CN108203766B - 稀土金属熔炼脱气方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种稀土金属熔炼脱气方法。该稀土金属熔炼脱气方法包括：步骤S1，使待提纯稀土金属在真空环境中熔化，形成熔融金属液；步骤S2，在0.01～0.05MPa的真空度下，将稀土氢化物与所述熔融金属液混合，并保温5～30min，得到脱气熔融金属和气态物，其中，所述稀土氢化物重量为所述待提纯稀土金属重量的0.5～10％；步骤S3，将所述气态物与所述脱气熔融金属分离，并将所述脱气熔融金属在惰性气体中冷却，得到脱气稀土金属。利用稀土氢化物在熔点温度附近下脱离产生极强还原性的H原子与熔融金属液中气体元素相结合，使气体元素以气体化合物的形式去除。本申请上述脱气方法具有耗时短、产量高、能耗低的优点。

Description

稀土金属熔炼脱气方法
技术领域
本发明涉及稀土金属炼制技术领域，具体而言，涉及一种稀土金属熔炼脱气方法。
背景技术
稀土金属在高新技术领域应用广泛，而超高纯稀土金属是研究开发高新技术材料的关键原料，是获得高性能磁性材料、发光材料和能源材料等功能材料的物质保障。随着高新技术产业的发展，对高纯度稀土金属的需求也将日趋迫切。
金属纯度对稀土功能材料有着非常重要的意义：首先，高纯金属有助于理解金属本征特性及杂质对材料性能的危害；其次，有助阐明金属材料的结构敏感性、杂质对缺陷的影响等因素，并由此为开发预先给定材料性质的新材料设计创造条件；此外，有助于进一步揭示出金属的潜在性能，开阔新的应用领域，为高技术的延伸铺平道路。由于稀土金属化学活性仅次于碱金属和碱土金属元素，其还原性与镁相近，常温下空气中即可氧化，在高温下可与大多数金属和非金属作用，形成的稀土化合物均具有负的生成自由能，稀土金属的制备及提纯仅可通过提高反应温度(通常1000℃以上)来实现。用于制备高纯/超高纯稀土金属的技术主要包括真空熔炼、真空蒸馏、区域熔炼、电子束熔炼和固态电迁移等多种方法，通过技术耦合，实现稀土金属与杂质的分离。但稀土金属与气体元素(C、H、O、N等)有极强的结合能力，在制备和提纯过程中不可避免引入气体杂质进入稀土金属内，形成化合物而难于去除。另外，由于气体元素与Fe、Al、Ni等金属元素之间电负性差距大，因此气体元素(C、O、N、S)通常以化合的形态夹杂存在稀土金属内部，如氧化物、氮化物和硫化物，该类型化合物熔点高、蒸气压低、以及化学性质稳定等特点，难于通过常规方法加以除去。
稀土金属在提纯过程中，气体杂质含量在逐级递减，其诸多热力学性质也会相应发生变化，尤其到了深度净化后期，其杂质活度的快速降低，会导致提纯过程传质与反应推动力减小，降低单元操作过程的杂质反应、扩散迁移速率与分离效率。目前仅能通过简单提高精炼处理温度、延长提纯时间、增加提纯步骤与次数等方式来满足稀土纯度所需气体杂质控制指标，导致能耗成本高、生产效率低、产品质量不稳定。
目前，稀土金属脱气的方法为固态电迁、氢等离子电弧熔炼和外吸气法等，对深度去除金属中的气体元素都有较好的效果，但上述方法生产效率极低、产量低和成本高，无法满足批量化生产的要求，未能投入实际生产中。如何克服现有稀土金属脱氧方法的弊端，简易且经济的去除金属中的气体元素是高纯稀土金属制备领域需要解决的关键技术问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种稀土金属熔炼脱气方法，以解决现有技术中的稀土金属纯化方法周期长、产量低且能耗高的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种稀土金属熔炼脱气方法，包括：步骤S1，使待提纯稀土金属在真空环境中熔化，形成熔融金属液；步骤S2，在0.01～0.05MPa的真空度下，将稀土氢化物与所述熔融金属液混合，并保温5～30min，得到脱气熔融金属和气态物，其中，所述稀土氢化物重量为所述待提纯稀土金属重量的0.5～10％；步骤S3，将所述气态物与所述脱气熔融金属分离，并将所述脱气熔融金属在惰性气体中冷却，得到脱气稀土金属。
进一步地，上述稀土金属为La、Ce、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Lu、Y或Sc。
进一步地，上述步骤S1包括：将所述待提纯稀土金属置于中频感应炉的坩埚中，并对所述中频感应炉的炉腔进行抽真空，形成真空腔室；向所述真空腔室中充入所述惰性气体以对所述真空腔室进行清洗，至所述真空腔室的真空度小于10-2Pa时，将所述真空腔室进行升温至所述待提纯稀土金属的熔点温度以上50～100℃将所述待提纯稀土金属熔化，并保温5～15min后得到所述熔融金属液。
进一步地，上述坩埚为钨坩埚。
进一步地，以10～30kW的功率对所述真空腔室进行升温。
进一步地，上述步骤S2包括：关闭所述中频感应炉的真空系统的抽气阀门，并向所述真空腔室内充入所述惰性气体至真空度为0.01～0.05MPa；将稀土氢化物颗粒加入至所述熔融金属液中，并将所述真空腔室的温度至熔融金属液表面形成凝壳状态后继续保温5～30min，得到脱气熔融金属和气态物。
进一步地，上述稀土氢化物颗粒的粒径为0.1～5mm。
进一步地，上述步骤S3包括：打开所述真空系统的抽气阀门对所述真空腔室进行抽真空；当所述真空腔室的真空度恢复至10-2Pa以下后，将所述真空腔室升温至所述待提纯稀土金属的熔点温度以上50～300℃，保温5～20min；保温结束后，将所述脱气熔融金属浇注后利用所述惰性气体进行保护，并冷却至室温，得到所述脱气稀土金属。
进一步地，上述惰性气体为氩气。
进一步地，上述稀土氢化物和所述待提纯稀土金属中的稀土元素相同。
应用本发明的技术方案，将稀土氢化物和熔融金属液混合，利用稀土氢化物在熔点温度附近下脱离产生极强还原性的H原子，且处于激发态的氢原子可以过饱和的溶入熔融金属液中，又可以从熔融金属释放，氢原子的这种溶入—释放过程可以促进还原性极强的氢原子与熔融金属液中气体元素相结合，使金属液中夹杂的化合物中的气体元素以气体化合物的形式赋存，如H2O、CO2、NH3和CH4等，最终通过挥发去除。同时，稀土氢化物加入量为待提纯稀土金属的0.5～10％(重量)，不但不会引起稀土金属发生氢化反应，反而可起到显著的脱气效果。采用本申请的脱气方法后，无需单独采用后续多次蒸馏、固态电迁移或外吸气法等方法完成稀土金属深度脱气，获得低气体含量的稀土金属，而且该方法流程短、脱气效果显著，避免金属提纯步骤长、工序复杂等因素对稀土金属带来的二次污染，达到低能耗、高效脱气的目的。本申请上述脱气方法可应用至稀土金属提纯熔炼和真空熔炼稀土金属靶材过程中，具有产量较高、产品品质好。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
如背景技术所记载的，现有技术中的稀土金属纯化方法周期长、产量低且能耗高。为了解决该问题，本申请一种典型的实施方式中提供了一种稀土金属熔炼脱气方法，包括：步骤S1，使待提纯稀土金属在真空环境中熔化，形成熔融金属液；步骤S2，在0.01～0.05MPa的真空度下，将稀土氢化物与熔融金属液混合，并保温5～30min，得到脱气熔融金属和气态物，其中，稀土氢化物重量为待提纯稀土金属重量的0.5～10％；以及步骤S3，将气态物与脱气熔融金属分离，并将脱气熔融金属在惰性气体中冷却，得到脱气稀土金属。
本申请上述脱气方法可应用至稀土金属提纯熔炼和真空熔炼稀土金属靶材过程中，具有产量较高、产品品质好。将稀土氢化物和熔融金属液混合，利用稀土氢化物在熔点温度附近下脱离产生极强还原性的H原子，且处于激发态的氢原子可以过饱和的溶入熔融金属液中，又可以从熔融金属释放，氢原子的这种溶入—释放过程可以促进还原性极强的氢原子与熔融金属液中气体元素相结合，使金属液中夹杂的化合物中的气体元素以气体化合物的形式赋存，如H2O、CO2、NH3和CH4等，最终通过挥发去除。同时，根据氢化物对稀土金属的脱气效果和成本因素，稀土氢化物加入量为待提纯稀土金属的0.5～10％(重量)，可以起到显著的脱气效果，且不会引起稀土金属中氢含量的增加。采用本申请的脱气方法后，无需单独采用后续多次蒸馏、固态电迁移或外吸气法等方法完成稀土金属深度脱气，获得低气体含量的稀土金属，而且该方法流程短、脱气效果显著，避免金属提纯步骤长、工序复杂等因素对稀土金属带来的二次污染，达到低能耗、高效脱气的目的。
本申请的上述脱气方法可以应用至目前常规的稀土金属脱气中，比如各轻稀土、中重稀土、重稀土，优选该稀土金属为La、Ce、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Lu、Y或Sc。
本申请的脱气方法可以在中频感应炉中实施，进而降低该方法的使用成本，且可利用其炉腔的密封性提高处理环境的纯净度。优选在利用中频感应炉进行脱气时，上述步骤S1包括：将待提纯稀土金属置于中频感应炉的坩埚中，并对中频感应炉的炉腔进行抽真空，形成真空腔室；向真空腔室中充入惰性气体以对真空腔室进行清洗，至真空腔室的真空度小于10-2Pa时，将真空腔室进行升温至待提纯稀土金属的熔点温度以上50～100℃将待提纯稀土金属熔化，并保温5～15min后得到熔融金属液。
该过程利用真空环境，降低待提纯稀土金属在熔化过程引入气体元素造成二次污染；另外，金属在熔融状态下保温5～15min，且在真空条件下延长保温时间有利于金属液中的易挥发性杂质的深度除去；但过于长时间保温，增加金属液中坩埚杂质的污染，因而保温时间优选设定在5～15min。
用于中频感应炉的坩埚可以为目前金属提纯常用的坩埚，比如钨坩埚、钽坩埚等，为了节约成本，优选上述坩埚为钨坩埚。
此外，根据稀土金属的熔点、蒸气压等特性，为了提供最佳熔炼，优选以10～30kW的功率对真空腔室进行升温。
在本申请一种优选的实施例中，上述步骤S2包括：关闭中频感应炉的真空系统的抽气阀门，向真空腔室内充入惰性气体至真空度为0.01～0.05MPa；将稀土氢化物颗粒加入至熔融金属液中，并将真空腔室的温度至熔融金属液表面形成凝壳状态后继续保温5～30min，得到脱气熔融金属和气态物。
向真空腔室内充入惰性气体以增加真空腔室内的压力，进而促进稀土氢化物向熔融金属中的融入速度。在真空腔室的温度下，稀土氢化物中的氢脱离产生极强还原性的H原子，处于激发态的氢原子可以过饱和的溶入熔融金属中，又可以从熔融金属释放，氢的这种溶入—释放过程可以促进还原性极强的氢原子与熔融金属内气体元素(C、O、N、S)相结合，最终以气体分子形式挥发除去。
为了进一步加快稀土氢化物的释放出氢原子，并考虑其烧损率，优选上述稀土氢化物颗粒的粒径为0.1mm～5mm。
在本申请另一种优选的实施例中，上述步骤S3包括：打开真空系统的抽气阀门对真空腔室进行抽真空；当真空腔室的真空度恢复至10-2Pa以下后，将真空腔室升温至待提纯稀土金属的熔点温度以上50～300℃，保温5～20min；保温结束后，将脱气熔融金属浇注后利用惰性气体进行保护，并冷却至室温，得到脱气稀土金属。
如上述步骤S3中，考虑脱气物的脱离效果及金属对坩埚的腐蚀性，温度优先控制在金属熔点以上50～300℃。在完成利用稀土氢化物对熔融金属的除杂后，对真空腔室进行抽真空，使得在除杂过程氢原子与熔融金属内气体元素(C、O、N、S)结合形成的气体伴随氩气被抽出，实现了脱气熔融金属和气态物的分离。随后，在惰性气体的保护下实现脱气熔融金属的冷却，即可得到高纯的脱气稀土金属。
上述各步骤中所采用的惰性气体选自稀有气体，为了降低惰性气体所耗费的成本，优选上述惰性气体为氩气。
为了提高单一种类稀土的纯度，优选上述稀土氢化物和待提纯稀土金属中的稀土元素相同。
在本申请一种优选的实施例中，上述脱气方法包括：步骤S1，在0.01Pa以下的真空条件下，升温使待提纯稀土金属熔化，形成熔融金属液，温度控制在金属熔点以上50～100℃，保温5～15min；步骤S2，关闭抽真空系统，充入惰性气氛至0.01～0.50MPa，将稀土氢化物逐渐加入熔融金属液中，降低功率至金属表面形成凝壳的临界温度，并保温5～30min，得到脱气熔融金属和气态产物，其中，稀土氢化物重量为待提纯稀土金属重量的0.5～10％；步骤S3，重新打开抽真空系统，再次提高功率，将金属的温度升高至熔点之上50～300℃下，进行保温5～20min，使腔体和溶解在金属液中的气态产物除去；以及步骤S4：将脱气熔融金属浇铸，并在惰性气体中冷却，得到脱气稀土金属。
以下将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。
实施例1
将2375g待提纯稀土金属镧放置于中频感应炉中的钨坩埚中，119g氢化镧放置于加料仓内，抽真空，其中镧氢化物颗粒的粒径为0.1mm～2mm；向真空腔室中充入高纯氩气，清洗炉体2～3遍后，待真空度小于10-2Pa，开始以18kW的功率进行升温，将稀土金属慢慢熔化；待金属镧全部熔化后继续升温至980℃，并保温10min得到熔融镧金属液；关闭真空系统阀门，充入高纯氩气至真空度为0.03MPa；将中间料仓中的镧氢化物颗粒加入至镧金属液体中，降低功率至温度为915℃，并保温20min继续维持溶液状态；打开真空系统抽气阀门，抽出真空腔室中的高纯氩气及其挥发物，待真空度恢复至10-2Pa以下后，再次提高功率，将金属的温度升高至1150℃下，继续保温10min，得到脱气熔融金属；保温结束后，将脱气熔融金属直接浇注后，充入高纯氩气进行保护，并关闭中频感应炉使脱气熔融金属随炉冷却至室温，获得实施例1的高纯镧稀土金属。
实施例2
将2306g待提纯稀土金属镧放置于中频感应炉中的钨坩埚中，23g氢化镧颗粒放置于加料仓内，抽真空，其中氢化镧颗粒的粒径为1mm～3mm；向真空腔室中充入高纯氩气，清洗炉体2～3遍后，待真空度小于10-2Pa，开始以25kW的功率进行升温，将稀土金属慢慢熔化；待金属镧全部熔化后继续升温至1020℃，并保温15min得到熔融镧金属液；关闭真空系统阀门，充入高纯氩气至真空度为0.03MPa；将中间料仓中的氢化镧颗粒加入至镧金属液体中，降低功率至温度为915℃，并保温5min继续维持溶液状态；打开真空系统抽气阀门，抽出真空腔室中的高纯氩气及其挥发物，待真空度恢复至10-2Pa以下后，再次提高功率，将金属的温度升高至1200℃下，继续保温20min，得到脱气熔融金属；保温结束后，将脱气熔融金属直接浇注后，充入高纯氩气进行保护，并关闭中频感应炉使脱气熔融金属随炉冷却至室温，获得实施例2的高纯镧稀土金属。
实施例3
将2315g待提纯稀土金属镧放置于中频感应炉中的钨坩埚中，46g氢化镧颗粒放置于加料仓内，抽真空，其中氢化镧颗粒的粒径为3mm～5mm；向真空腔室中充入高纯氩气，清洗炉体2～3遍后，待真空度小于10-2Pa，开始以10kW的功率进行升温，将稀土金属慢慢熔化；待金属镧全部熔化后在970℃保温5min得到熔融镧金属液；关闭真空系统阀门，充入高纯氩气至真空度为0.04MPa；将中间料仓中的氢化镧颗粒加入至镧金属液体中，降低功率至温度为915℃，并保温30min继续维持溶液状态；打开真空系统抽气阀门，抽出真空腔室中的高纯氩气及其挥发物，待真空度恢复至10-2Pa以下后，再次提高功率，将金属的温度升高至980℃下，继续保温5min，得到脱气熔融金属；保温结束后，将脱气熔融金属直接浇注后，充入高纯氩气进行保护，并关闭中频感应炉使脱气熔融金属随炉冷却至室温，获得实施例3的高纯镧稀土金属。
实施例4
将2301g待提纯稀土金属镧放置于中频感应炉中的钨坩埚中，115g氢化镧颗粒放置于加料仓内，抽真空，其中氢化镧颗粒的粒径为0.1mm～2mm；向真空腔室中充入高纯氩气，清洗炉体2～3遍后，待真空度小于10-2Pa，开始以20kW的功率进行升温，将稀土金属慢慢熔化；待金属镧全部熔化后在1000℃保温20min得到熔融镧金属液；关闭真空系统阀门，充入高纯氩气至真空度为0.05MPa；将中间料仓中的氢化镧颗粒加入至镧金属液体中，降低功率至温度为920℃，并保温20min继续维持溶液状态；打开真空系统抽气阀门，抽出真空腔室中的高纯氩气及其挥发物，待真空度恢复至10-2Pa以下后，再次提高功率，将金属的温度升高至1120℃下，继续保温10min，得到脱气熔融金属；保温结束后，将脱气熔融金属直接浇注后，充入高纯氩气进行保护，并关闭中频感应炉使脱气熔融金属随炉冷却至室温，获得实施例4的高纯镧稀土金属。
实施例5
将2320g待提纯稀土金属镧放置于中频感应炉中的钨坩埚中，116g氢化镧颗粒放置于加料仓内，抽真空，其中氢化镧颗粒的粒径为5.5mm～7mm；向真空腔室中充入高纯氩气，清洗炉体2～3遍后，待真空度小于10-2Pa，开始以20kW的功率进行升温，将稀土金属慢慢熔化；待金属镧全部熔化后在950℃保温10min得到熔融镧金属液；关闭真空系统阀门，充入高纯氩气至真空度为0.05MPa；将中间料仓中的氢化镧颗粒加入至镧金属液体中，降低功率至温度为915℃，并保温20min继续维持溶液状态；打开真空系统抽气阀门，抽出真空腔室中的高纯氩气及其挥发物，待真空度恢复至10-2Pa以下后，再次提高功率，将金属的温度升高至1250℃下，继续保温25min，得到脱气熔融金属；保温结束后，将脱气熔融金属直接浇注后，充入高纯氩气进行保护，并关闭中频感应炉使脱气熔融金属随炉冷却至室温，获得实施例5的高纯镧稀土金属。
实施例6
将2190g待提纯稀土金属镧放置于中频感应炉中的钨坩埚中，219g氢化镧放置于加料仓内，抽真空，其中镧氢化物颗粒的粒径为0.1mm～2mm；向真空腔室中充入高纯氩气，清洗炉体2～3遍后，待真空度小于10-2Pa，开始以18kW的功率进行升温，将稀土金属慢慢熔化；待金属镧全部熔化后继续升温至980℃，并保温10min得到熔融镧金属液；关闭真空系统阀门，充入高纯氩气至真空度为0.03MPa；将中间料仓中的镧氢化物颗粒加入至镧金属液体中，降低功率至温度为915℃，并保温20min继续维持溶液状态；打开真空系统抽气阀门，抽出真空腔室中的高纯氩气及其挥发物，待真空度恢复至10-2Pa以下后，再次提高功率，将金属的温度升高至1150℃下，继续保温10min，得到脱气熔融金属；保温结束后，将脱气熔融金属直接浇注后，充入高纯氩气进行保护，并关闭中频感应炉使脱气熔融金属随炉冷却至室温，获得实施例6的高纯镧稀土金属。
实施例7
将2285g待提纯稀土金属镧放置于中频感应炉中的钨坩埚中，114g氢化镧放置于加料仓内，抽真空，其中镧氢化物颗粒的粒径为0.1mm～2mm；向真空腔室中充入高纯氩气，清洗炉体2～3遍后，待真空度小于10-2Pa，开始以18kW的功率进行升温，将稀土金属慢慢熔化；待金属镧全部熔化后继续升温至980℃，并保温10min得到熔融镧金属液；关闭真空系统阀门，充入高纯氩气至真空度为0.01MPa；将中间料仓中的镧氢化物颗粒加入至镧金属液体中，降低功率至温度为915℃，并保温20min继续维持溶液状态；打开真空系统抽气阀门，抽出真空腔室中的高纯氩气及其挥发物，待真空度恢复至10-2Pa以下后，再次提高功率，将金属的温度升高至1150℃下，继续保温10min，得到脱气熔融金属；保温结束后，将脱气熔融金属直接浇注后，充入高纯氩气进行保护，并关闭中频感应炉使脱气熔融金属随炉冷却至室温，获得实施例7的高纯镧稀土金属。
实施例8
将2870g待提纯稀土金属钬放置于中频感应炉中的钨坩埚中，140g氢化钬颗粒放置于加料仓内，抽真空，其中氢化钬颗粒的粒径为0.1mm～2mm；向真空腔室中充入高纯氩气，清洗炉体2～3遍后，待真空度小于10-2Pa，开始以20kW的功率进行升温，将稀土金属慢慢熔化；待金属钬全部熔化后在1540℃保温10min得到熔融钬金属液；关闭真空系统阀门，充入高纯氩气至真空度为0.05MPa；将中间料仓中的氢化钬颗粒加入至钬金属液体中，降低功率至温度为1450℃，并保温20min继续维持溶液状态；打开真空系统抽气阀门，抽出真空腔室中的高纯氩气及其挥发物，待真空度恢复至10-2Pa以下后，再次提高功率，将金属的温度升高至1600℃下，继续保温10min，得到脱气熔融金属；保温结束后，将脱气熔融金属直接浇注后，充入高纯氩气进行保护，并关闭中频感应炉使脱气熔融金属随炉冷却至室温，获得实施例8的高纯钬稀土金属。
实施例9
将2100g待提纯稀土金属钇放置于中频感应炉中的钨坩埚中，105g氢化钇颗粒放置于加料仓内，抽真空，其中氢化钇颗粒的粒径为0.1mm～2mm；向真空腔室中充入高纯氩气，清洗炉体2～3遍后，待真空度小于10-2Pa，开始以20kW的功率进行升温，将稀土金属慢慢熔化；待金属钇全部熔化后在1580℃保温10min得到熔融钇金属液；关闭真空系统阀门，充入高纯氩气至真空度为0.05MPa；将中间料仓中的氢化钇颗粒加入至稀土金属液体中，降低功率至温度为1510℃，并保温20min继续维持溶液状态；打开真空系统抽气阀门，抽出真空腔室中的高纯氩气及其挥发物，待真空度恢复至10-2Pa以下后，再次提高功率，将金属的温度升高至1600℃下，继续保温10min，得到脱气熔融金属；保温结束后，将脱气熔融金属直接浇注后，充入高纯氩气进行保护，并关闭中频感应炉使脱气熔融金属随炉冷却至室温，获得实施例9的高纯钇稀土金属。
对比例1
将2280g待提纯稀土金属镧放置于中频感应炉中的钨坩埚中，114g氢化镧颗粒放置于加料仓内，抽真空，其中氢化镧颗粒的粒径为0.1mm～2mm；向真空腔室中充入高纯氩气，清洗炉体2～3遍后，待真空度小于10-2Pa，开始以20kW的功率进行升温至970℃，将稀土金属慢慢熔化；待金属镧全部熔化后在980℃保温10min得到熔融镧金属液；关闭真空系统阀门，充入高纯氩气至真空度为0.008MPa；将中间料仓中的稀土氢化物颗粒加入至稀土金属液体中，降低功率至温度为915℃，并保温20min继续维持溶液状态；打开真空系统抽气阀门，抽出真空腔室中的高纯氩气及其挥发物，待真空度恢复至10-2Pa以下后，再次提高功率，将金属的温度升高至1150℃下，继续保温10min，得到脱气熔融金属；保温结束后，将脱气熔融金属直接浇注后，充入高纯氩气进行保护，并关闭中频感应炉使脱气熔融金属随炉冷却至室温，获得对比例1的高纯稀土金属。
对比例2
将2310g还原后制备的待提纯稀土金属镧放置于中频感应炉中的钨坩埚中，9g氢化镧颗粒放置于加料仓内，抽真空，其中氢化镧颗粒的粒径为0.1mm～2mm；向真空腔室中充入高纯氩气，清洗炉体2～3遍后，待真空度小于10-2Pa，开始以20kW的功率进行升温，将稀土金属慢慢熔化；待金属镧全部熔化后在980℃保温10min得到熔融镧金属液；关闭真空系统阀门，充入高纯氩气至真空度为0.05MPa；将中间料仓中的氢化镧颗粒加入至稀土金属液体中，降低功率至温度为915℃，并保温20min继续维持溶液状态；打开真空系统抽气阀门，抽出真空腔室中的高纯氩气及其挥发物，待真空度恢复至10-2Pa以下后，再次提高功率，将金属的温度升高至1130℃下，继续保温10min，得到脱气熔融金属；保温结束后，将脱气熔融金属直接浇注后，充入高纯氩气进行保护，并关闭中频感应炉使脱气熔融金属随炉冷却至室温，获得对比例2的高纯稀土金属。
对实施例1至9、对比例1和2中的待提纯稀土金属和脱气稀土金属的杂质含量进行检测，检测方法为脉冲-红外吸收法测定金属中氧氮氢含量、电导法测定金属中碳硫含量、电感耦合等离子体发射光谱法测定金属中钨含量，检测结果见表1(单位：重量ppm)。
表1
由表1实施例1至5和对比例1和2中的数据对比可以看出，当将采用稀土氢化物进行脱气，并通过控制真空度、保温时间和稀土氢化物的用量，杂质气体的脱除效率明显；经过实施例1和实施例4的对比可以看出，稀土熔融金属过程保温时间适当延长，有利于杂质气体的去除，但是该过程也会造成坩埚杂质的污染，因此，不建议超过15min；经过实施例1和实施例5的对比可以看出，稀土氢化物颗粒的粒径大小会对提纯效果产生一定影响，但是以目前常规的稀土氢化物颗粒大小而言，均可实现对杂质气体较好的去除效果。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请上述脱气方法可应用至稀土金属提纯熔炼和真空熔炼稀土金属靶材过程中，具有产量较高、产品品质好。将稀土氢化物和熔融金属液中，利用稀土氢化物在熔点温度附近下脱离产生极强还原性的H原子，且处于激发态的氢原子可以过饱和的溶入熔融金属液中，又可以从熔融金属释放，氢原子的这种溶入—释放过程可以促进还原性极强的氢原子与熔融金属液中气体元素相结合，使金属液中夹杂的化合物中的气体元素以气体化合物，如H2O、CO2、NH3和CH4等，最终通过挥发去除。同时，稀土氢化物加入量为待提纯稀土金属的0.5～10％(重量)，不但不会发生氢化反应而粉化，反而可起到显著的脱气效果。采用本申请的脱气方法后，无需单独采用后续多次蒸馏、固态电迁移或外吸气法等方法完成稀土金属深度脱气处理获得低气体含量的稀土金属，而且该方法流程短、脱气效果显著，避免金属提纯需流程长、工序复杂等环节对稀土金属带来的二次污染，达到低能耗高效脱气的目的。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种稀土金属熔炼脱气方法，其特征在于，包括：
步骤S1，使待提纯稀土金属在真空环境中熔化，形成熔融金属液；
步骤S2，在0.01～0.05MPa的真空度下，将稀土氢化物与所述熔融金属液混合，并保温5～30min，得到脱气熔融金属和气态物，其中，所述稀土氢化物重量为所述待提纯稀土金属重量的0.5～10％；
步骤S3，将所述气态物与所述脱气熔融金属分离，并将所述脱气熔融金属在惰性气体中冷却，得到脱气稀土金属，
其中，所述步骤S1包括：
将所述待提纯稀土金属置于中频感应炉的坩埚中，并对所述中频感应炉的炉腔进行抽真空，形成真空腔室；
向所述真空腔室中充入所述惰性气体以对所述真空腔室进行清洗，至所述真空腔室的真空度小于10-2Pa时，将所述真空腔室进行升温至所述待提纯稀土金属的熔点温度以上50～100℃将所述待提纯稀土金属熔化，并保温5～15min后得到所述熔融金属液，
所述步骤S2通过充入所述惰性气体将所述真空腔室的真空度调整至0.01～0.05MPa。
2.根据权利要求1所述的脱气方法，其特征在于，所述稀土金属为La、Ce、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Lu、Y或Sc。
3.根据权利要求1所述的脱气方法，其特征在于，所述坩埚为钨坩埚。
4.根据权利要求1所述的脱气方法，其特征在于，以10～30kW的功率对所述真空腔室进行升温。
5.根据权利要求1所述的脱气方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
关闭所述中频感应炉的真空系统的抽气阀门，并向所述真空腔室内充入所述惰性气体至真空度为0.01～0.05MPa；
将稀土氢化物颗粒加入至所述熔融金属液中，并将所述真空腔室的温度调节至使熔融金属液表面形成凝壳状态后继续保温5～30min，得到脱气熔融金属和气态物。
6.根据权利要求5所述的脱气方法，其特征在于，所述稀土氢化物颗粒的粒径为0.1～5mm。
7.根据权利要求5所述的脱气方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
打开所述真空系统的抽气阀门对所述真空腔室进行抽真空；
当所述真空腔室的真空度恢复至10-2Pa以下后，将所述真空腔室升温至所述待提纯稀土金属的熔点温度以上50～300℃，保温5～20min；
保温结束后，将所述脱气熔融金属浇注后利用所述惰性气体进行保护，并冷却至室温，得到所述脱气稀土金属。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的脱气方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的脱气方法，其特征在于，所述稀土氢化物和所述待提纯稀土金属中的稀土元素相同。
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