Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/2318
Title: Ηλεκτροχημική συμπεριφορά και διαλυτότητα των τηγμένων αλάτων του νεοδυμίου
Authors: Στεφανιδάκη, Ευανθία
Issue Date: 2009-11-20T08:54:10Z
Keywords: Νεοδύμιο
Σπάνιες γαίες
Χλωριούχα άλατα
Ηλεκτροχημεία
Keywords (translated): Neodymium
Electrochemistry
Abstract: Οι μέχρι σήμερα μέθοδοι παραγωγής του νεοδυμίου είναι αποδοτικές αλλά όχι βέλτιστες. Η κλασική μέθοδος παραγωγής του νεοδυμίου από αναγωγή του NdF3 με Ca είναι δαπανηρή. Το ίδιο ισχύει και για τη νεώτερη διαδικασία παραγωγής νεοδυμίου (αρχές της δεκαετίας του 80) από αναγωγή του Nd2O3 με Ca ή Na. Η ηλεκτρόλυση του NdCl3 σε τήγμα χλωριούχων αλάτων είναι μια πιο οικονομική λύση αλλά αντιμετωπίζει πολλά προβλήματα. Τα χλωριούχα άλατα είναι ιδιαίτερα υγροσκοπικά και ένα σημαντικό ποσοστό του παραγόμενου νεοδυμίου διαλύεται στον ηλεκτρολύτη μειώνοντας την απόδοση της διεργασίας. Πριν από τη δεκαετία του 80, είχε προταθεί ως αποδοτικότερη λύση η ηλεκτρολυτική μέθοδος παραγωγής του νεοδυμίου από φθοριούχα τήγματα NdF3- MFx (M=Li, Ba, Ca) τα οποία περιείχαν Nd2O3. Η μέθοδος αυτή υπερτερούσε γιατί το παραγόμενο νεοδύμιο δε διαλυόταν τόσο έντονα στο τήγμα φθοριδίων. Ωστόσο, παρουσιάστηκε ένα βασικό μειονέκτημα: το Νd2O3 διαλυόταν δύσκολα στον ηλεκτρολύτη. Το πρόβλημα αυτό ήταν αιτία για να μη συνεχιστεί η έρευνα. Σε αυτή τη διδακτορική διατριβή επανεξετάστηκε η δυνατότητα χρησιμοποίησης τήγματος NdF3-LiF-Nd2O3 για παραγωγή Nd. Στο πρώτο μέρος της διδακτορικής διατριβής διερευνήθηκε με περισσότερη ακρίβεια η διαλυτότητα του Nd2O3 σε τήγματα NdF3-LiF και NdF3-LiF-MgF2. Η συγκέντρωση των τηγμάτων και η θερμοκρασία μεταβλήθηκε για τη συλλογή περισσότερων πληροφοριών για το σύστημα. Έτσι, προσδιορίστηκε η διαλυτότητα του Nd2O3 σε τήγματα NdF3-LiF (NdF3: 15, 23.1, 30 mol%) και σε θερμοκρασιακή περιοχή 750-900°C. Βρέθηκε ότι η διαλυτότητα του οξειδίου ήταν περιορισμένη (μέγιστη τιμή: 1.6 %κ.β. για NdF3: 30 mol% και T=900°C). Η διαλυτότητα του οξειδίου δεν επηρεάστηκε αισθητά από την προσθήκη MgF2 (μέγιστη συγκέντρωση προστιθέμενου MgF2: 11.16 mol%). Τα αποτελέσματα της διαλυτότητας χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της ενθαλπίας διάλυσης του οξειδίου στο τήγμα. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας διερευνήθηκε ο ηλεκτροχημικός μηχανισμός της εναπόθεσης του Nd, μέσω κυκλικής βολταμμετρίας, με τελικό σκοπό την παραγωγή κραμάτων Mg-Nd. Κατά την ηλεκτροχημική μελέτη χρησιμοποιήθηκε ηλεκτρολύτης LiF με προσθήκη ξεχωριστά ή ταυτόχρονα NdF3 και Nd2O3. Το ηλεκτρόδιο εργασίας ήταν γραφίτης ή W ενώ το βοηθητικό και το αναφοράς ήταν από γραφίτη. Παρατηρήθηκε ότι τα ιόντα Nd3+ ανάγονταν μέσω αντίδρασης ενός βήματος σε Nd0 μόνο όταν NdF3 βρισκόταν στον ηλεκτρολύτη. Η παρουσία του Nd2O3 προκαλούσε έκλυση CΟx υποδεικνύοντας ότι το Nd2O3 καταναλωνόταν κατά την παραγωγή του νεοδυμίου. Με βάση τα ηλεκτροχημικά δεδομένα προτάθηκε μηχανισμός για την ηλεκτροχημική παραγωγή του νεοδυμίου από τα παραπάνω συστήματα. Στο τρίτο μέρος της διδακτορικής διατριβής πραγματοποιήθηκε μελέτη της ανοδικής αντίδρασης η οποία λαμβάνει μέρος ταυτόχρονα με την ηλεκτρολυτική εναπόθεση του νεοδυμίου. Προϊόν της ανοδικής αντίδρασης πρέπει να είναι ενώσεις CO2/CO οι οποίες προέρχονται από την κατανάλωση του Nd2O3 και όχι ενώσεις CxFy οι οποίες προέρχονται από την κατανάλωση του NdF3. Τα αέρια CxFy έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από το CO2 στην ατμόσφαιρα και είναι ισχυρά αέρια θερμοκηπίου καθώς έχουν την ικανότητα να παγιδεύουν την υπέρυθρη ακτινοβολία της Γης μέχρι και 9000 φορές περισσότερο από το CO2. Κατά την ηλεκτρολυτική μελέτη, το τήγμα αποτελείτο από LiF-NdF3-Nd2O3 και το ηλεκτρόδιο στο οποίο εξετάστηκε η ανοδική αντίδραση ήταν από γραφίτη. Προσδιορίστηκε η μέγιστη πυκνότητα ρεύματος, η μέγιστη ολική τάση και η μέγιστη υπέρταση ανόδου κατά τις οποίες μπορεί ένα σύστημα LiF-NdF3-Nd2O3 να λειτουργεί παράγοντας νεοδύμιο χωρίς την έκλυση ενώσεων CxFy.
Abstract (translated): -
Appears in Collections:Τμήμα Χημικών Μηχανικών (ΔΔ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nimertis_Stefanidaki.pdf4.12 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.