稀土是具有实用意义及发展远景的新型能源,越来越受到国家和地区的重视。熔盐电解法生产工艺简单且经济效益高,被广泛应用于制备稀土单质。金属钕就是采用熔盐电解法制备,但在制备过程中发现,高温下因多孔结构的石墨与氧发生化学侵蚀而导致阳极孔隙内石墨颗粒脱落,碳颗粒随熔盐流动会进入金属收集器,从而使金属纯度降低。本文以3kA钕电解槽为研究对象,采用理论与数值模拟的方法研究熔盐中颗粒的运动轨迹,提出减少颗粒向金属收集器运动的措施和电解槽优化方案,以提高金属纯度。具体内容如下:本文针对碳夹杂在熔盐及金属产品中的现象,利用ANSYS软件建立了钕电解槽内流场-颗粒耦合的物理模型,研究碳颗粒在不同粒径下的运动轨迹,通过理论与数值模拟相结合的方式对流场中不溶于电解液的碳颗粒的受力情况进行梳理,研究发现颗粒在电解槽运动过程中起主要作用的力是曳力及重力,曳力是改变颗粒运动轨迹的影响因素,且曳力随粒径的增大而增大;100μm颗粒粒径是区分主要作用力是重力还是曳力的临界值,当颗粒小于100μm时,重力为主要作用力,表现为上浮,当颗粒大于100μm时,曳力为主要作用力,且颗粒粒径越大,偏移作用效果越明显。针对阳极易脱落部分,通过理论与数值模拟相结合的方式对改变阳极倾角及倒角后的流场进行分析,对颗粒在改变结构前后运动过程中的受力、含气率、角涡的处的变化进行研究,并颗粒运动轨迹进行分析对比。研究发现改变阳极倾角及增加阳极倒角,其颗粒运动轨迹均有远离阳极内表面的趋势,颗粒对阳极壁面的碰撞相对减弱,有利于减缓阳极碳脱落的现象,使其产品杂质含量减少。然而,与倾角阳极相比,使用倒角阳极时,电解质中的阳极气体含量更少,对气泡的排放有较明显的促进作用,这对于石墨阳极消耗最为严重的两个部位来说得到了极大地缓解,综上所述,阳极底面与侧面连接处预加工倒角阳极结构,对碳杂质的减少有一定的促进作用。