CN115305520A - 制备稀土金属的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种熔盐电解制备稀土金属的方法，所用电解槽分为阳极室和阴极室，内部盛有阳极电解质、阴极电解质、液态合金等熔体，在850‑1200℃下进行熔盐电解反应，向阳极室中加入稀土氧化物原料，在阴极室中产生固态或液态的稀土金属产物，该方法具有连续生产、原料要求低、产物纯度高等优点。

Description

制备稀土金属的方法

技术领域

本发明涉及稀土冶金技术领域，具体涉及利用熔盐电解法制备稀土金属的方法。

背景技术

稀土(Rare earth，RE)是一类重要的战略稀有金属，含稀土元素的钢铁材料、有色金属材料、磁性材料、催化材料、光电材料等凭借其特殊性能而广泛应用于国防军工、航空航天、电子信息、智能装备等领域，因此稀土也被誉为“现代工业维生素”。

稀土金属通常由三种方法制备：熔盐电解法、钙热还原法和还原-蒸馏法。

熔盐电解法适合制备熔点较低的镧、铈、镨、钕这四种轻稀土金属，按熔盐成分可划分为氯化物体系和氟化物体系，前者因为以难制备的无水氯化稀土(RECl₃)为原料，以及产生大量腐蚀性氯气等原因基本已被工业淘汰，目前主流工艺为以稀土氧化物(REO)为原料的氟化物熔盐电解法，电解槽中垂直插入钨/钼阴极和石墨阳极，向含REF₃为主要成分的熔盐中加入稀土氧化物，在电解过程中阳极析出CO和CO₂气体，在阴极得到液态稀土金属并沉入槽底的坩埚收集器。该方法具有投资成本低，生产能力强，操作简单连续等优点，但是也具有以下缺点：

一、原料纯度要求高。为制备出纯度高于99.0％的稀土金属，冶炼企业普遍要求原料中稀土氧化物总量不小于99wt％，单一稀土氧化物的相对纯度也要达99wt％以上。此外，为了制备出符合纯度要求的稀土氧化物，上游的溶剂萃取行业需要增设多级分离和纯化工序，无疑提高了生产成本；

二、金属产物品质较低。电解过程中原料带入的Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等氧化物和部分稀土元素杂质容易被电解还原并进入到稀土金属之中，电解渣泥和阳极炭块碎屑也容易造成稀土金属中的O和C杂质含量的升高，这些杂质元素均降低了稀土金属的纯度，影响了稀土金属的应用。

钙热还原法适合熔沸点均较高的钆、铽、镝、钬、铒和钇等中重稀土金属的生产。以钙为还原剂在高温真空下还原稀土氟化物，冷却分离后得到稀土金属产品。该方法具有流程短，收率高等优点，但缺点在于：原料纯度要求高，熔炼温度高达1400℃～1750℃，产品中的杂质氧含量偏高，生产不连续，产能偏低。在此基础上衍生出了钙热还原-中间合金法，即通过向原料中配入金属镁和氯化钙，反应温度可降至1000℃左右，但稀土镁合金产物还需要通过真空蒸馏法得到纯稀土金属。

还原-蒸馏法适合熔点适中、蒸汽压较高的钐、铕、铥、镱等四种金属的生产，采用沸点较高的金属镧或铈作为还原剂在高温真空条件下还原其氧化物，生成的钐、铕、铥或镱等金属蒸气通过冷凝收集。该方法具有产物纯度高的优势，但是生成能力低，工作温度在1200℃以上，需要镧或铈金属为原料，直收率略低。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为了避免原料纯度要求较高和产品质量较低两方面的缺陷，本发明提供了一种稀土金属的制备方法，以稀土氧化物为原料制备稀土金属的方法，具有生产连续，生产成本低等优势，为稀土金属材料研发和应用提供保障。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

所述方法利用电解槽实施，所述电解槽分为阳极室和阴极室，阳极室内设有阳极电解质和石墨阳极，阴极室内设有阴极电解质和惰性阴极，电解槽内底部盛有液态合金，阳极电解质和阴极电解质互不接触而是通过液态合金相连接；

液态合金用于与阳极电解质和阴极电解质构建稀土金属原子/稀土离子的电化学反应界面，以及用作稀土金属原子的传递介质；

对所述电解槽通电运行，向阳极室中加入稀土氧化物原料，在阴极室中得到固态或液态的稀土金属产物。

总体过程可概述为：在一定温度下进行熔盐电解反应，向阳极室中加入稀土氧化物原料，阳极表面发生氧化反应，而阳极室中的稀土离子(溶解态或/和非溶解态)在液态合金和阳极电解质界面被还原为稀土金属原子并进入液态合金中；阴极室中，液态合金中稀土金属原子在液态合金和阴极电解质界面被氧化为稀土离子并进入阴极电解质中，阴极电解质中的稀土离子在阴极被还原为稀土金属原子，形成固态或液态的稀土金属产物。

电解温度一般选取为850-1200℃，具体温度取决于阳极电解质、阴极电解质和液态合金的熔点(使三者均处于液态)。

所述稀土氧化物原料中，总稀土氧化物的含量≥90wt％，单一稀土氧化物占总稀土氧化物的90wt％以上；其中，单一稀土氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钇和氧化钪中的一种。

稀土氧化物原料可以来自于冶炼厂所产的符合国标或不符合国标的普通稀土氧化物，也可以配入一些废弃荧光粉、熔盐电解渣等含稀土元素的二次资源。

所述稀土金属产物中，总稀土金属的含量≥99wt％，其中，单一稀土金属占总稀土金属的99wt％以上。

所述惰性阴极为不与稀土金属发生合金化反应的金属材料，优选为钨、钼、钽或铌。

电解槽正常工作时，阳极电流密度为0.1～1.5A/cm²，阴极电流密度为0.1～15.0A/cm²。

所述液态合金为单一稀土金属(优选为熔点低于1000℃的稀土金属，例如La、Ce、Pr等)，或由单一稀土金属与Cu、Co、Fe、Ni、Mn、Pb、Zn、Sn、In、Sb、Bi中的一种或多种组成；所述液态合金的密度大于所述阳极电解质或所述阴极电解质的密度；所述液态合金是指在工作条件下处于液态，非工作条件下可以为固态。

所述阳极电解质为氟化物体系或氯化物体系。

所述氟化物体系包括含量为45～95wt％的单一稀土氟化物、含量为5～40wt％的LiF和含量为0～40wt％的添加剂，其中，添加剂为BaF₂或/和CaF₂；所述氟化物体系还溶有稀土氧化物或/和含有固态稀土氧化物原料。

加入到所述氟化物体系阳极电解质中的稀土氧化物原料(以REO表示)，会发生溶解反应并解离出稀土离子(以REⁿ⁺表示)和含氧离子(以O^2-表示)，在电场的作用下，含氧离子在阳极上发生氧化反应并析出CO₂及CO气体，而稀土离子在液态合金与阳极电解质的界面处发生还原反应，生成稀土金属原子并进入到液态合金之中。反应式为：

石墨阳极：O^2--2e^-+1/xC→1/xCO_x↑(x＝1或2)

界面：REⁿ⁺+ne^-→RE(液态合金)

而处于液态合金和阳极电解质界面的未完全溶解的固态稀土氧化物原料，可继续溶解于氟化物电解质并补充界面处不断消耗的稀土离子，以减小浓差极化及避免副反应的发生，或直接在界面进行还原反应，保证阳极室内稀土离子持续不断地被还原为稀土金属原子并进入到液态合金之中。界面反应为：

界面溶解反应：REO→REⁿ⁺+O^2-

界面还原反应：REO+e^-→RE(液态合金)+O^2-

根据本领域公知常识，在阳极电解质中的REⁿ⁺或O^2-仅仅是代表含稀土元素的离子或含氧元素的离子，具体形式可能为络合态和解离态。

所述氯化物体系为CaCl₂，或由CaCl₂与LiCl、NaCl、KCl、BaCl₂、CaF₂、LiF中的一种或多种组成。

上述氯化物体系阳极电解质对稀土氧化物原料具有较低的溶解度，但对O^2-具有一定的溶解度。当稀土氧化物原料加入到所述的氯化物体系阳极电解质中，在电场作用下，固态的稀土氧化物原料直接在阳极电解质和液态合金的界面处发生还原反应，稀土离子被还原并进入到液态合金之中，解离的O^2-溶解于电解质中并向阳极迁移，然后在阳极表面反应并生成CO₂+CO(石墨阳极)气体。界面还原反应为：

REO+e^-→RE(液态合金)+O^2-

进一步地，为调整所述氯化物体系阳极电解质的物理化学性质，还可以向所述氯化物体系中添加碱金属的氟化物、碱土金属的氟化物、稀土金属的氟化物，添加碱金属或碱土金属的氧化物。也可以向稀土氧化物原料中混入碳质导电剂或金属粉末、对稀土氧化物原料进行成型及烧结处理，以改善稀土氧化物原料在界面的电化学反应性。

当然，除了可以采用石墨阳极，也可以采用惰性阳极，例如氧化物陶瓷材料(例如掺杂SnO₂、表面涂层SnO₂、CaRuO₃、CaTi_xRu_1-xO₃、LaNiO₃、NiFe₂O₄)、金属材料(例如Ni-Fe合金、Ni-Fe-Y合金)、金属陶瓷复合材料(例如Ni-NiO-NiFe₂O₄、Ni-Fe-NiO-Yb₂O₃-NiFe₂O₄)。在惰性阳极表面发生析氧反应：

O^2--2e^-→0.5O₂↑

因此可以避免温室气体CO₂及有毒气体CO的排放。

在阳极室中，稀土氧化物原料中的杂质因为析出电位差异将有不同的电化学行为，其中比待提取RE更活泼的Li、Ca及一些稀土杂质元素将富集在阳极电解质之中，比待提取RE更惰性的Fe、Si、Al及另一些稀土杂质元素将被还原并富集在液态合金之中。

所述阴极电解质包括含量为40～90wt％的单一稀土氟化物、含量为10～50wt％的LiF和含量为0～30wt％的添加剂，其中，添加剂为BaF₂或/和CaF₂。

在阴极室内，液态合金中的稀土金属原子在液态合金和阴极电解质的界面处放电氧化，生成的稀土离子进入到阴极电解质中并向阴极迁移，然后在阴极表面还原为固体或液态的稀土金属产物。

对于液态合金的惰性杂质元素(例如Fe、Al、Si及一些稀土元素)，因为氧化电位更正而继续留存在液态合金之中，基本不进入到阴极电解质中；对于少量从液态合金进入到阴极电解质的活性杂质元素(例如Li、Ca及另一些稀土元素)，因为比待提取稀土金属的还原电位更负而难以析出，因此也对稀土金属的纯度影响较小。

当稀土金属产物为液态时，需要在阴极下端放置接收器以收集从阴极掉落的液态稀土金属，接收器可以放置在阴极室中部或底部；可采用人工舀出法、机械手出金属法、槽底放出法、端埚法、虹吸出金属法或真空吸铸法从接收器中取出液态稀土金属，冷却及加工后得到稀土金属产品。

当稀土金属产物为固态时，连同阴极一同取出后再进行物理分离，得到的固态稀土金属通过重熔、冷却及加工后得到稀土金属产品。

所得稀土金属可通过真空熔炼法、真空蒸馏法、电解精炼法、区域熔炼法和固态电迁移法等中的一种或多种精炼方法，进一步提纯得到高纯稀土金属材料。

本发明的有益效果：

(1)电解生产连续，可操作性强。本方法以稀土氧化物为原料直接生产出稀土金属产物，可实现向阳极室内连续进料和从阴极室中连续出料，缩短了生产时间，节省了生产成本，提高了生产效率。此外，可调节电解槽底层的液态合金的密度比电解质和稀土氧化物原料的密度更大，即使过量加入的稀土氧化物原料也会保持在液态合金和阳极电解质界面，继续参与溶解/电化学反应，这不仅提高了电解槽的操作适应性，而且提高了稀土氧化物的直接利用率。

(2)电解槽具有分离纯化功能。基于不同元素的电极电位差异，稀土氧化物原料中的杂质，其中比待提取稀土金属更活泼的元素(例如Li、Ca及一些稀土元素)则会富集在电解质中，而比待提取稀土金属更惰性的元素(例如Si、Fe、Al及另一些稀土元素)则会富集在液态合金之中，它们均难以进入到稀土金属产物之中。因此可以适当放宽稀土氧化物原料的纯度要求。相比之下，传统电解槽不具上述的纯化功能，因而对原料中的稀土杂质和非稀土杂质的含量均有较高要求。

(3)稀土金属纯度较高。除了原料中的金属元素杂质污染可以避免之外，稀土金属的C、O等关键非金属杂质含量也可以减少，因为稀土金属产自于不含O的阴极电解质中，阳极室中的石墨阳极产生的碳渣、稀土氟氧化物渣泥、含氧离子的阳极电解质均不与阴极电解质及稀土金属接触，稀土金属产物的品质得以保证。

附图说明

为了更清楚地说明本发明所采用的装置及其工作原理和方法，附图1给出了本发明所用电解槽的截面示意图。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的电解槽的结构示意图，其中，(a)是盛有液态稀土金属的收集器位于阴极室中间的电解槽，(b)是盛有液态稀土金属产物的收集器位于阴极室底部的电解槽，(c)是固态稀土金属产物的电解槽。

附图标记：1-绝缘隔板、2-阳极、3-电解槽、4-阳极电解质、5-液态合金、6-阴极电解质、7-盛有液态稀土金属产物的收集器、8-阴极、9-固态稀土金属产物。

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，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在一些较为具体的实施例中，一种稀土金属的制备方法，所述方法采用电解槽实施，所述电解槽分为阳极室和阴极室，所述阳极室内设有阳极电解质和石墨阳极，所述阴极室内设有阴极电解质和惰性阴极，电解槽内底部存放有液态合金，阳极电解质和阴极电解质互不接触但分别与液态合金相接触；

在850-1200℃下进行熔盐电解反应，向阳极室中加入稀土氧化物，阳极室中的稀土离子被还原为稀土金属原子并进入液态合金；阴极室中，液态合金中稀土金属原子被氧化为稀土离子并进入阴极电解质，阴极电解质中的稀土离子在阴极被还原为固态或液态的稀土金属产物。

本发明中，阳极电解质与阴极电解质被电解槽物理隔离，而阳极电解质、阴极电解质均与液态合金接触。因此，为了能够有效的实现阴极电解质、阳极电解质的分隔，电解槽的结构如图1所示，其中，(a)是盛有液态稀土金属的收集器位于阴极室中间的电解槽，(b)是盛有液态稀土金属产物的收集器位于阴极室底部的电解槽，(c)是固态稀土金属产物的电解槽。

电解槽在空间上被绝缘隔板1划分为阳极室和阴极室。阳极室盛有阳极电解质4，阳极2插入阳极电解质4中，阴极室盛有阴极电解质6，阴极8插入阴极电解质6，电解槽的底部盛有液态合金5，分别与阳极电解质4和阴极电解质6接触，但不与阳极2或阴极8接触。

稀土金属产物若为液态，则需要收集器7用于盛放液态稀土金属产物，稀土金属产物若为固态，则直接附着在阴极8表面形成固态产物9。

除了图1所示的电解槽，电解槽的结构还可设计成多种形式，例如U型电解槽，此外，电解槽的形状可多种多样，例如电解槽底部不限于平底，也可以为梯形底、圆底。

能够实现阳极电解质和阴极电解质的物理分隔、液态合金导通的稀土电解槽均可应用于本发明的方法。

在规模应用时，可将电解槽相互串联或并联作业。

实施例1

电解槽底部盛有预先合金化的La-Cu合金，其中Cu含量为20wt％，阳极采用石墨，阴极为钨棒。原料采用氧化镧，其中REO含量为96.3wt％，La₂O₃/REO为97.1wt％。阳极电解质为60wt％LaF₃+30wt％LiF+10wt％BaF₂，并加入氧化镧原料，阴极电解质为65wt％LaF₃+35wt％LiF。将电解槽置于充满干燥氩气的气氛下程序升温至950℃并保温2h，通电使阴极电流密度控制在4.5A/cm²，电解开始后定期加入上述氧化镧原料，电解结束后得到金属镧产物，其中La含量为99.91wt％，La/REM＝99.93wt％。

实施例2

电解槽底部盛有预先合金化的Ce-Cu-Zn合金，其中Cu和Zn的含量分别为20wt％和5wt％，阳极采用石墨，阴极为钼棒。原料采用氧化铈，其中REO含量为96.2wt％，CeO₂/REO为98.6wt％。阳极电解质为65wt％CeF₃+35wt％LiF，并加入氧化铈原料，阴极电解质为65wt％CeF₃+35wt％LiF。将电解槽置于充满干燥氩气的气氛下程序升温至860℃并保温2h，通电使阴极电流密度控制在6.0A/cm²，电解开始后定期加入上述氧化铈原料，电解结束后得到金属铈产物，其中Ce含量为99.88wt％，Ce/REM＝99.91wt％。

实施例3

电解槽底部盛有金属Pr，阳极采用石墨，阴极为钨棒。原料采用氧化镨，其中REO含量为97.6wt％，Pr₆O₁₁/REO为95.9wt％。阳极电解质为45wt％PrF₃+20wt％LiF+35wt％BaF₂，并加入氧化镨原料，阴极电解质为50wt％PrF₃+50wt％LiF。将电解槽置于充满干燥氩气的气氛下程序升温至1000℃并保温2h，通电使阴极电流密度控制在2.5A/cm²，电解开始后定期加入上述氧化镨原料，电解结束后得到金属镨产物，其中Pr含量为99.87wt％，Pr/REM＝99.89wt％。

实施例4

电解槽底部盛有预先合金化的Nd-Fe合金，其中Fe含量为15wt％，阳极采用石墨，阴极为钨棒。原料采用氧化钕，其中REO含量为98.3wt％，Nd₂O₃/REO为98.7wt％。阳极电解质为83wt％NdF₃+10wt％LiF+7wt％BaF₂，并加入氧化钕原料，阴极电解质为80wt％NdF₃+20wt％LiF。将电解槽置于充满干燥氩气的气氛下程序升温至1050℃并保温2h，通电使阴极电流密度控制在5.5A/cm²，电解开始后定期加入上述氧化钕原料，电解结束后得到金属钕产物，其中Nd含量为99.87wt％，Nd/REM＝99.91wt％。

实施例5

电解槽底部盛有预先合金化的Sm-Co合金，其中Co含量分别为20wt％，阳极采用石墨，阴极为钽丝。原料采用氧化钐，其中REO含量为92.4wt％，Sm₂O₃/REO为98.8wt％。阳极电解质为CaCl₂，阴极电解质为73wt％SmF₃+27wt％LiF。将电解槽置于充满干燥氩气的气氛下程序升温至900℃并保温2h，电解开始前加入氧化钐原料，通电使阴极电流密度控制在1.2A/cm²，电解开始后定期加入上述氧化钐原料，电解结束后得到金属钐产物，重熔、冷却后分析Sm含量为99.86wt％，Sm/REM＝99.93wt％。

实施例6

电解槽底部盛有预先合金化的Dy-Cu合金，其中Cu含量为52wt％，阳极采用石墨，阴极为钨棒。原料采用氧化镝，其中REO含量为98.8wt％，Dy₂O₃/REO为99.1wt％。阳极电解质为90wt％DyF₃+10wt％LiF，并加入氧化镝原料，阴极电解质为66wt％DyF₃+34wt％LiF。将电解槽置于充满干燥氩气的气氛下程序升温至1050℃并保温2h，通电使阴极电流密度控制在0.2A/cm²，电解开始后定期加入上述氧化镝原料，电解结束后得到金属镝产物，重熔、冷却后分析Dy含量为99.89wt％，Dy/REM＝99.94wt％。

实施例7

电解槽底部盛有预先合金化的Lu-Sn合金，其中Sn含量为75wt％，阳极采用石墨，阴极为钨板。原料采用氧化镥，其中REO含量为96.6wt％，Lu₂O₃/REO为95.9wt％。阳极电解质为80wt％LuF₃+20wt％LiF，并加入氧化镥原料，阴极电解质为75wt％LuF₃+20wt％LiF+5wt％CaF₂。将电解槽置于充满干燥氩气的气氛下程序升温至1080℃并保温2h，通电使阴极电流密度控制在15.0A/cm²，电解开始后定期加入上述氧化镥原料，电解结束后得到金属镥产物，重熔、冷却后分析Lu含量为99.69wt％，Lu/REM＝99.81wt％。

实施例8

电解槽底部盛有预先合金化的Y-Co合金，其中Co含量为28wt％，阳极采用石墨，阴极为钨棒。原料采用氧化钇，其中REO含量为98.3wt％，Y₂O₃/REO为98.9wt％。阳极电解质为75wt％YF₃+15wt％LiF+10wt％CaF₂，并加入氧化钇原料，阴极电解质为90wt％YF₃+10wt％LiF。将电解槽置于充满干燥氩气的气氛下程序升温至1050℃并保温2h，通电使阴极电流密度控制在8.0A/cm²，电解开始后定期加入上述氧化钇原料，电解结束后得到金属钇产物，重熔、冷却后分析Y含量为99.85wt％，Y/REM＝99.89wt％。

实施例9

电解槽底部盛有预先合金化的Sc-Cu合金，其中Cu含量为80wt％，阳极采用石墨，阴极为铌棒。原料采用氧化钪，其中REO含量为91.8wt％，Sc₂O₃/REO为99.3wt％。阳极电解质为4:1的CaCl₂-KCl，阴极电解质为40wt％ScF₃+30wt％LiF+30wt％BaF₂。将电解槽置于充满干燥氩气的气氛下程序升温至1000℃并保温2h，电解开始前加入氧化钪原料，通电使阴极电流密度控制在1.0A/cm²，电解开始后定期加入上述氧化钪原料，电解结束后得到金属钪产物，重熔、冷却后分析Sc含量为99.90wt％，Sc/REM＝99.94wt％。

对比例

本对比例与实施例1的区别在于：电解槽底部不盛有La-Cu合金，阳极电解质和阴极电解质均为65wt％LaF₃+35wt％LiF，其他条件相同。电解结束后得到金属镧产物，其中La含量为97.45wt％，La/REM＝97.86wt％。

由此推断，在没有液态合金的情况下，即失去了基于液态合金/熔盐电解质界面电化学反应的分离纯化效果，用普通的隔板电解槽电解稀土氧化物生产稀土金属的纯度较低，Fe、O等非稀土杂质含量明显偏高，同时也含有Ce、Pr等其他稀土元素杂质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.制备稀土金属的方法，其特征在于，所述方法利用电解槽实施，所述电解槽分为阳极室和阴极室，阳极室内设有阳极电解质和石墨阳极，阴极室内设有阴极电解质和惰性阴极，电解槽内底部盛有液态合金，阳极电解质和阴极电解质互不接触而是通过液态合金相连接；

液态合金用于与阳极电解质和阴极电解质构建稀土金属原子/稀土离子的电化学反应界面，以及用作稀土金属原子的传递介质；

对所述电解槽通电运行，向阳极室中加入稀土氧化物原料，在阴极室中得到固态或液态的稀土金属产物。

2.根据权利要求1所述制备稀土金属的方法，其特征在于，所述稀土氧化物原料中，总稀土氧化物的含量≥90wt％，单一稀土氧化物占总稀土氧化物的90wt％以上；其中，单一稀土氧化物指的是氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钇和氧化钪中的一种。

3.根据权利要求1所述制备稀土金属的方法，其特征在于，所述稀土金属产物中，总稀土金属的含量≥99wt％，其中，单一稀土金属占总稀土金属的99wt％以上。

4.根据权利要求1所述制备稀土金属的方法，其特征在于，所述惰性阴极为不与稀土金属发生合金化反应的金属材料，优选为钨、钼、钽或铌。

5.根据权利要求1所述制备稀土金属的方法，其特征在于，所述电解槽正常工作时，阴极电流密度为0.1～15.0A/cm²。

6.根据权利要求1所述制备稀土金属的方法，其特征在于，所述液态合金为单一稀土金属，或由单一稀土金属与Cu、Co、Fe、Ni、Mn、Pb、Zn、Sn、In、Sb、Bi中的一种或多种组成；所述液态合金的密度大于所述阳极电解质或所述阴极电解质的密度。

7.根据权利要求1或6所述制备稀土金属的方法，其特征在于，所述阳极电解质为氟化物体系或氯化物体系。

8.根据权利要求7所述制备稀土金属的方法，其特征在于，所述氟化物体系包括含量为45～95wt％的单一稀土氟化物、含量为5～40wt％的LiF和含量为0～40wt％的添加剂，其中，添加剂为BaF₂或/和CaF₂；所述氟化物体系还溶有稀土氧化物或/和含有固态稀土氧化物原料。

9.根据权利要求7所述制备稀土金属的方法，其特征在于，所述氯化物体系为CaCl₂，或由CaCl₂与LiCl、NaCl、KCl、BaCl₂、CaF₂、LiF中的一种或多种组成。

10.根据权利要求1或6所述制备稀土金属的方法，其特征在于，所述阴极电解质包括含量为40～90wt％的单一稀土氟化物、含量为10～50wt％的LiF和含量为0～30wt％的添加剂，其中，添加剂为BaF₂或/和CaF₂。

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