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. / -
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/2318 |
| Date | 20 November 2009 |
| Creators | Στεφανιδάκη, Ευανθία |
| Contributors | Παπαθεοδώρου, Γεώργιος, Παπαθεοδώρου, Γεώργιος, Κουτσούκος, Πέτρος, Κοντογιάννης, Χρίστος, Περλεπές, Σπυρίδων, Νικολόπουλος, Παναγιώτης, Μπέμπελης, Συμεών, Κλεπετσάνης, Παύλος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
| Relation | Η ΒΥΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0028 seconds