[发明专利]一种生产稀土金属及合金的方法

说明书

本发明涉及一种生产稀土金属或合金的方法，将以REO、REF和LiF混合物,或以电解原料REO、REF和LiF中任一种与其他两种的混合物为电解原料的原料加入至内有加热至熔融状态的REF和LiF混合物电解质的电解槽内，电解制备稀土金属或稀土合金。使电解槽在运行过程中，避免了单一氧化物加入引起的熔盐电解体系的波动，可以保持电解质体系的均匀、稳定，电解出来的金属与之有稳定的密度差，有利于金属或合金更好的与之分离并汇集，减少非稀土杂质的夹杂，提高产品质量；提高月产量和电流效率，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及一种生产稀土金属及合金的方法，属于稀土生产工艺技术领域。

背景技术

熔盐电解法是生产稀土金属及合金的主要方法之一，可分为氯化物熔盐电解法和氟化物熔盐电解法。氯化物熔盐电解法由于无水氯化物制备困难、电流效率低，环保压力大等缺点限制了其发展。目前，稀土熔盐电解主要以氟化物熔盐电解体系为主，电解质的组成主要为REF和LiF。

在现有的稀土电解工艺中，主流槽型4～6kA，电效70％～75％，以手工作业为主，此类槽型在大型化过程中发现，受自身结构限制等原因影响，实际电效达到80％后工艺指标难再有提升空间(该数据引自文献：陈德宏，颜世宏等，3000A液态下阴极电解制备稀土金属关键技术研究，中国稀土学报，2011，29(06):769-772及石富等，稀土电解槽的研究现状及发展趋势，中国稀学报，2007(25):70-76)。尽管提高电效十分艰难，但对于稀土电解的行业来讲，电耗约占生产成本50％，所以从业者们依然在想办法努力降低电耗，提高电效。

在氟化物熔盐电解稀土体系的电解过程中，由于氟化物参与电解、熔盐挥发和渗漏等原因必然会导致电解质损失和比例改变。也正是由于稀土氟化物会参与电解这一显著特征，导致电解生产稀土金属或合金的方法与电解铝合金等金属电解过程与工艺均不相同，氟化铝仅作为电解铝生产中的熔盐添加剂，理论上在铝电解生产中并不消耗(该论点引自文献：包生重，史志荣等，降低氟化铝在铝电解生产过程中消耗的探讨，轻金属，2009(8):32-35)。稀土电解与铝电解的差异性还体现在槽型结构上：铝电解运行初期采用下埋阴极(石墨)，正常生产阶段以液态铝作为阴极，上置大型石墨块作为阳极，电解电流一般都是几十万安(200～500KA)。电解过程中主要发热区域在阴阳两极极间区域，在电解质表面Al₂O₃由槽沿板逐渐向阳极推移，很快形成一片连续的结壳，覆盖在电解质液面上，使电解槽很快转入正常生产，如此既可以避免电解质暴露在空气中，减少热损失，有能减少了氟盐的挥发损失，基本上无需补加熔盐，在加料(氧化铝)时需要把结壳面打开(该论点引自文献：胡开华，红旗冶炼厂，铝电解槽面壳完整对生产的作用，新疆矿冶，1982(02):59-68)；而稀土熔盐电解则采用上挂阴极(钨棒)，阳极在侧面布置的工艺，电解电流与电解铝相比不属于同一个数量级，大槽型也只达到25KA左右，目前还没有相关报道实际生产中采用类似于铝电解的下置或液态阴极的方式在大型化生产，稀土电解承接坩埚在阴极的正下方，不属于高温区段。另外稀土电解过程中温度一般在1100℃左右，熔盐不仅部分参与电解，还有部分挥发损耗。因此正常稀土电解过程需不断的额外补加电解质熔盐以维持炉台熔盐体系的稳定，所以电解稀土工艺必须加入稀土氟化物，若能精确控制加入量则更有益于生产。

由于稀土氟化物比例过高则导致体系熔点高，电解温度高；稀土氟化物比例过低，则导致氧化物在电解质中的单位溶解量减少，体系电阻下降。因此，在熔盐电解法生产稀土金属及合金过程中，保证氟化物的比例的稳定非常有助于整个电解质体系的稳定。

在现有的电解工艺中，电解质，氟化稀土和氟化锂分别凭经验不定时和不定量加入，何时该加，加多少由员工自行确定，由于个人的经验不同，往往导致电解质液面和比例失控，影响了电解的正常进行。另外由于氟化锂的熔点比电解质的熔点低，而氟化稀土的熔点比电解质的熔点高，分别集中大量加入时易导致氟化锂挥发损失，氟化稀土难以熔化。而且，在电解过程中，氟化物参与电解将导致电解质体系的物质比例逐渐失去平衡，补加氟化物和氟化锂的数量和时间不能较好控制，导致电解质体系长期处于不稳定甚至紊乱的状态。