稀土金属及其合金的制取

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1、第八章稀土金属及其合金的制取火法冶金技术是指用高温的热力学条件完成还原稀土离子成为金属态和金属提纯的过程；稀土火法冶金:(rareearthspyrometallurgy)技术是指应用高温这一重要的热力学条件，完成还原稀土离子成金属态和金属提纯的过程。此过程没有水溶液参加，故又称为火法冶金。稀土金属和合金的制备是通过稀土火法冶金工艺技术实现的。稀土火法冶金技术分为三大类：熔盐电解、金属热还原和火法提纯技术。火法冶金工艺过程简单，生产率较高。随着稀土金属用途及应用研究领域的不断增加，所需稀土金属品种、纯度及数量不断增加，不断促进了制备工艺的发展，熔盐电解和金属热还原法成为制备稀土金属的

2、主要技术方法；到80年代，随着稀土金属基合金在新型稀土功能材料应用的迅速增加和商品化，又一次推动了制备稀土金属熔盐点解和金属热还原工艺的发展，使火法冶金技术制备稀土金属及合金工业化技术逐渐成熟。对于不同的稀土金属，采用不同的制备方法：La、Ce、Pr、Nd一般采用熔盐电解法制取，其单一金属用氧化物熔盐法；混合金属用氯化物熔盐法，都是用变频器将交流电变成直流电电解。Sm、Eu、Yb金属的制取一般在碳管炉中采用氧化物经La、Ce金属热还原，即蒸馏法。重稀土金属采用氟化物钙热还原法制取，在真空感应炉中进行。熔盐电解法熔盐电解工艺是目前制取大量混合稀土金属、部分单一轻稀土金属（除Sm外）及其

3、合金的主要方法。按电解质体系可以分为：1、熔融氯化物电解：RECl3+MCl（MCl2）2、熔融氟化物-氧化物电解：REF3+RE2O3+MF（MF2），如：（NdF3+LiF+Nd2O3）制备熔点低于1000℃的稀土金属及中间合金，通常在高于该金属熔点50---100℃下进行；对于熔点较高的Y及重RE金属，先生产低熔点中间合金，然后蒸馏提纯。一、熔融氯化物电解1875年提出，由于单纯的RECl3熔点高，黏度大，导电性差，本身不稳定(易与空气中H2O、O2的作用)，特别是熔融RECl3对RE金属有很高的溶解度，所以不可能用单纯熔体(RECl3)作电解质。对于RE而言，可做电解质成分的

4、只有碱金属或碱土金属的氯化物，因为它们在同一熔体中的分解电压比RECl3高，否则难以制得较纯金属。电解质的基本性质：由于单纯稀土氯化物熔点高，粘度大，本身又不十分稳定（易吸水、吸氧）而且本身对稀土金属有较大的溶解度等原因，电解时并不是单纯的作为电解质，而是二元或多元熔体体系；常用作电解质的主要组元是碱金属或碱土金属的氯化物；（1）熔度纯的盐类都有固定的熔点，但是几种盐混合在一起熔化时，就不是一个温度下熔化，而是有一个熔化的温度范围，即熔度（区别于熔点）。电解质就是几种盐类的混合物，所以也存在一定的熔度范围。电解中，电解温度的选择主要取决于电解质的熔度，设法降低电解质的熔度，才能有效降

5、低电解的温度，从而降低电耗，提高电流效率；一般电解温度高出电解质熔度的50-100℃。电解温度高于金属熔点，电解制取混合稀土金属和铈时为850～900℃；电解制取镧时为900～930℃；电解制取镨钕合金时约为950℃；（2）电解质黏度黏度大，金属液滴同电解质难分离，阳极气体逸出受到的阻力大，难以排出，也不利于电解渣泥的沉降，还会阻碍电解质的循环和离子扩散，也影响电解的传热、传质。（3）电解质导电性熔体导电性好，电流通过电解质熔体的电压降小，生产每吨稀土金属的电耗就会减少，同时还能在保持电解温度的条件下，可以增加电流强度以提高电解槽产量的优势。降低电解质电压有以下三种途径：A、减小极距

6、；B、减小阳极电流密度；C、增加电解质的导电性；电解质的导电性与熔体中稀土含量、电解温度、杂质含量等均有直接关系，提高电解质导电性可以从以下几方面着手来改善：A、稀土含量：少加料、勤加料；B、电解温度：温度高，导电性好；C、其他物质：加碳或其他悬浮不熔物，降低导电性；添加如LiCl导电性良好的物质，能增加导电性。（4）密度：电解质的密度与金属和生成的泥渣的密度相对大小，对于他们的分离有影响。稀土氯化物含量增加会导致混合盐密度增大。（5）蒸汽压：熔体电解质蒸气压高，熔盐易挥发，电解质在电解过程中的损失就大，同时，也会造成尾气回收的难度增大；为了尽量减少熔盐的挥发，应尽量降低电解温度。（

7、6）表面张力（相互润湿性）：A：电解质同熔融稀土金属之间的表面张力：对金属在熔体中的溶解损失影响较大，应设法增大他们之间的表面张力以提高金属与电解质的分离，提高电流效率；B：电解质与石墨阳极之间的表面张力：对阳极气体的溢出有影响------表面张力越小，阳极气体越易排出。电解质的选择：①、在电解温度下，电解质的密度与稀土金属的密度差应较大，以利于金属与电解质的分离。②、稀土氯化物可溶解于电解质盐类的熔体中。③、在电解温度下，黏度小，流动性要好，有利于阳极气