CN111440947B - 采用氧化镱原料还原蒸馏制备金属镱的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用氧化镱原料还原蒸馏制备金属镱的方法，将氯含量大于100PPM的高纯氧化镱原料放入金属坩埚中，并将金属坩埚移入真空加热炉内，密封环境下，真空度10Pa以下，采用分阶段升温、保温方式逐步升温至1100～1200℃进行真空煅烧；真空煅烧完成后关机械泵，冷却至常温；从金属坩埚移出真空加热炉，将真空煅烧过高纯氧化镱与镧屑压块并放入真空碳管炉内进行还原蒸馏；密封环境下，真空度10Pa以下，还原蒸馏采用分阶段升温、保温、分阶段降温方式，金属镧将氧化镱还原成金属镱，金属镱经蒸馏后冷凝于接收器中。本发明得到的金属镱中Cl含量<100PPM，稀土收率大幅度提高。

Description

采用氧化镱原料还原蒸馏制备金属镱的方法
技术领域
本发明属于真空冶金提纯技术，具体涉及一种采用氧化镱原料还原蒸馏制备金属镱的方法。
背景技术
稀土元素由于其独特的4f电子层结构，被广泛用于功能材料，稀土纯度是影响其功能的重要因素。镱是稀土元素之一，在地壳中的质量分数只有0.00026％，铈的质量分数为0.0046％。镱在地壳中的质量分数只有铈的5.65％，与镝大体相当，约为其质量分数的60％。稀土镱具备优异的光电性能，其资源利用的持续发展在我国建设制造强国过程中有重要的意义，加强高纯金属镱制备提纯技术、工艺、装备的研究与推广应用，对于发展循环经济、节能降耗、提高稀土镱资源的综合利用率，对构建绿色制造体系意义重大。
高纯金属镱被广泛用于各种光电材料，光电显示材料要求金属镱中Cl含量<100PPM，而采用Cl含量高达到几百PPM的纯氧化镱原料直接还原蒸馏制备获得的金属镱中Cl含量通常是原料中Cl含量的1.3-2倍，远远超过<100PPM；而且由于原料氧化镱中Cl含量高，导致蒸馏过程真空度低，导致金属镱的稀土收率通常只有87-90％，成本单耗也要增高。因此，采用高Cl含量高纯氧化镱原料还原蒸馏制备高纯金属镱技术需探索一种新的方法，以降低单位消耗，显著提高金属镱的收率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用氧化镱原料还原蒸馏制备金属镱的方法，得到的金属镱中Cl含量<100PPM，稀土收率大幅度提高。
为达到上述目的，本发明使用的技术解决方案是：
一种采用氧化镱原料还原蒸馏制备金属镱的方法，包括：
将真空煅烧过的镱原料压块放入真空碳管炉内，镱原料压块采用稀土元素中活性高于镱的稀土金属；
密封环境下，真空度10Pa以下，活性高于镱的稀土金属通过热化学还原反应来还原高纯氧化镱，还原蒸馏采用分阶段升温、保温、分阶段降温方式，金属镱经蒸馏后冷凝于接收器中。
进一步，将氯含量大于100PPM的高纯氧化镱原料放入金属坩埚中，并将金属坩埚移入真空加热炉内，密封环境下，真空度10Pa以下，采用分阶段升温、保温方式逐步升温至1100～1200℃进行真空煅烧；真空煅烧完成后关机械泵，冷却至常温。
进一步，分阶段升温、保温方式：抽真空至10Pa以下，送电升温，30～40min升至200～600℃，保温20～120min；继续升温20～50min，升至650～1100℃，真空度10Pa以下保温5～15h；继续升温20～50min，升温至1100～1200℃，真空度10Pa以下保温5～15h。
进一步，金属坩埚采用钼、钛或钨材质的单金属或者合金。
进一步，活性高于镱的稀土金属采用镧、铈、钕或者钇金属。
进一步，活性高于镱的稀土金属选用金属镧，金属镧通过镧热反应还原高纯氧化镱；高纯氧化镱与镧金属的重量比例为1:0.9-1.1，混合后压块制得镱原料压块。
进一步，分阶段升温、保温、分阶段降温方式：抽真空至10Pa以下，送电升温，30～40min升温至200～600℃，保温20～120min；继续升温20～50min，升温至650～800℃，真空度1Pa以下保温5～15h；继续升温20～50min，升温至900～1000℃，真空度1Pa以下保温5～15h；继续升温20～50min，升温至1100～1200℃，真空度1Pa以下保温5～15h；关扩散泵，然后降温，50～200min降至500～650℃；关机械泵，充氩气冷却至常温。
本发明技术效果包括：
采用本发明进行高纯金属镱的制备、蒸馏过程中运行平稳，夹杂物去除明显，金属镱的纯度达到99.99％，组织成分均匀，金属镱中Cl含量<100PPM，稀土收率大幅度提高，平均稀土收率高达95％以上。
具体实施方式
以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。
采用氧化镱原料还原蒸馏制备金属镱的方法，具体步骤如下：
步骤1：氯(Cl)含量大于100PPM的高纯氧化镱原料放入金属坩埚中，并将金属坩埚移入真空加热炉内，密封环境下，真空度10Pa以下，采用分阶段升温、保温方式逐步升温至1100～1200℃进行真空煅烧；真空煅烧完成后关机械泵，冷却至常温；
分阶段升温、保温方式：抽真空至10Pa以下，送电升温，30～40min升至200～600℃，保温20～120min；继续升温20～50min，升至650～1100℃，真空度10Pa以下保温5～15h；继续升温20～50min，升温至1100～1200℃，真空度10Pa以下保温5～15h。
基础原料高纯氧化镱中氯含量通常高达几百PPM，金属坩埚采用钼、钛或钨材质的单金属或者合金。由于在蒸馏温度下，坩埚1采用钼、钛或钨金属，钨、钼、钛不与金属镱形成合金，不污染金属镱。
制备金属镱过程中，高Cl含量高纯氧化镱原料首先在真空加热炉内通过控制升温速率、保温时间，使高纯氧化镱原料中的Cl含量大幅度降低，冷却至常温；保证了蒸馏过程平稳运行，使金属镱中Cl杂质大大降低。
步骤2：将真空煅烧过的镱原料压块放入真空碳管炉内，镱原料压块采用稀土元素中活性高于镱的稀土金属；密封环境下，真空度10Pa以下，活性高于镱的稀土金属通过热化学还原反应来还原高纯氧化镱，还原蒸馏采用分阶段升温、保温、分阶段降温方式，金属镱经蒸馏后冷凝于接收器中。
活性高于镱的稀土金属可以采用镧、铈、钕、钇金属。本发明中，活性高于镱的稀土金属选用金属镧，金属镧通过镧热反应还原高纯氧化镱。镱原料压块包括：高纯氧化镱(Yb/TRE>99.99％)与镧屑(镧金属)，高纯氧化镱与镧屑的重量比例为1:0.9-1.1，混合后压块制得镱原料压块。
将真空煅烧过高纯氧化镱原料与镧屑压块放入真空碳管炉内进行还原蒸馏，氧化镱原料单耗大幅度降低，金属镱收率提高4-5％，金属镱的平均收得率达到95％。
分阶段升温、保温、分阶段降温方式：抽真空至10Pa以下，送电升温，30～40min升温至200～600℃，保温20～120min；继续升温20～50min，升温至650～800℃，真空度1Pa以下保温5～15h；继续升温20～50min，升温至900～1000℃，真空度1Pa以下保温5～15h；继续升温20～50min，升温至1100～1200℃，真空度1Pa以下保温5～15h；关扩散泵，然后降温，50～200min降至500～650℃；关机械泵，充氩气冷却至常温。
对比例1：
将Cl含量310PPM高纯氧化镱原料与镧屑按一定比例混合，压块，装入真空炉中，抽真空至10Pa，30min升温到500℃，保温120min；升温到780℃，保温3h；30min升温到900℃,保温3h；30min升温到1150℃，保温7h；断电120min降至600℃，关机械泵，冲氩气冷却至常温。取出金属取样，成分分析结果如下：
Y<0.00050％wt，La 0.00070％wt，Ce 0.00050％wt，Pr<0.00050％wt，Nd<0.00050％wt，Sm<0.00050％wt，Eu 0.0010％wt，Gd<0.00050％wt，Tb<0.00050％wt，Dy<0.00050％wt，Ho<0.00050％wt，Er<0.00050％wt，Tm<0.00050％wt，Lu<0.00050％wt，Yb/RE99.99％wt，Cl 0.051％wt。
稀土平均收率89.5％
实施例2：
将Cl含量310PPM的高纯氧化镱原料放入真空炉内的钼坩埚内，密封，升温600℃，保温2小时，升温至800℃，保温4小时，最后升温至1100度，保温8小时，冷却至常温；真空煅烧有效去除原料中氯化物杂质，同时提高了稀土收率。
高纯氧化镱与镧屑按一定比例混合，压块，装入真空炉中，抽真空至10Pa，30min升温到500℃，保温120min，升温到780℃，保温3h，升温到900℃,30min，保温3h，30min升温到1150℃,保温10h.断电120min降至600℃，关机械泵，冲氩气冷却至常温。
取出金属取样，
Y<0.00050wt，La 0.00070wt，Ce 0.00050wt，Pr<0.00050wt，Nd<0.00050wt，Sm<0.00050wt，Eu0.0010wt，Gd<0.00050wt，Tb<0.00050wt，Dy<0.00050wt，Ho<0.00050wt，Er<0.00050wt，Tm<0.00050wt，Lu<0.00050wt，Yb/RE 99.99wt，Cl<0.005wt。
平均稀土收率95％。
本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种采用氧化镱原料还原蒸馏制备金属镱的方法，包括：
将氯含量大于100PPM的氧化镱原料放入金属坩埚中，并将金属坩埚移入真空加热炉内，密封环境下，采用分阶段升温、保温方式逐步升温至1100～1200℃进行真空煅烧；真空煅烧完成后关机械泵，冷却至常温；分阶段升温、保温方式：抽真空至10Pa以下，送电升温，30～40min升至200～600℃，保温20～120min；继续升温20～50min，升至650～1100℃，真空度10Pa以下保温5～15h；继续升温20～50min，升温至1100～1200℃，真空度10Pa以下保温5～15h；
将真空煅烧过的镱原料压块放入真空碳管炉内，镱原料压块采用稀土元素中活性高于镱的稀土金属；
密封环境下，真空度10Pa以下，活性高于镱的稀土金属通过热化学还原反应来还原高纯氧化镱，还原蒸馏采用分阶段升温、保温、分阶段降温方式，金属镱经蒸馏后冷凝于接收器中，分阶段升温、保温、分阶段降温方式：抽真空至10Pa以下，送电升温，30～40min升温至200～600℃，保温20～120min；继续升温20～50min，升温至650～800℃，真空度1Pa以下保温5～15h；继续升温20～50min，升温至900～1000℃，真空度1Pa以下保温5～15h；继续升温20～50min，升温至1100～1200℃，真空度1Pa以下保温5～15h；关扩散泵，然后降温，50～200min降至500～650℃；关机械泵，充氩气冷却至常温。
2.如权利要求1所述采用氧化镱原料还原蒸馏制备金属镱的方法，其特征在于，金属坩埚采用钼、钛或钨材质的单金属或者合金。
3.如权利要求1所述采用氧化镱原料还原蒸馏制备金属镱的方法，其特征在于，活性高于镱的稀土金属采用镧、铈、钕或者钇金属。
4.如权利要求1所述采用氧化镱原料还原蒸馏制备金属镱的方法，其特征在于，活性高于镱的稀土金属选用金属镧，金属镧通过镧热反应还原高纯氧化镱；高纯氧化镱与镧金属的重量比例为1:0.9-1.1，混合后压块制得镱原料压块。
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