稀土元素分离方法.ppt

一、通常把镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕称为轻稀土或铈组稀土；把钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥钇称为重稀土或钇组稀土。 二、也有的根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性，除钪之外(有的将钪划归稀散元素)，划分成三组，即轻稀土组为镧、铈、镨、钕、钷； 中稀土组为钐、铕、钆、铽、镝； 重稀土组为钬、铒、铥、镱、镥、钇。 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； 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； 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，熔盐点解和金属热还原法成为制备稀土金属的主要技术方法，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。 ⑤电解质各组元中阳离子半径较小，以减少稀土金属在电解质中的溶解损失。 ⑥没有比稀土金属更正电性的金属，以保证稀土离子的优先析出。 ⑦在电解温度下，蒸汽压要低，且不与石墨阳极和阴极材料发生作用，并希望它们能形成堆积密度大，稳定性好的络合体。 电场作用下阳离子朝电解槽的阴极运动，阴离子向 阴极：RE3+ + 3e- = RE 阳极：2Cl- - 2e- = Cl2 3Cl- - 3e- = 3/2Cl2 总反应：RECl3 = RE + 3/2Cl2 影响电流效率的因素： （1）电解温度 （2）电解质组成 （3）阴极电流密度 （4）极距 （5）加料速度 电解工艺： 该工艺是以粉末状的稀土氧化物为溶质，以同种稀土元素的氟化物为主要溶剂、氟化锂、氟化钡为混合熔盐的添加成分。 阴极通常选用钼或钨的金属型材。阳极材质都是石墨，但形式多样。 氟化物熔盐在高温下具有很强的腐蚀性，传统的工业耐火材料都难以用来做稀土氧化物电解槽槽体材料。在生产规模不大的情况下，都用石墨坩埚作电解槽。 由于金属呈液态聚集，电解质温度比金属熔点高，这就使电解槽槽体材料和电极材料在选择上受到限制，对于上万安培规模的大型工业槽可能要采用某些难熔金属的材质作槽衬或者采用凝壳技术。 熔盐电解工艺步骤： （1）电解槽砌筑 （2）烘炉 （3）电解 （4）出金属 （5）更换阳极 （6）分析检验、打磨包装 2 液态阴极电解法制取RE-Mg合金 利用低熔点的非稀土液态金属作为电解过程的阴极，使稀土在液态阴极上析出，制备含稀土的合金。特点： ①具有明显的去极化作用，使稀土与非稀土金属在液态阴极上形成金属间化合物。 ②由于去极化作用，使稀土在非稀土液态阴极上的析出电位向正方向偏移，稀土离子易于析出。可以提高电流效率。降低槽电压和电耗，提高经济效益。 电解工艺：氯化物熔盐体系制备Nd-Mg合金 3 自耗阴极电解制取稀土合金（Nd-Fe） 稀土离子在固态阴极上得电子生成稀土金属，稀土金属向固态阴极扩散形成熔点合金，并凝聚成合金球而滴落到接收器中。电解温度低于阴极金属熔点，高于生成合金熔点，采用高电流密度可提高阴极区温度，加速稀土金属与阴极金属的合金化速度，合金组成通常控制在合金的低共熔点附近。 氯化物熔盐体系制备Nd-Fe合金：NdCl3-KCl或 NdCl3-KCl- NaCl为电解质，Fe为自耗阴极，在720~850℃电解，制备Nd含量约为85%的合金。 氟化物熔盐体系制备Nd-Fe合金：83NdF3-17LiF，适量加一些BaF2为电解质， Fe为自耗阴极，980℃电解，制备Fe含量约为11~15%的合金。 利用活性较强的金属作为还原剂，还原其它金属化合物，制取金属的方法，通称为金属热还原法。 1 金属钙还原REF3制备稀土金属 3Ca + 2REF3 3CaF2 + 2 RE (1450—1750℃) CaF2与RE金属熔点接近，且蒸汽压较低，从而使得反应过程进行得较平稳，热量不易散失，金属易于聚集且易于观察操作。 CaF2渣的流动性好，易与金属的分离，还原剂钙易得又易提纯。 REF3 较RECl3不易吸水。 7.3 热还原法制取稀土金属 还原过程是在抽真空后充入惰性气体的坩埚中，由真空感应炉或真空电阻炉加热完成。 还原必须具备以下条件： a、还原设备真空度可达6.666×10-2帕。 b、设备温度可达1800℃，同时可调节控温。 c、惰性气体保护（Ar纯度4N净化）。 d、坩埚以Ta制成为宜。厚度＞0.3mm。 e、还原剂Ca要提纯净化，纯度＞3