稀土元素分離方法.ppt

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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)稀土元素物理化學性質的相似性和差異性，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實現(xiàn)的；火法冶金技術是指用高溫的熱力學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用研究領域的不斷增加，所需稀土金屬品種、純度及數(shù)

2、量不斷增加，不斷促進了制備工藝的發(fā)展，熔鹽點解和金屬熱還原法成為制備稀土金屬的主要技術方法，到80年代，隨著稀土金屬基合金在新型稀土功能材料應用的迅速增加和商品化，又一次推動了制備稀土金屬熔鹽點解和金屬熱還原工藝的發(fā)展，使火法冶金技術制備稀土金屬及合金工業(yè)化技術逐漸成熟。對于不同的稀土金屬，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)La、Ce金屬熱還原，即蒸餾法。重稀土金

3、屬采用氟化物鈣熱還原法制取，在真空感應爐中進行。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）制備熔點低于1000℃的稀土金屬及中間合金，通常在高于該金屬熔點50---100℃下進行。對于熔點較高的Y及重RE金屬，先生產(chǎn)低熔點中間合金，然后蒸餾提純。1、熔融氯化物電解1875年提出。由于單純的RECl

4、3熔點高，黏度大，導電性差，本身不穩(wěn)定(易與空氣中H2O、O2的作用)，特別是熔融RECl3對RE金屬有很高的溶解度，所以不可能用單純熔體(RECl3)作電解質。對于RE而言，可做電解質成分的只有堿金屬或堿土金屬的氯化物，因為它們在同一熔體中的分解電壓比RECl3高，否則難以制得較純金屬。電解質的基本性質（1）熔度電解質是幾種鹽的混合物，熔化有一個溫度范圍，就是熔度。一般電解溫度高出電解質熔度的50~100℃。（2）黏度黏度大，金屬液滴同電解質難分離，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，還會阻礙電解質的循環(huán)和

5、離子擴散，也影響電解的傳熱、傳質。（3）導電性（4）密度（5）蒸汽壓（6）表面張力電解質的選擇：①在電解溫度下，電解質的密度與稀土金屬的密度差應較大，以利于金屬與電解質的分離。②稀土氯化物可溶于鹽的熔體中。③在電解溫度下，黏度小，流動性要好，有利于陽極氣體的排除及電解質組成的均勻性。④在電解溫度下，有良好的導電性，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電解質各組元中陽離子半徑較小，以減少稀土金屬在電解質中的溶解損失。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，

6、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，這是因為金屬熔點較高，除Yb外，為1300-1700℃，電解質揮發(fā)嚴重。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-在直流電場作用下，陽離子RE3+、K+朝陰極方向移動，而陰離子Cl-則朝陽極方向移動。電解的結果，在陰極上析出稀土金屬，在陽極上析出氯氣。陽極一般

7、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)電解質能夠發(fā)生電離的原理，電解質在熔融狀態(tài)下也發(fā)生電離作用，化合物解離為能自由運動的陽離子和陰離子：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-，這些離子在電解質熔體中無規(guī)律地自由運動。電場作用下陽離子朝電解槽的陰極運動，陰離子向陰極：RE3++3e-=RE陽極：2Cl--2e-=Cl23Cl--3e-=3/2Cl2總反應：RECl3=RE+3/2Cl2影響電流效率的主要因素1、電

8、解質的組成2、電解溫度3、電流密度4、極間距5、原料質量6、槽型稀土氯化物熔鹽電解設備目前工業(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罩抽出，經(jīng)風機送到噴射洗氣塔淋洗。在塔內將氯化氫氣體吸收，并除掉粉塵，使尾氣溫度降