Príprava kovových zliatin vzácnych zemín

Nov 24, 2023

Zanechajte správu

V roku 1826 Švéd Musander prvýkrát použil kov sodík a draslík na redukciu bezvodého chloridu céru na výrobu kovového céru s mnohými nečistotami. V roku 1875 W. Hillebrand a T. Norton prvýkrát použili elektrolýzu chloridovej roztavenej soli na získanie malých množstiev zmiešaných kovov céru, lantánu a prazeodýmu, neodýmu. Koncom 1930 rokov boli vyvinuté procesy tepelnej redukcie kovov a elektrolýzy roztavenej soli na výrobu priemyselných čistých kovov vzácnych zemín z halogenidov vzácnych zemín. Metóda kovovej tepelnej redukcie fluoridu vápenatého spočíva v zmiešaní a zhutnení bezvodého fluoridu vzácnych zemín s časticami kovového vápnika presahujúcimi teoretické množstvo o 10-15 %, vložiť ho do tantalového téglika, umiestniť do vysokovákuovej elektrickej pece, naplniť s inertným plynom a viesť redukčnú reakciu pri teplote 50-100 stupňa vyššej ako je teplota topenia trosky a kovu. Udržujte pri reakčnej teplote asi 15 minút, potom ochlaďte na izbovú teplotu, odstráňte trosku a odstráňte kov, pričom rýchlosť regenerácie kovu je 95-97 %. Produkt však obsahuje 0.1-2 % vápnika a 0.{10}} % tantalu (obsah tantalu v redukovanom skandiu a lutéciu je až 2 % alebo viac) ako vysoké nečistoty ako kyslík a fluór. Ďalej je potrebné ho podrobiť vysokovákuovému pretaveniu a destilácii (alebo sublimácii), aby sa odstránili nečistoty. Táto metóda môže produkovať lantanoidové kovy iné ako samárium, európium, ytterbium a thulium.
Bežne používané redukčné činidlá v procese chloridovej tepelnej redukcie sú lítium alebo vápnik. V dôsledku nižšej reakčnej teploty sa môžu použiť titánové a molybdénové tégliky, ktoré sú lacnejšie ako tantal, a môžu znížiť znečistenie téglika na kov.

Príprava kovov vzácnych zemín zo skupiny ytria metódou medzizliatiny: Do vsádzky redukčnej pece sa pridá určitý podiel horčíka a chloridu vápenatého, aby sa vytvorili horčíkové zliatiny vzácnych zemín a troska CaF2 CaCl2 s nízkou teplotou topenia. Pri redukcii bezvodého YF3 vápnikom sa kovový vápnik a horčík vkladajú do téglika (obrázok 3), zatiaľ čo YF3 a CaCl2 sa vkladajú do horného plniaceho lievika. Reakčná nádoba sa utesní a vysaje do 10-2 horákov, potom sa naplní plynným argónom a zahreje sa na 950 stupňov, aby YF3 a CaCl2 mohli spadnúť do téglika. Materiál pece prechádza redukčnými a legovacími reakciami podľa nasledujúceho vzorca. Po držaní po dobu {{10}} minút sa téglik odstráni, aby sa získala zliatina ytria a horčíka s obsahom 24 % horčíka. Vákuová destilácia tejto zliatiny pri určitej rýchlosti ohrevu na 950 stupňov. Získaná huba ytrium obsahuje menej ako 0,01 % vápnika a horčíka s čistotou kovu približne 99.5-99,7 %. Hubovité ytrium sa pretaví vo vákuovej oblúkovej peci, čím sa získa hustý kov s výťažnosťou 90-94 %. Metóda redukcie lantánu (céru) oxidu samária, oxidu európia, oxidu yterbia a oxidu thulnatého redukuje Sm2O3, Eu2O3, Yb2O3 a Tm2O3 pri vysokej teplote a vysokom vákuu s použitím kovov s nižším tlakom pár, ako je lantán, cér a dokonca cér zmiešané kovy vzácnych zemín ako redukčné činidlá. Súčasne je možné destiláciou získať zodpovedajúce kovy. Spekaný prášok R2O3 s kovovým redukčným činidlom premiešame a s čistým povrchom (bez oxidového filmu) zlisujeme do bloku. V podmienkach vákua pri 10-3 horákoch a 1300-1600 stupňoch je možné dosiahnuť vysokú regeneráciu kovu redukčnou destiláciou počas 0.5-2 hodín. Redukčné destilačné zariadenie je znázornené na obrázku 4. Tento spôsob je vhodný aj na výrobu kovového dysprózia, holmia a erbia, ale vyžaduje vyššiu teplotu a stupeň vákua. Redukčná reakcia Eu2O3 je intenzívna a redukčná teplota je o 100-500 stupeň nižšia ako u oxidov redukovaného samária, yterbia a thúlia. Operácia by sa mala vykonávať v inertnej atmosfére.