Priprava zlitin redkih zemeljskih kovin

Nov 24, 2023

Pustite sporočilo

Leta 1826 je Šved Musander prvič uporabil kovinski natrij in kalij za redukcijo brezvodnega cerijevega klorida, da je proizvedel kovinski cerij s številnimi primesmi. Leta 1875 sta W. Hillebrand in T. Norton prvič uporabila elektrolizo kloridne staljene soli za pridobivanje majhnih količin mešanih kovin cerija, lantana in prazeodima, neodija. Do konca leta 1930 so bili razviti postopki termične redukcije kovin in elektrolize staljene soli za proizvodnjo industrijskih čistih redkih zemeljskih kovin iz halogenidov redkih zemelj. Metoda kovinske toplotne redukcije kalcijevega fluorida je mešanje in stiskanje brezvodnega fluorida redke zemlje z delci kovinskega kalcija, ki presegajo teoretično količino za 10-15%, nalaganje v tantalov lonček, postavljanje v visokovakuumsko električno peč, napolnitev z inertnim plinom in izvedite reakcijo redukcije pri temperaturi, ki je 50-100 stopinj višja od tališča žlindre in kovine. Vzdržujte pri reakcijski temperaturi približno 15 minut, nato ohladite na sobno temperaturo, odstranite žlindro in odstranite kovino s stopnjo izkoristka kovine 95-97%. Vseeno pa izdelek vsebuje tudi 0.1-2% kalcija in 0.05-2% tantala (vsebnost tantala v reduciranem skandiju in luteciju je celo 2% ali več), kot visoke nečistoče, kot sta kisik in fluor. Nadalje ga je treba izpostaviti ponovnemu taljenju v visokem vakuumu in destilaciji (ali sublimaciji), da se odstranijo nečistoče. S to metodo lahko proizvedemo lantanidne kovine, razen samarija, evropija, iterbija in tulija.
Običajno uporabljena redukcijska sredstva v procesu termične redukcije klorida so litij ali kalcij. Zaradi nižje reakcijske temperature se lahko uporabljajo lončki iz titana in molibdena, ki so cenejši od tantala in lahko zmanjšajo onesnaženje lončka na kovino.

Priprava redkih zemeljskih kovin itrijeve skupine z metodo vmesnih zlitin: Določen delež magnezija in kalcijevega klorida se doda redukcijski polnitvi peči, da se tvorijo magnezijeve zlitine redkih zemelj in žlindra CaF2 CaCl2 z nizkim tališčem. Pri redukciji brezvodnega YF3 s kalcijem se kovinski kalcij in magnezij naložita v lonček (slika 3), medtem ko se YF3 in CaCl2 naloži v zgornji napajalni lij. Reakcijska posoda se zapre in vakuumira na 10-2 bakel, nato se napolni z argonom in segreje na 950 stopinj, da YF3 in CaCl2 lahko padeta v lonček. Material peči je podvržen reakcijam redukcije in legiranja po naslednji formuli. Po zadrževanju {{10}} minut se lonček odstrani, da dobimo itrijevo-magnezijevo zlitino s 24 % magnezija. Vakuumska destilacija te zlitine pri določeni stopnji segrevanja pri 950 stopinjah. Pridobljeni gobasti itrij vsebuje manj kot 0,01 % kalcija in magnezija s kovinsko čistostjo približno 99.5-99.7%. Gobasti itrij se ponovno tali v vakuumski obločni peči, da dobimo gosto kovino s stopnjo izkoristka 90-94%. Metoda redukcije lantana (cerija) samarijevega oksida, evropijevega oksida, iterbijevega oksida in tulijevega oksida reducira Sm2O3, Eu2O3, Yb2O3 in Tm2O3 pri visoki temperaturi in visokem vakuumu z uporabo kovin z nižjim parnim tlakom, kot so lantan, cerij in celo cerijeve mešanice redkih zemeljskih kovin kot reducentov. Hkrati lahko z destilacijo pridobimo ustrezne kovine. Zmešajte in stisnite sintran prah R2O3 s kovinskim redukcijskim sredstvom s čisto površino (brez oksidnega filma) v blok. V vakuumskih pogojih 10-3 gorilnikov in 1300-1600 stopinj je mogoče doseči visoko pridobitev kovin z redukcijsko destilacijo 0.5-2 ur. Oprema za redukcijsko destilacijo je prikazana na sliki 4. Ta metoda je primerna tudi za proizvodnjo kovinskega disprozija, holmija in erbija, vendar zahteva višjo temperaturo in stopnjo vakuuma. Reakcija redukcije Eu2O3 je intenzivna, temperatura redukcije pa je 100-500 stopinj nižja kot pri oksidih reduciranega samarija, iterbija in tulija. Operacijo je treba izvajati v inertni atmosferi.