界面现象有关。熔盐电解质的组份有不同的表面活性, 表面活性大的电解质易被衬里吸收, 衬里材料不同对电解质吸收程度也不一样, 固相对熔盐电解质的吸收与表面张力、湿润性有关, 表面张力大的吸收差, 对于湿润边界角小为吸收大, 多孔材料易吸收熔盐中表面活性的离子, 致密材料则相反。故电解槽衬里阴极阳极要求致密、不易与熔盐电解质发生化合作用的材料, 如电解槽衬里、阳极用优质致密石墨, 阴极用锻造钨、钼棒, 在电解前将熔剂熔融洗槽子, 吸收表面活性大的物质达到饱和, 再加入电解质进行熔融和电解等。

三 熔盐与熔融金属界面现象

熔盐电解过程, 致密金属的形成, 是小金属滴在阴极上成长和汇合更大金属滴的过程。为了汇合更大的金属滴, 必要条件是获得高的阴极电流密度, 和减少熔融金属在熔盐中的损失, 提高熔融金属与电解质的表面张力, 使金属在电解质中的熔解度降低, 电流效率提高。通常, 在电解质中加入非活性物质, 提高熔融金属与电解质的表面张力。

四 熔融金属与固相界面现象

熔盐电解制取稀土金属, 一般都采用金属、陶瓷坩埚放在阴极之下, 收集熔融金属, 有的采用金属钽、铌、钼做成坩埚或采用陶瓷, CaF₂、MgF₂、刚玉等坩埚。这些材料与熔融稀土金属的界面张力较大, 湿润边界角很大。阴极材料用钨、钼棒, 制取混合稀土金属时采用铁棒更便宜, 但衬里都是采用石墨。上述材料与熔融稀土金属不易起作用, 有利于金属回收率提高。

五 阳极效应

阳极效应是熔盐电解过程中一种界面现象, 这种效应破坏电解生产的正常进行, 导致电能消耗形加, 电流强度降低, 生产能力下降, 电解松温度升高, 熔盐挥发损失增加, 生产不稳定, 电流效率下降。熔盐电解时, 电解槽端电压突然升高, 电流强度急剧下降, 在电解质与阳极界面发生火花放电的光圈, 这种现象就是阳极效应。气泡停滞在阳极表面, 电解质好像被排挤在阳极表面之外并对阳极呈现不良湿润性。此时阳极电流密度超过阳极电流密度临界值。

阳极效应主要是由于阳极与电解质的界面张力增大, 阳极析出的气泡尺寸增大, 很难离开阳极表面, 把电解质从阳极排开, 而阳极表面上就形成具有电阻很大的连续薄膜, 结果端电压急剧地升高, 阳极侵入电解质之处出现围绕阳极火花放电, 阳极电流密度变到临界值, 正常电解便停止。消除的办法是往熔盐中加入表面活性的阳离子, 提高其浓度, 改善湿润性。如CeCl₂电解时加CeO₂, 使阳极与电解质的表面张力降低, 另外选用高阳极电流密度临界值的组份, 在低于阳极临界电流密度下进行电解, 也可选用低熔点的电解质组份和能在电解质湿润性好的情况下进行电解的阳极材料, 以及采用人工搅拌, 使阳极析出的气体能很快排出等等。

总之, 熔盐电解制取稀土金属过程, 界面现象起着很大作用。熔融金属与熔盐分离的完全性, 熔融金属在熔盐中的分散度、溶解度和吸附作用, 电解槽衬里对电解质的吸收, 以及阳极效应都取决于界面现象。

熔盐电解过程中的阳极效应, 直接影响电流效率、电能消耗和正常生产为进行, 应尽快消除。