[其他]稀土氧化物的金屬熱還原

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 101985000000813
• 申請(qǐng)日: 1985-04-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1004427B
• 公開(kāi)（公告）日: 1989-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·A·沙馬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車公司
• 代理公司: 中國(guó)專利代理有限公司
• 代理人: 羅宏;劉元金

稀土氧化物能夠通過(guò)一種新穎高效的金屬熱還原工藝來(lái)還原成稀土金屬。把稀土氧化物和鈉金屬一道擴(kuò)散于適當(dāng)及熔化的氯化鈣中，鈉與氯化鈣發(fā)生反應(yīng)而形成鈣金屬，鈣金屬進(jìn)而將稀土氧化物還原成稀土金屬。所形成的稀土金屬在反應(yīng)器中形成離散層而被分離出來(lái)。

該發(fā)明采用最新的金屬還原法將稀土氧化物特別是氧化釹直接還原成稀土金屬。這種經(jīng)濟(jì)的加工方法尤其適用于釹-鐵-硼磁鐵原料的釹金屬的生產(chǎn)。

最強(qiáng)力的商用永磁鐵曾一度以五鈷化釤（SmCo₅）燒結(jié)粉末為原料。近年來(lái)，磁力更強(qiáng)的磁鐵也是輕質(zhì)稀土元素（最好是釹和鐠、鐵和硼）合金來(lái)制成的＊述合金以及將其加工成磁鐵的方法已在美國(guó)414936號(hào)專利申請(qǐng)（申請(qǐng)日為1982年9月3日）、508266號(hào)專利申請(qǐng)（申請(qǐng)日為1983年6月24日）、544728號(hào)專利申請(qǐng)（申請(qǐng)日為1983年10月26日）、520170號(hào)專利申請(qǐng)（申請(qǐng)日為1983年10月26日）和492629號(hào)專利申請(qǐng)（申請(qǐng)日為1983年5月9日）中作了敘述，其中前＊個(gè)為克勞特氏（Crcat）專利申請(qǐng)，520170號(hào)為李氏專利申請(qǐng)，492629號(hào)為克勞特氏和李氏專利申請(qǐng)＊述專利申請(qǐng)均已轉(zhuǎn)讓給美國(guó)通用汽車公司。

元素周期表中原子序數(shù)為57-71的稀土元素和原子序數(shù)為39的釔均來(lái)源于氟碳酸釹鑭礦（bastna〈＆＆〉）和獨(dú)居礦砂。利用幾種常規(guī)的精選法可以從＊述礦砂中提取出稀土混合物，提取出來(lái)的稀土可＊通過(guò)洗提和液-液抽提等常規(guī)方法加以分離。

分離出來(lái)的稀土金屬應(yīng)按較高的純度（原子百分率不低于95%，這取決于雜質(zhì)的多寡）要求把它＊氧化物中還原出來(lái)并制成永磁鐵。過(guò)去這一終端＊原工藝在以往看來(lái)既復(fù)雜成本又高，因而增加稀土金屬的價(jià)格十分高昂。

電解還原法和金屬熱還原（非電解）法一直被用來(lái)還原稀土金屬。電解還原法有兩種：（1）把溶化于堿漿或堿土金屬鹽漿中的無(wú)水稀土氧化物分解出＊，（2）把溶化于稀土氟鹽熔浴中的稀土氧化物分解＊。

上述兩種電解方法的缺點(diǎn)是：（1）加工時(shí)必須使用價(jià)格高昂的消費(fèi)性電極;（2）必須使用無(wú)水氯化物或＊鹽來(lái)防止稀土氧化鹽（如氯氧化釹）的產(chǎn)生;＊必須在高溫（通常高于1000℃）條件下進(jìn)行操作;＊電流效率低而使耗電費(fèi)用增加;（5）產(chǎn)品回收率低＊回收率最高只有40%）。（6）稀土氯化物還原時(shí)散發(fā)＊腐蝕性氯氣。而還原氟化物時(shí)需要小心控制電解＊度梯度以便使稀土金屬結(jié)核固化。該方法的唯一＊＊，便是只要設(shè)置還原金屬的提取裝置并補(bǔ)充熔＊浴，電解還原作業(yè)就可連續(xù)進(jìn)行。

金屬熱還原法（非電解還原法）也有兩種程序：＊用金屬鈣還原稀土氟化物（稱為鈣熱還原法）;（2）用氫化鈣或鈣金屬還原一擴(kuò)散稀土氧化物。金屬熱還原法的缺點(diǎn)是不能連續(xù)操作，而且必須在無(wú)氧環(huán)＊中進(jìn)行，因而耗能很大。還原一擴(kuò)散生成的稀土＊品呈粉狀，使用前須經(jīng)過(guò)水化提純。兩種工藝均＊多步進(jìn)行。金屬熱還原法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是稀土金屬＊氧化物或氟化物中的還原回收率常常高于90%。

有稀土氟化物或氯化物參與反應(yīng)時(shí)，事先應(yīng)處＊稀土氧化物以產(chǎn)生鹵化物。增設(shè)這一工藝將會(huì)增＊稀土金屬產(chǎn)品的成本。

隨著輕質(zhì)稀土-鐵合金永磁鐵的問(wèn)世，人們對(duì)價(jià)格低廉、純度較高的稀土金屬的需求量大大增加。然而，現(xiàn)有的稀土化合物還原法無(wú)一能夠保證大幅度地降低稀土金屬的生產(chǎn)成本或提高這種磁鐵級(jí)金屬的回收率。因此，提供一種新穎高效且較為經(jīng)濟(jì)的稀土金屬提取法乃本發(fā)明的宗旨。

通過(guò)下述優(yōu)選的實(shí)驗(yàn)操作方法可望獲得一定的成效：

設(shè)置一電熱式或其他供熱至理想溫度的反應(yīng)器，反應(yīng)器最好用高度惰性且對(duì)反應(yīng)組分無(wú)害的金屬或耐熱材料制成。

將預(yù)定數(shù)量的稀土氧化物投入盛有混合鹽浴（含約70%或以上重量百分比的氯化鈣和約5-30%重量百分比的氯化鈉）的反應(yīng)器，再加入足量的鈉金屬以便使相對(duì)于稀土氧化物的鈣金屬在化學(xué)計(jì)量上產(chǎn)生余量，上述反應(yīng)式如下：

CaCl₂+2Na→2NaCl+Ca