Fremstilling af sjældne jordarters metallegeringer

Nov 24, 2023

Læg en besked

I 1826 brugte svenskeren Musander først metalnatrium og kalium til at reducere vandfrit ceriumchlorid for at producere metalcerium med mange urenheder. I 1875 brugte W. Hillebrand og T. Norton først elektrolyse af chloridsmeltet salt til at opnå små mængder af blandede metaller af cerium, lanthan og praseodym neodym. I slutningen af ​​1930erne blev processerne med termisk metalreduktion og elektrolyse af smeltet salt udviklet til at producere industrielle rene sjældne jordarters metaller fra sjældne jordarters halogenider. Den termiske metalreduktionsmetode for calciumfluorid er at blande og komprimere vandfri sjældne jordarters fluorid med metalcalciumpartikler, der overstiger den teoretiske mængde med 10-15 %, fylde det i en tantal-digel, placere det i en højvakuum elektrisk ovn, fylde det med inert gas og udføre en reduktionsreaktion ved en temperatur 50-100 grad højere end smeltepunktet for slagge og metal. Hold reaktionstemperaturen i ca. 15 minutter, afkøl derefter til stuetemperatur, fjern slagger og fjern metal med en metalgenvindingsgrad på 95-97%. Produktet indeholder dog 0.1-2% calcium og 0,05-2% tantal (tantalindholdet i det reducerede skandium og lutetium er så højt som 2% eller mere), samt som høje urenheder såsom oxygen og fluor. Det skal yderligere underkastes højvakuum-omsmeltning og destillation (eller sublimering) for at fjerne urenheder. Denne metode kan producere andre lanthanidmetaller end samarium, europium, ytterbium og thulium.
De almindeligt anvendte reduktionsmidler i den termiske chloridreduktionsproces er lithium eller calcium. På grund af den lavere reaktionstemperatur kan titanium- og molybdændigler, der er billigere end tantal, anvendes, og kan reducere forureningen af ​​diglen på metallet.

Fremstilling af sjældne jordarters metaller fra Yttrium-gruppen ved hjælp af mellemlegeringsmetode: En vis andel magnesium og calciumchlorid tilsættes til den reducerende ovnladning for at danne magnesiumlegeringer af sjældne jordarter og slagger med lavt smeltepunkt af CaF2 CaCl2. Når vandfri YF3 reduceres med calcium, fyldes metalcalcium og magnesium i en digel (figur 3), mens YF3 og CaCl2 fyldes i den øverste fødetragt. Reaktionstanken forsegles og støvsuges til 10-2 brændere, fyldes derefter med argongas og opvarmes til 950 grader for at tillade YF3 og CaCl2 at falde ned i diglen. Ovnmaterialet gennemgår reduktions- og legeringsreaktioner i henhold til følgende formel. Efter at have holdt i {{10}} minutter, fjernes digelen for at opnå en 24 % magnesiumholdig yttriummagnesiumlegering. Vakuumdestillation af denne legering ved en vis opvarmningshastighed ved 950 grader. Den opnåede svamp yttrium indeholder mindre end 0,01 % calcium og magnesium med en metalrenhed på ca. 99,5-99,7 %. Svamp yttrium omsmeltes i en vakuumbueovn for at opnå et tæt metal med en genvindingsgrad på 90-94%. Lantan (cerium) reduktionsmetoden af ​​samariumoxid, europiumoxid, ytterbiumoxid og thuliumoxid reducerer Sm2O3, Eu2O3, Yb2O3 og Tm2O3 ved høj temperatur og højt vakuum, ved hjælp af metaller med lavere damptryk såsom lanthan, cerium og endda cerium blandede sjældne jordarters metaller som reduktionsmiddel. Samtidig kan destillation opnå de tilsvarende metaller. Bland og pres det sintrede R2O3-pulver med et metalreduktionsmiddel med en ren overflade (uden oxidfilm) til en blok. Under vakuumforhold på 10-3 brændere og 1300-1600 grader kan høj metalgenvinding opnås gennem reduktionsdestillation i 0,5-2 timer. Reduktionsdestillationsudstyret er vist i figur 4. Denne metode er også velegnet til fremstilling af metaldysprosium, holmium og erbium, men kræver højere temperatur og vakuumgrad. Reduktionsreaktionen af ​​Eu2O3 er intens, og reduktionstemperaturen er 100-500 grad lavere end den for oxiderne af reduceret samarium, ytterbium og thulium. Operationen skal udføres i en inert atmosfære.