近年来,我国稀土氧化物-氟化物电解槽得到了一些改进和优化,电解槽容量也从最初的3kA增加到10kA,但阴、阳极平行竖直布置的结构特点并没有改变。这种槽型结构在生产实践过程中暴露出很多问题,如高能耗、高污染和高成本。稀土行业如果能够实现和推广潜没阴极式电解,将获得巨大的经济效益和社会效益。但是由于稀土金属的化学性质非常活泼、稀土氟化物熔盐具有强腐蚀性以及稀土氧化物在电解质中溶解度很小等原因,潜没阴极式电解槽一直没能应用于稀土金属的工业生产。基于以上背景,本文在新型电极材料制备、陶瓷材料应用于潜没阴极式钕电解的可行性、NdF3-LiF体系物理化学性质和钕电解还原过程等方面进行了探索性实验和基础性研究。这些工作对改进电解工艺、指导实际生产和设计潜没阴极式钕电解槽有一定借鉴意义。利用真空热压法制备了纯TiB2和TiB2-Ti陶瓷材料。结合XRD、SEM-EDX测试和热力学计算结果,讨论了烧结过程中发生的化学反应。结合SEM表征和相对密度测量的结果,讨论了金属含量和烧结温度对材料微观形貌和相对密度的影响。当试样获得一定致密度后,进一步提高烧结温度对试样的致密程度影响不大。金属Ti可以起到促进烧结的作用,因此TiB2-Ti陶瓷材料在较低的烧结温度下就可以获得相当的致密程度。考察了1050℃下NdF3-Nd2O3-LiF熔体对TiB2基陶瓷的润湿性能,通过CCD摄像机观察了整个润湿过程,该过程可视为一个带有反应性润湿特征的动态润湿过程。考察了TiB2基陶瓷材料在1100℃的NdF3-LiF-Nd2O3熔体中的抗腐蚀性能,实验表明TiB2-5wt.%Ti材料的抗腐蚀性能明显优于纯TiB2材料。考察了TiB2基陶瓷材料的抗热震性能,实验结果表明急冷急热条件下产生的热应力可以大大削弱材料的强度,添加金属Tj可以提高材料的抗热震性能。腐蚀实验结果表明由于粘结相Si3N4结构较为疏松,现有Si3N4-SiC材料不足以抵抗NdF3一LiF-Nd2O3高温熔体的侵蚀,其抗腐蚀性能有待提高。以A1203陶瓷为槽体材料的电解实验表明产物中含有钕铝合金,影响产品品质。采用步冷曲线法测定了NdF3-LiF熔盐体系的初晶温度,测定结果表明初晶温度随着NdF3摩尔分数增加而升高。利用配位化学和冰点降低法的相关理论讨论了Nd203在NdF3-LiF体系中的溶解过程和添加Nd203对NdF3-LiF体系初晶温度的影响。借助XRD、激光拉曼光谱仪和透明石英槽观察并讨论了金属钕在LiF、NaF和NdF3-LiF-Nd2O3熔体中的溶解现象。利用稳态平板法分别测定了凝固态NdF3-LiF和NdF3-LiF-Nd2O3试样的导热系数,得到了350-650℃内导热系数关于温度的拟合方程。利用循环伏安和计时电位等电化学方法研究了NdF3-LiF-Nd2O3体系钕电解的还原过程。设计了小型潜没阴极式电解槽,并进行钕电解测试,得到了纯度较高的金属产品。文章最后还讨论了潜没阴极式电解过程的稳定性、沉渣的形成和危害,并提出相应的解决措施。