《稀土元素分離方法》PPT課件

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1、第七章稀土金屬及其合金的制取一、通常把鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪稱為輕稀土或鈰組稀土；把釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥釔稱為重稀土或釔組稀土。二、也有的根據(jù)稀土元素物理化學(xué)性質(zhì)的相似性和差異性，除鈧之外(有的將鈧劃歸稀散元素)，劃分成三組，即輕稀土組為鑭、鈰、鐠、釹、钷；中稀土組為釤、銪、釓、鋱、鏑；重稀土組為鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔。稀土金屬和合金的制備是通過稀土火法冶金工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)的；火法冶金技術(shù)是指用高溫的熱力學(xué)條件完成還原稀土離子成為金屬態(tài)和金屬提純的過程；隨著稀土金屬用途及應(yīng)用研究領(lǐng)域的不斷增加，所需稀

2、土金屬品種、純度及數(shù)量不斷增加，不斷促進(jìn)了制備工藝的發(fā)展，熔鹽點(diǎn)解和金屬熱還原法成為制備稀土金屬的主要技術(shù)方法，到80年代，隨著稀土金屬基合金在新型稀土功能材料應(yīng)用的迅速增加和商品化，又一次推動(dòng)了制備稀土金屬熔鹽點(diǎn)解和金屬熱還原工藝的發(fā)展，使火法冶金技術(shù)制備稀土金屬及合金工業(yè)化技術(shù)逐漸成熟。對(duì)于不同的稀土金屬，采用不同的制備方法：La、Ce、Pr、Nd一般采用熔鹽電解法制取，其單一金屬用氧化物熔鹽法；混合金屬用氯化物熔鹽法，都是用變頻器將交流電變成直流電電解。Sm、Eu、Yb金屬的制取一般在碳管爐中采用氧化物經(jīng)

3、La、Ce金屬熱還原，即蒸餾法。重稀土金屬采用氟化物鈣熱還原法制取，在真空感應(yīng)爐中進(jìn)行。7.1熔鹽電解法熔鹽電解工藝是目前制取大量混合稀土金屬、部分單一輕稀土金屬（除Sm外）及其合金的主要方法。按電解質(zhì)體系可以分為：1、熔融氯化物電解：RECl3+MCl（MCl2）2、熔融氟化物-氧化物電解：REF3+RE2O3+MF（MF2），如：（NdF3+LiF+Nd2O3）制備熔點(diǎn)低于1000℃的稀土金屬及中間合金，通常在高于該金屬熔點(diǎn)50---100℃下進(jìn)行。對(duì)于熔點(diǎn)較高的Y及重RE金屬，先生產(chǎn)低熔點(diǎn)中間合金，然后蒸

4、餾提純。1、熔融氯化物電解1875年提出。由于單純的RECl3熔點(diǎn)高，黏度大，導(dǎo)電性差，本身不穩(wěn)定(易與空氣中H2O、O2的作用)，特別是熔融RECl3對(duì)RE金屬有很高的溶解度，所以不可能用單純?nèi)垠w(RECl3)作電解質(zhì)。對(duì)于RE而言，可做電解質(zhì)成分的只有堿金屬或堿土金屬的氯化物，因?yàn)樗鼈冊(cè)谕蝗垠w中的分解電壓比RECl3高，否則難以制得較純金屬。電解質(zhì)的基本性質(zhì)（1）熔度電解質(zhì)是幾種鹽的混合物，熔化有一個(gè)溫度范圍，就是熔度。一般電解溫度高出電解質(zhì)熔度的50~100℃。（2）黏度黏度大，金屬液滴同電解質(zhì)難分離，

5、陽極氣體逸出受到的阻力大，南排出，也不利于電解渣泥的沉降，還會(huì)阻礙電解質(zhì)的循環(huán)和離子擴(kuò)散，也影響電解的傳熱、傳質(zhì)。（3）導(dǎo)電性（4）密度（5）蒸汽壓（6）表面張力電解質(zhì)的選擇：①在電解溫度下，電解質(zhì)的密度與稀土金屬的密度差應(yīng)較大，以利于金屬與電解質(zhì)的分離。②稀土氯化物可溶于鹽的熔體中。③在電解溫度下，黏度小，流動(dòng)性要好，有利于陽極氣體的排除及電解質(zhì)組成的均勻性。④在電解溫度下，有良好的導(dǎo)電性，使其在熔融狀態(tài)下有較小的電壓降，以利于降低電能消耗，提高電流效率。⑤電解質(zhì)各組元中陽離子半徑較小，以減少稀土金屬在電解質(zhì)

6、中的溶解損失。⑥沒有比稀土金屬更正電性的金屬，以保證稀土離子的優(yōu)先析出。⑦在電解溫度下，蒸汽壓要低，且不與石墨陽極和陰極材料發(fā)生作用，并希望它們能形成堆積密度大，穩(wěn)定性好的絡(luò)合體。該方法主要適用于生產(chǎn)混合金屬、單一輕稀土金屬以及稀土合金，電解Y組稀土比較困難，這是因?yàn)榻饘偃埸c(diǎn)較高，除Yb外，為1300-1700℃，電解質(zhì)揮發(fā)嚴(yán)重。工業(yè)上一般用RECl3-NaCl-KCl體系（工業(yè)氯化鉀中含有NaCl）。氯化稀土和堿金屬氯化物離解成離子。RECl3→RE3+十3Cl-KCl→K+十C1-在直流電場(chǎng)作用下，陽離子R

7、E3+、K+朝陰極方向移動(dòng)，而陰離子Cl-則朝陽極方向移動(dòng)。電解的結(jié)果，在陰極上析出稀土金屬，在陽極上析出氯氣。陽極一般是石墨，陰極一般是鉬。稀土氯化物熔鹽電解的電極過程根據(jù)電解質(zhì)能夠發(fā)生電離的原理，電解質(zhì)在熔融狀態(tài)下也發(fā)生電離作用，化合物解離為能自由運(yùn)動(dòng)的陽離子和陰離子：氯化稀土將按下式離解：RECl3=RE3++3Cl-氯化鉀將按如下方式解離：KCl=K++Cl-所以主要陽離子為RE3+、K+，陰離子為Cl-，這些離子在電解質(zhì)熔體中無規(guī)律地自由運(yùn)動(dòng)。電場(chǎng)作用下陽離子朝電解槽的陰極運(yùn)動(dòng)，陰離子向陰極：RE3+

8、+3e-=RE陽極：2Cl--2e-=Cl23Cl--3e-=3/2Cl2總反應(yīng)：RECl3=RE+3/2Cl2影響電流效率的主要因素1、電解質(zhì)的組成2、電解溫度3、電流密度4、極間距5、原料質(zhì)量6、槽型稀土氯化物熔鹽電解設(shè)備目前工業(yè)生產(chǎn)中多采用敞口電解槽，電解尾氣含氯量一般都較低，電解尾氣從電解槽的排風(fēng)罩抽出，經(jīng)風(fēng)機(jī)送到噴射洗氣塔淋洗。在塔內(nèi)將氯化氫氣體吸收，并除掉粉塵，使尾氣溫度降