CN115305365B - 一种提拉法提纯稀土金属的装置及提纯方法 - Google Patents
一种提拉法提纯稀土金属的装置及提纯方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115305365B CN115305365B CN202110501604.4A CN202110501604A CN115305365B CN 115305365 B CN115305365 B CN 115305365B CN 202110501604 A CN202110501604 A CN 202110501604A CN 115305365 B CN115305365 B CN 115305365B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rare earth
- earth metal
- metal
- purifying
- furnace body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 101
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 101
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 16
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 14
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 14
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N dysprosium atom Chemical compound [Dy] KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 4
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 4
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N holmium atom Chemical compound [Ho] KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N lutetium atom Chemical compound [Lu] OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N terbium atom Chemical compound [Tb] GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 41
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 9
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 5
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B59/00—Obtaining rare earth metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明涉及一种提拉法提纯稀土金属的装置及提纯方法，稀土金属，加热至稀土金属熔点以上200℃～600℃，保持真空度，保温一段时间；稀土金属熔液中加入难熔金属，降温至稀土金属熔点以上51℃～100℃，将籽晶伸入稀土金属熔液液面下保温一段时间；降温至稀土金属熔点以上0.1℃～50℃，提拉籽晶或稀土金属容器下引结晶。本发明通过控制炉内温度和真空度，实现稀土金属的分步除杂；同时通过难熔金属对杂质的定向吸附作用，降低杂质在稀土金属液中的活度，强化提纯效果，可一步将2N级稀土金属提纯至4N级以上。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种提拉法提纯稀土金属的装置及提纯方法。
背景技术
高纯稀土金属是高性能稀土磁、光、电等功能材料的物质基础，广泛应用于国防军工及新能源汽车、集成电路、新型显示等战略性新兴产业。
稀土金属性质活泼，容易与多种金属、非金属以及气体发生反应，造成稀土金属中包含的杂质种类多，这些杂质可分为4类：第1类为挥发性杂质，如钙、镁、氟化物等；第2类为中饱和蒸气压类杂质，如铁、铜、铝、硅等；第3类为坩埚类杂质，如钨、钼、钽等，该类杂质熔点高、饱和蒸气压极低；第4类为气体杂质，如氧、氮、氢等。
由于每种提纯方法仅对某类杂质有去除效果，因此4N级以上高纯稀土金属需要采用多种提纯方法进行制备。如低饱和蒸气压金属镧、铈，首先将金属热还原或熔盐电解获得纯度99％的粗金属进行真空精炼去除挥发性杂质，再采用区熔熔炼去除部分金属杂质，或固态电迁移去除去除部分金属杂质和气体杂质；中饱和蒸气压类金属镨、钕、钆、铽、镝、钬、铒、镥、钇和钪等，首先将金属热还原获得纯度99％的粗金属进行真空精炼去除挥发性杂质，再采用真空蒸馏去除低蒸气压类杂质和部分气体杂质，最后采用区域熔炼去除饱和蒸气压相近的金属杂质或固态电迁移进行深度去除气体杂质。
上述两类稀土金属需要采用多种提纯方法进行提纯，首先采用真空精炼去除挥发性杂质，然后采用区域熔炼和固态电迁移去除部分金属杂质和气体杂质，而区域熔炼和固态电迁移单炉次提纯量仅为几十克至公斤级，高纯金属产量低，且提纯时间长，导致上述两类高纯稀土金属提纯效率低、成本高，造成高纯稀土金属无法在高新技术领域获得规模应用。
中国专利ZL200910098370.2公开了一种太阳能级多晶硅的提纯方法，主要步骤：(1)加热熔化石墨坩埚中的硅，在1500～2000℃、0～500Pa条件下蒸发杂质，(2)控制硅温度1410～1500℃，通过籽晶引导制备硅晶体，(3)当石墨坩埚中硅液将耗尽时升温至1600～1850℃，控制硅表面真空度在0～5Pa，蒸发坩埚内杂质，(4)降低温度至800℃以下加入下一批原料，然后重复步骤(1)～(4)进行连续生产。
中国专利CN 200910045029.0公开了一种高纯铝超声波提纯方法，向加热炉腔中通入惰性保护气体后，熔化坩埚中的铝；铝液升温至660℃～750℃，将籽晶伸入铝熔体液面下，开启超声发生装置，籽晶的另一端采用水冷式强制冷却，将熔体温度控制在熔点附近，结晶开始后，缓慢向上提拉籽晶或将盛放铝熔体的坩埚缓慢下引，提拉速度和结晶速度保持一致；控制超声功率在0.2kW～10kW之间，最终形成的铝锭为圆柱状，固相纯度在5N以上，杂质元素在提纯晶体中分布均匀，晶粒均匀细小，平均晶粒尺寸在100μm以下。
对上述2种现有技术，中国专利ZL200910098370.2在0～500Pa的真空条件下进行连续生产多晶硅，主要步骤包括挥发除杂、晶体生长、降温蒸发残留杂质以及加料进行连续生产，但整个提纯过程中炉内残余气体压力较大，对稀土金属造成烧损及气体杂质污染；中国专利CN 200910045029.0在惰性气氛下提过提拉制备高纯Al，但该方法无法去除稀土金属中的高饱和蒸气压类杂质；上述两种技术无法用于4N级高纯稀土金属提纯。
发明内容
针对现有稀土金属提纯方法效率低，其他领域的规模化提纯方法无法用于稀土提纯的问题，本发明提供一种提拉法提纯稀土金属的装置及提纯方法，在提拉法提纯稀土金属过程中，通过梯度控制温度和压力，依次实现挥发性杂质脱除、引晶、强化偏析提纯，制备高纯稀土金属。
为达到上述目的，本发明提供了一种提拉法提纯稀土金属的装置，包括炉体、坩埚、提拉装置以及难熔金属粉末加料仓；
所述炉体内部温度及压力可调节；
所述坩埚设置在炉体内部，用于容纳稀土金属液体；
所述提拉装置由所述炉体外部延伸至内部，用于稀土金属液体提拉结晶；
所述难熔金属粉末加料仓位于所述炉体外部，通过加料通路将难熔金属粉末添加至坩埚。
进一步地，所述炉体连接真空泵，并设置充气孔，通过抽真空及充气调节内部压力。
另一方面提供一种提拉法提纯稀土金属的方法，包括：
(1)稀土金属，加热至稀土金属熔点以上200℃～600℃，保持真空度，保温一段时间；
(2)稀土金属熔液中加入难熔金属，降温至稀土金属熔点以上51℃～100℃，将籽晶伸入稀土金属熔液液面下保温一段时间；
(3)降温至稀土金属熔点以上0.1℃～50℃，提拉籽晶或稀土金属容器下引结晶。
进一步地，所述稀土金属包括镧、铈、镨、钕、钆、铽、镝、钬、铒、镥、钇或钪。
进一步地，所述难熔金属为钨、钼、钽中的一种或几种，
进一步地，所述难熔金属的加入量为稀土金属的1～30％。
进一步地，步骤(1)中，保持真空度条件为压力<10-2Pa，保温时间为10min～240min。
进一步地，步骤(2)中保温时间为5min～30min，保持压力<10-2Pa的真空环境，或压力＞102Pa的惰性气氛环境。
进一步地，步骤(3)中提拉籽晶或金属容器转速为0～10rpm，结晶速度为1～30cm/h。
进一步地，步骤(3)中结晶压力为<10-2Pa的真空环境或压力＞102Pa的惰性气氛环。进一步地，提纯的稀土金属为圆棒材或管材。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明通过控制炉内温度和真空度，实现稀土金属的分步除杂；同时通过难熔金属对杂质的定向吸附作用，降低杂质在稀土金属液中的活度，强化提纯效果，可一步将2N级稀土金属提纯至4N级以上。
(2)本发明节省了低饱和蒸气压金属镧、铈的真空精炼提纯时间，中饱和蒸气压类金属镨、钕、镝等的真空精炼、真空蒸馏提纯时间，所以提高了提纯效率。
(3)本发明单炉产量超过20kg，可实现高纯稀土金属棒材、管材的制备，实现稀土金属的提纯、铸造、成型一体化制备。
(4)本发明的提纯装置，将难熔金属粉末加料仓以及提拉装置操作端设置在炉体外部，便于操作，提高了制备效率。
附图说明
图1是提纯稀土金属装置组成示意图；
其中1～炉体；2～坩埚；3～金属液；4～支架；5～提拉装置；6～籽晶；7～真空泵；8～充气孔；9～难熔金属粉末加料仓；10～加料仓阀门；
图2为提纯流程流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明一方面提供一种提拉法提纯稀土金属装置，包括炉体1、坩埚2、支架4、提拉装置5、真空泵7、难熔金属粉末加料仓9。
坩埚2设置在炉体1内部，通过支架4支撑，通过炉体1加热调节坩埚2内的温度。提拉装置5下端为籽晶6，能够上下移动，操作端保持在炉体1外部。
炉体1连接有真空泵7，通过真空泵7对炉体1抽真空。炉体1还设置充气孔8，用于向炉体1内充气，以调节炉体1内的压力。
坩埚2外部设置难熔金属粉末加料仓9和加料仓阀门10，开启加料仓阀门10后，难熔金属粉末加料仓9通过加料通路连接至坩埚2，实现在坩埚2外部向坩埚2添加难熔金属粉末。
坩埚2内放置金属液3，调节压力和温度，使得除稀土金属中挥发性杂质挥发，保持动态压力<10-2Pa，产生的挥发物质经真空泵7抽出。向坩埚内加入难熔金属粉末，调节坩埚2内温度及压力，调节提拉装置5，将籽晶6伸入液态金属液面下，降低温度在熔点以上0.1℃～50℃，结晶开始后缓慢向上提拉籽晶或将盛放稀土金属液的坩埚缓慢下引，控制结晶速度处于1～30cm/h，最终形成固态稀土金属纯度在4N以上的圆棒材或管材。
另一方面提供一种提拉法提纯稀土金属的方法，包括以下步骤：
(1)将稀土金属加入到提拉炉坩埚中，抽真空，在动态压力<10-2Pa条件下升温至稀土金属熔点以上200℃～600℃，保温10min～240min除稀土金属中挥发性杂质。
(2)向坩埚内加入难熔金属粉末，在压力<10-2Pa的真空环境或压力＞102Pa的惰性气氛环境下降温至稀土金属熔点以上51℃～100℃，将籽晶伸入液态金属液面下保温5min～30min。
(3)在压力<10-2Pa的真空环境或压力＞102Pa的惰性气氛条件下降低温度在熔点以上0.1℃～50℃，结晶开始后缓慢向上提拉籽晶或将盛放稀土金属液的坩埚缓慢下引，控制提拉籽晶或盛放稀土金属液的坩埚转速处于0～10rpm、结晶速度处于1～30cm/h，最终形成固态稀土金属纯度在4N以上的圆棒材或管材。
进一步地，稀土金属包括镧、铈、镨、钕、钆、铽、镝、钬、铒、镥、钇或钪。
进一步地，难熔金属钨、钼、钽中的一种或几种，难熔金属的加入量为稀土金属的1～30％。
实施例1
将30kg纯度为99％稀土金属镧加入到提拉炉坩埚中，首先抽真空，在动态压力10- 5Pa条件下升温至稀土金属熔点以上580℃，保温200min除稀土金属中挥发性杂质；向坩埚内加入9kg难熔金属粉末，在1×10-5Pa的真空条件下降温至稀土金属熔点以上100℃，将直径为1cm的籽晶伸入液态金属液面下保温20min；在1×10-5Pa条件下降低温度在熔点以上30℃，结晶开始后以转速2rmp、结晶速度25cm/h向上提拉籽晶或将盛放稀土金属液的坩埚缓慢下引20min，然后控制转速处于6rmp、结晶速度处于25cm/h、提拉3h，其中Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Fe、Si、Al、Ni、Ca、Mg、W、Mo、Ta等杂质总量为80-100ppm，最终形成固态稀土金属纯度在4N-4N2的圆棒材。
对比例1
将97g纯度为99％稀土金属镧制成直径10mm、金属长度20cm的圆棒，在真空度5×10-5Pa条件下，熔区移动速度为10cm/h，熔炼次数为15次，其中Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Fe、Si、Al、Ni、Ca、Mg、W、Mo、Ta等杂质总量为200-400ppm，最终形成固态稀土金属纯度在3N6-3N8的圆棒材。
实施例2
将30kg纯度为99％稀土金属镨加入到提拉炉坩埚中，首先抽真空，在动态压力10- 5Pa条件下升温至稀土金属熔点以上580℃，保温180min除稀土金属中挥发性杂质；向坩埚内加入6kg难熔金属粉末，在1×10-5Pa的真空条件下降温至稀土金属熔点以上80℃，将内径10cm、外形12cm的籽晶伸入液态金属液面下保温20min；在1×10-5Pa条件下降低温度在熔点以上30℃，控制转速处于8rmp、结晶速度处于20cm/h提拉6h，最终形成固态稀土金属纯度在4N-4N3的金属管材。
实施例3-12参见表1，可以看出提纯后稀土纯度达到4N级以上，杂质含量较少。
表1
综上所述，本发明涉及一种提拉法提纯稀土金属的装置及提纯方法，稀土金属，加热至稀土金属熔点以上200℃～600℃，保持真空度，保温一段时间；稀土金属熔液中加入难熔金属，降温至稀土金属熔点以上51℃～100℃，将籽晶伸入稀土金属熔液液面下保温一段时间；降温至稀土金属熔点以上0.1℃～50℃，提拉籽晶或稀土金属容器下引结晶。本发明通过控制炉内温度和真空度，实现稀土金属的分步除杂；同时通过难熔金属对杂质的定向吸附作用，降低杂质在稀土金属液中的活度，强化提纯效果，可一步将2N级稀土金属提纯至4N级以上。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (8)
1.一种提拉法提纯稀土金属的方法，其特征在于，基于提拉法提纯稀土金属的装置对稀土金属进行提纯，所述装置包括炉体、坩埚、提拉装置以及难熔金属粉末加料仓；所述炉体内部温度及压力可调节；所述坩埚设置在炉体内部，用于容纳稀土金属液体；所述提拉装置由所述炉体外部延伸至内部，用于稀土金属液体提拉结晶；所述难熔金属粉末加料仓位于所述炉体外部，通过加料通路将难熔金属粉末添加至坩埚；所述炉体连接真空泵，并设置充气孔，通过抽真空及充气调节内部压力；
提拉法提纯稀土金属的方法包括：
（1）稀土金属，加热至稀土金属熔点以上200℃～600℃，保持真空度，保温一段时间；
（2）稀土金属熔液中加入难熔金属，降温至稀土金属熔点以上51℃～100℃，将籽晶伸入稀土金属熔液液面下保温一段时间；
（3）降温至稀土金属熔点以上0.1℃～50℃，提拉籽晶或稀土金属容器下引结晶。
2.根据权利要求1所述的提拉法提纯稀土金属的方法，其特征在于，所述稀土金属包括镧、铈、镨、钕、钆、铽、镝、钬、铒、镥、钇或钪。
3.根据权利要求1或2所述的提拉法提纯稀土金属的方法，其特征在于，所述难熔金属为钨、钼、钽中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的提拉法提纯稀土金属的方法，其特征在于，所述难熔金属的加入量为稀土金属的1～30%。
5.根据权利要求1或2所述的提拉法提纯稀土金属的方法，其特征在于，步骤（1）中，保持真空度条件为压力<10-2Pa，保温时间为10min～240min。
6.根据权利要求1或2所述的提拉法提纯稀土金属的方法，其特征在于，步骤（2）中保温时间为5min～30min，压力<10-2Pa的真空环境，或压力＞102Pa的惰性气氛环境。
7.根据权利要求1或2所述的提拉法提纯稀土金属的方法，其特征在于，步骤（3）中提拉籽晶或金属容器转速为0～10rpm，结晶速度为1～30cm/h。
8.根据权利要求1或2所述的提拉法提纯稀土金属的方法，其特征在于，步骤（3）中结晶压力为<10-2Pa的真空环境或压力＞102Pa的惰性气氛环境，进一步地，提纯的稀土金属为圆棒材或管材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110501604.4A CN115305365B (zh) | 2021-05-08 | 2021-05-08 | 一种提拉法提纯稀土金属的装置及提纯方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110501604.4A CN115305365B (zh) | 2021-05-08 | 2021-05-08 | 一种提拉法提纯稀土金属的装置及提纯方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115305365A CN115305365A (zh) | 2022-11-08 |
| CN115305365B true CN115305365B (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=83854215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110501604.4A Active CN115305365B (zh) | 2021-05-08 | 2021-05-08 | 一种提拉法提纯稀土金属的装置及提纯方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115305365B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115821079B (zh) * | 2022-12-20 | 2024-03-26 | 包头中科稀土再生科技有限公司 | 一种稀土金属成型装置及制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101545135A (zh) * | 2009-05-11 | 2009-09-30 | 浙江碧晶科技有限公司 | 太阳能级硅晶体的制备及提纯方法 |
| CN101798705A (zh) * | 2010-03-12 | 2010-08-11 | 上海太阳能电池研究与发展中心 | 一种从低温熔体中连续拉晶提纯多晶硅的方法及专用装置 |
| JP2018109231A (ja) * | 2016-12-29 | 2018-07-12 | 有研稀土新材料股▲フン▼有限公司 | 希土類金属及希土類金属の精製方法 |
| CN212713705U (zh) * | 2020-03-19 | 2021-03-16 | 湖南金坤新材料有限公司 | 一种金属钪蒸馏过程中除杂装置 |
-
2021
- 2021-05-08 CN CN202110501604.4A patent/CN115305365B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101545135A (zh) * | 2009-05-11 | 2009-09-30 | 浙江碧晶科技有限公司 | 太阳能级硅晶体的制备及提纯方法 |
| CN101798705A (zh) * | 2010-03-12 | 2010-08-11 | 上海太阳能电池研究与发展中心 | 一种从低温熔体中连续拉晶提纯多晶硅的方法及专用装置 |
| JP2018109231A (ja) * | 2016-12-29 | 2018-07-12 | 有研稀土新材料股▲フン▼有限公司 | 希土類金属及希土類金属の精製方法 |
| CN212713705U (zh) * | 2020-03-19 | 2021-03-16 | 湖南金坤新材料有限公司 | 一种金属钪蒸馏过程中除杂装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 高纯稀土金属及其单晶的制备;石南林;材料研究学报(02);正文第18-24页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115305365A (zh) | 2022-11-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101665253B (zh) | 多晶硅提纯方法及用于多晶硅提纯的坩埚、提纯设备 | |
| US8329133B2 (en) | Method and apparatus for refining metallurgical grade silicon to produce solar grade silicon | |
| CN112624122B (zh) | 一种真空微波精炼工业硅制备6n多晶硅的方法及装置 | |
| CN111206162B (zh) | 一种稀土金属提纯方法及提纯设备 | |
| JP6491304B2 (ja) | 希土類金属溶製脱ガス方法 | |
| US20120171848A1 (en) | Method and System for Manufacturing Silicon and Silicon Carbide | |
| CN115305365B (zh) | 一种提拉法提纯稀土金属的装置及提纯方法 | |
| JP4115432B2 (ja) | 金属の精製方法 | |
| CN108251664B (zh) | 稀土金属及稀土金属的提纯方法 | |
| JP2009114026A (ja) | 金属珪素の精製方法 | |
| CN112830492B (zh) | 一种制备碳化硅粉料的装置及方法 | |
| CN102123945B (zh) | 硅精制方法 | |
| JPH0368937B2 (zh) | ||
| JP2007314403A (ja) | シリコンの精製方法および精製装置 | |
| JPH05262512A (ja) | シリコンの精製方法 | |
| JP2960652B2 (ja) | 高純度金属の精製方法およびその精製装置 | |
| CN114309631B (zh) | 一种铼粉的制备方法 | |
| US4877596A (en) | Process for the production of low carbon silicon | |
| CN116145258A (zh) | 一种低温溶液法生长SiC晶体的方法 | |
| CN109536744B (zh) | 通过熔析定向凝固耦合提纯稀土金属的方法 | |
| RU2819192C1 (ru) | Способ получения высокочистого никеля для распыляемых мишеней | |
| US9352970B2 (en) | Method for producing silicon for solar cells by metallurgical refining process | |
| CN117735544B (zh) | 一种半导体级石墨粉的深度纯化方法 | |
| Maronchuk et al. | A new method of metallurgical silicon purification | |
| CN117926387A (zh) | 一种六方氮化硼单晶生长诱导金属表面单晶化的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |