[发明专利]制备稀土金属的方法

说明书

本发明提供了一种熔盐电解制备稀土金属的方法，所用电解槽分为阳极室和阴极室，内部盛有阳极电解质、阴极电解质、液态合金等熔体，在850‑1200℃下进行熔盐电解反应，向阳极室中加入稀土氧化物原料，在阴极室中产生固态或液态的稀土金属产物，该方法具有连续生产、原料要求低、产物纯度高等优点。

技术领域

本发明涉及稀土冶金技术领域，具体涉及利用熔盐电解法制备稀土金属的方法。

背景技术

稀土(Rare earth，RE)是一类重要的战略稀有金属，含稀土元素的钢铁材料、有色金属材料、磁性材料、催化材料、光电材料等凭借其特殊性能而广泛应用于国防军工、航空航天、电子信息、智能装备等领域，因此稀土也被誉为“现代工业维生素”。

稀土金属通常由三种方法制备：熔盐电解法、钙热还原法和还原-蒸馏法。

熔盐电解法适合制备熔点较低的镧、铈、镨、钕这四种轻稀土金属，按熔盐成分可划分为氯化物体系和氟化物体系，前者因为以难制备的无水氯化稀土(RECl₃)为原料，以及产生大量腐蚀性氯气等原因基本已被工业淘汰，目前主流工艺为以稀土氧化物(REO)为原料的氟化物熔盐电解法，电解槽中垂直插入钨/钼阴极和石墨阳极，向含REF₃为主要成分的熔盐中加入稀土氧化物，在电解过程中阳极析出CO和CO₂气体，在阴极得到液态稀土金属并沉入槽底的坩埚收集器。该方法具有投资成本低，生产能力强，操作简单连续等优点，但是也具有以下缺点：

一、原料纯度要求高。为制备出纯度高于99.0％的稀土金属，冶炼企业普遍要求原料中稀土氧化物总量不小于99wt％，单一稀土氧化物的相对纯度也要达99wt％以上。此外，为了制备出符合纯度要求的稀土氧化物，上游的溶剂萃取行业需要增设多级分离和纯化工序，无疑提高了生产成本；

二、金属产物品质较低。电解过程中原料带入的Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等氧化物和部分稀土元素杂质容易被电解还原并进入到稀土金属之中，电解渣泥和阳极炭块碎屑也容易造成稀土金属中的O和C杂质含量的升高，这些杂质元素均降低了稀土金属的纯度，影响了稀土金属的应用。

钙热还原法适合熔沸点均较高的钆、铽、镝、钬、铒和钇等中重稀土金属的生产。以钙为还原剂在高温真空下还原稀土氟化物，冷却分离后得到稀土金属产品。该方法具有流程短，收率高等优点，但缺点在于：原料纯度要求高，熔炼温度高达1400℃～1750℃，产品中的杂质氧含量偏高，生产不连续，产能偏低。在此基础上衍生出了钙热还原-中间合金法，即通过向原料中配入金属镁和氯化钙，反应温度可降至1000℃左右，但稀土镁合金产物还需要通过真空蒸馏法得到纯稀土金属。

还原-蒸馏法适合熔点适中、蒸汽压较高的钐、铕、铥、镱等四种金属的生产，采用沸点较高的金属镧或铈作为还原剂在高温真空条件下还原其氧化物，生成的钐、铕、铥或镱等金属蒸气通过冷凝收集。该方法具有产物纯度高的优势，但是生成能力低，工作温度在1200℃以上，需要镧或铈金属为原料，直收率略低。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为了避免原料纯度要求较高和产品质量较低两方面的缺陷，本发明提供了一种稀土金属的制备方法，以稀土氧化物为原料制备稀土金属的方法，具有生产连续，生产成本低等优势，为稀土金属材料研发和应用提供保障。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

所述方法利用电解槽实施，所述电解槽分为阳极室和阴极室，阳极室内设有阳极电解质和石墨阳极，阴极室内设有阴极电解质和惰性阴极，电解槽内底部盛有液态合金，阳极电解质和阴极电解质互不接触而是通过液态合金相连接；

液态合金用于与阳极电解质和阴极电解质构建稀土金属原子/稀土离子的电化学反应界面，以及用作稀土金属原子的传递介质；