CN101629307A - 一种电脱氧制备稀土金属铽、镝的方法 - Google Patents

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翟玉春
梅泽锋
王伟
梅平
顾惠敏
包岩
谢宏伟
林一飞
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Abstract

一种电脱氧制备稀土金属铽、镝的方法，以金属氯化物或金属氯化物混合物为电解质，要求电解质的熔点低于800℃，碳素材料或惰性电极为阳极，以固态铽或镝的氧化物为阴极，将阴极和电解质放在石墨电解槽中，通电加热，电解质融化后，将阳极插入熔盐中，电压采用大于Tb4O7和Dy2O3分解电压而小于电解质分解电压、极间距≥0.1cm、温度≤800℃条件下进行电脱氧反应，至电流低于1.0安培结束反应，然后取出阴极放入真空感应炉中进行重熔铸锭。本发明采用这种新颖的电化学方法制备稀土金属铽、镝，工艺简单，能耗低，制备出的产品质量高，杂质少，成本低，对环境友好，生产的稀土金属铽、镝纯度在99％～99.9999％之间。

Description

一种电脱氧制备稀土金属铽、镝的方法
技术领域
本发明涉及电脱氧法制备稀土金属技术领域，具体涉及一种电脱氧制备稀土金属铽、镝的方法。
背景技术
近年来，稀土金属铽、镝及其化合物在新材料领域中起着越来越重要的作用，是稀土永磁材料、稀土超磁致伸缩材料、磁光存贮材料等新功能材料重要的基础原材料。铽、镝是属于重稀土家族中的“新贵”。铽用于磁光贮存材料，作计算机存储元件，提高存储能力10～15倍；含铽的法拉第旋光玻璃是制造在激光技术中广泛应用的旋转器、隔离器和环形器的关键材料。特别是铽镝铁磁致伸缩合金的开发研制，更是开辟了铽的新用途；镝主要作为钕铁硼系永磁体的添加剂使用，在这种磁体中添加2～3％左右的镝，即可提高矫顽力，还是制备大磁致伸缩合金铽镝铁合金的必要的金属原料；镝金属可用做磁光存贮材料，具有较高的记录速度和读数敏感度；用于镝灯的制备，这种灯具有亮度大、颜色好、色温高、体积小、电弧稳定等优点，现已广泛用于电影、印刷等照明光源；由于镝元素具有中子俘获截面积大的特性，在原子能工业中用来测定中子能谱或做中子吸收剂。
铽、镝是生产稀土超磁致伸缩材料不可或缺的重要原料。但是，铽、镝属重稀土元素，仅能在处理离子型中重稀土过程中少量获得。由于现有铽、镝的生产工艺复杂，生产设备昂贵，生产条件要求严格，污染环境等缺点，导致金属铽、镝的生产成本居高不下。
发明内容
针对现有制备稀土金属铽、镝技术的不足之处，本发明提供一种电脱氧制备稀土金属铽、镝的方法。
本发明所提出的电脱氧制备稀土金属铽、镝的方法包括以下步骤：
1)制备固态阴极：
1.1)压块：将固体Tb4O7粉体或固体Dy2O3粉体，或固体Tb4O7粉体和炭混合或固体Dy2O3粉体和炭混合，在10～200Mpa压力下压块，炭粉的含量在0～20％范围；
1.2)烧结：将所得的压块在800～1500℃空气下烧结4～10个小时，烧结时间以固态阴极在电解时不粉化为原则；
炭粉一般含量在0～20％范围；可制备纯金属铽、镝；
2)制电解质：以金属氯化物或金属氯化物混合物为电解质，要求电解质熔点≤800℃；
3)电解：电解采用间歇式工作方式，将阴极和电解质放在石墨电解槽中，通电加热，电解质熔化后，将阳极插入熔盐中，碳素材料或惰性电极为阳极，在电解电压大于Tb4O7和Dy2O3分解电压而小于电解质分解电压、极间距≥0.1cm、温度≤800℃条件下进行熔盐电解，电解至电流低于1.0安培结束电解；
4)重熔铸锭：电解结束后，取出阴极放入真空感应炉内，重熔铸锭。电解过程中阴极析出稀土金属铽、镝，碳素阳极产生一氧化碳和二氧化碳，惰性材料阳极产生氧气。
本发明采用这种新颖的电化学方法制备稀土金属铽、镝，工艺简单，能耗低，制备出的产品质量高，杂质少，成本低，对环境友好。通过对产品进行检测分析，生产的稀土金属铽、镝纯度在99％～99.9999％之间。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
本发明所述电脱氧制备稀土金属铽、镝的方法主要分以下五个步骤：
1、压块：将单独一种种或两种粉体均匀混和，在10～200Mpa压力下压块。
2、烧结：将所得的压块在800～1500℃烧结4～10个小时，烧结时间以固态阴极不粉化为原则。具体有如下几个条件：阴极材料根据合金成分要求按照化学计量比配比，原材料纯度根据所要制得的产品纯度而定。如Tb4O7或Dy2O3单独一种组成，空气条件烧结，可制备纯金属铽、镝；Tb4O7或Dy2O3和炭粉混合，空气条件下烧结，增加炭粉目的是在烧结时炭粉氧化变成气体，使烧结后阴极片多孔，增大阴极的面积，使反应进行得顺利，炭粉一般含量在0～20％范围；
3、制电解质：以金属氯化物或金属氯化物混合物为电解质，例如：氯化钠与氯化钙或氯化钠与氯化钡或氯化钙与氯化钡混合物或纯氯化钙等。要求电解质熔点≤800℃，满足该条件的金属氯化物或金属氯化物混合物均可作为电解质，采用常规方法脱水制成。
4、电解：将阴极和电解质放在石墨电解槽中，通电加热，电解质熔化后，将阳极插入熔盐中(石墨等碳素材料或惰性电极为阳极)，电解电压采用大于Tb4O7和Dy2O3分解电压而小于电解质分解电压、极间距≥0.1cm、温度≤800℃条件下进行熔盐电解，电解至电流低于1.0安培结束电解。
5、重熔铸锭：电解结束后，取出阴极放入真空感应炉内，重熔铸锭。
以金属氯化物或金属氯化物混合物为电解质，例如：氯化钠与氯化钙或氯化钠与氯化钡或氯化钙与氯化钡混合物或纯氯化钙等。要求电解质熔点≤800℃，满足该条件的金属氯化物或金属氯化物混合物均可作为电解质，采用常规方法脱水制成。
优选实施例1
将100克纯度≥99.9％的Tb4O7粉体在30Mpa下压块，常压，空气气氛，800℃、10个小时烧结制成阴极，将阴极放在石墨电解槽中；NaCl-CaCl2(纯度≥99.9％)按照摩尔比1∶1混合50克，脱水制成电解质，放到电解槽中；通电加热到650℃，电解质熔化后，将石墨电极插入熔盐，距离阴极块0.2cm处，通电压3.4V电解，直到电流低于1.0安培结束反应，取出阴极放入真空感应炉中重熔铸锭。通过检测分析，产品铽纯度99％以上。
优选实施例2
将100克纯度≥99.99％的Dy2O3粉体加入2克炭颗粒(纯度≥99.99％)混合均匀，在80Mpa下压块，常压，空气气氛，1000℃、8个小时烧结制成阴极，将阴极放在石墨电解槽中；NaCl-CaCl2(纯度≥99.99％)按照摩尔比1∶1混合50克，脱水制成电解质，放到电解槽中；通电加热到650℃，电解质熔化后，将石墨电极插入熔盐，距离阴极块0.2cm处，通电压3.4V电解，直到电流低于1.0安培结束反应，取出阴极放入真空感应炉中重熔铸锭。通过检测分析，产品镝纯度99.9％以上。

Claims (4)

1、一种电脱氧制备稀土金属铽、镝的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)制备固态阴极：
1.1)压块：将固体Tb4O7粉体或固体Dy2O3粉体，或固体Tb4O7粉体和炭混合或固体Dy2O3粉体和炭混合，在10～200Mpa压力下压块，炭粉的含量在0～20％范围；
1.2)烧结：将所得的压块在800～1500℃空气下烧结4～10个小时，烧结时间以固态阴极在电解时不粉化为原则；
炭粉一般含量在0～20％范围；可制备纯金属铽、镝；
2)制电解质：以金属氯化物或金属氯化物混合物为电解质，要求电解质熔点≤800℃；
3)电解：电解采用间歇式工作方式，将阴极和电解质放在石墨电解槽中，通电加热，电解质熔化后，将阳极插入熔盐中，碳素材料或惰性电极为阳极，在电解电压大于Tb4O7和Dy2O3分解电压而小于电解质分解电压、极间距≥0.1cm、温度≤800℃条件下进行熔盐电解，电解至电流低于1.0安培结束电解；
4)重熔铸锭：电解结束后，取出阴极放入真空感应炉内，重熔铸锭。
2、根据权利要求1所述的电脱氧制备稀土金属铽、镝的方法，其特征在于：在制备固态阴极时，在30Mpa压力下压块，常压，空气气氛，800℃、10个小时烧结制成阴极。
3、根据权利要求1所述的电脱氧制备稀土金属铽、镝的方法，其特征在于：在制备固态阴极时，在80Mpa压力下压块，常压，空气气氛，1000℃、8个小时烧结制成阴极。
4、根据权利要求1-3中任一项所述的电脱氧制备稀土金属铽、镝的方法，其特征在于：所述电解步骤中通电加热到650℃，电解质熔化后，将石墨电极插入熔盐，距离阴极块0.2cm处，通电压3.4V电解。
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