[发明专利]金属钐生产装置及方法

说明书

本发明公开了一种金属钐生产装置及方法。该金属钐生产装置包括炉体、炉盖、坩埚支撑装置、坩埚、坩埚中心加热体、坩埚中心加热体电极、套筒、收集器、加热控制系统和真空冷却充气系统；所述加热控制系统设置为能够分步多次对坩埚中心加热体的加热温度进行控制，以避免镧渣与坩埚粘连；所述真空冷却充气系统设置为能够对炉体的内部进行抽真空操作，且能够对炉体的内部进行快速降温，并能够向炉体内部充入惰性气体。本发明的金属钐生产装置可以有效避免镧渣与坩埚粘连。

技术领域

本发明涉及一种金属钐生产装置及方法。

背景技术

稀土金属广泛应用于多种功能材料当中，如高性能稀土永磁材料、磁致伸缩材料、磁制冷材料、稀土贮氢材料、稀土发光材料等。但是没有足够纯度的稀土原材料，就不可能生产出性能优良的功能材料。以高纯稀土金属及其化合物生产的稀土新材料在现代高新技术和军事技术中发挥着重要作用。

高纯金属钐可用于生产磁性材料钐钴(Sm-Co)合金，也可用于核反应堆中吸收热中子。

CN109055768A公开了一种制备高纯金属钐的真空炉及其制备高纯金属钐的方法；该制备高纯金属钐的真空炉包括冷凝坩埚、坩埚和分离器，所述冷凝坩埚、分离器和坩埚位于真空炉内，自上而下依次为冷凝坩埚、分离器和坩埚，所述分离器位于坩埚中部或坩埚之上；该专利利用金属钐蒸气压高于金属镧等蒸气压的特性，利用稀土金属蒸气的相变热，使得金属钐在分离器中经历多次蒸发和凝结分离低蒸气压的杂质，一次性制得高纯金属钐。但是上述方法容易出现加热不均匀、出料困难、生产效率低下的问题。

由于稀土金属Sm的蒸汽压较高，早期科研工作者在制备金属钐时采用氧化物金属热还原的传统方法，但结果不尽如人意。在氧化钐的金属热还原方面曾采用高活性的碱土金属、碱金属做还原剂，但未能得到纯净的金属钐；而采用镧作为还原剂获得了较为纯净的金属钐并且收率较高，目前该方法成为了生产稀土金属钐的主要方法之一。

但是采用镧作为还原剂生产金属钐时在实际操作过程中普遍存在如下问题：1)在加热过程中，仅对坩埚的外壁进行加热，坩埚内的料块加热不均匀，导致还原蒸馏时间长；2)金属钐生产完成后，在进行降温时为自然冷却，降温速度慢，造成降温时间的浪费，导致效率低下；3)镧渣容易和坩埚粘连，导致出料困难、人工出料劳动强度大等问题，因而造成生产效率低下。

因此，为解决上述技术问题，亟需一种新的金属钐生产装置及方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种金属钐生产装置，可以有效避免镧渣与坩埚粘连。本发明的另一个目的在于提供一种金属钐的生产方法，可以有效避免镧渣与坩埚粘连，并且能够提高炉体降温速率，大大缩短出炉时间。

本发明采用如下技术方案实现上述目的。

本发明提供一种金属钐生产装置，包括炉体、炉盖、坩埚支撑装置、坩埚、坩埚中心加热体、坩埚中心加热体电极、套筒、收集器、加热控制系统和真空冷却充气系统；其中，坩埚支撑装置、坩埚、坩埚中心加热体、套筒和收集器均设置于炉体的内部；坩埚中心加热体电极、加热控制系统和真空冷却充气系统均设置于炉体的外部；

所述炉体的顶端为开口状；炉盖盖设在炉体的顶端；所述坩埚支撑装置焊接在炉体的内侧壁上；所述坩埚支撑装置与炉体的内壁底端具有一定的间距；所述坩埚设置在坩埚支撑装置的上方，其用于盛装镧与氧化钐混合料块；所述坩埚支撑装置上设置有坩埚中心加热体；所述坩埚中心加热体穿过坩埚的底壁中心部位，并向上伸入到坩埚的内部，用于对坩埚内的镧与氧化钐混合料块进行加热；坩埚的底壁中心部位留有与所述坩埚中心加热体贴合的中孔，进而保证坩埚中心加热体能够从坩埚的底壁穿过；所述坩埚中心加热体与所述坩埚中心加热体电极电连接；坩埚的上方设置有套筒；收集器盖设在套筒的顶端；所述套筒用于对收集器进行支撑和连接；所述收集器用于对加热过程中逸出的钐蒸汽进行收集和冷凝；