JPH06128786A - サマリウム金属又はサマリウム合金の製造法 - Google Patents

サマリウム金属又はサマリウム合金の製造法

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JPH06128786A
JPH06128786A JP4277379A JP27737992A JPH06128786A JP H06128786 A JPH06128786 A JP H06128786A JP 4277379 A JP4277379 A JP 4277379A JP 27737992 A JP27737992 A JP 27737992A JP H06128786 A JPH06128786 A JP H06128786A
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samarium
metal
alloy
fluoride
electrolytic bath
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JP4277379A
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Hozumi Endo
穂積 遠藤
Haruo Kunitomo
晴男 国友
Seiichiro Tanaka
誠一郎 田中
Shigeru Tokohira
茂 床平
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Mitsubishi Kasei Corp
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Mitsubishi Kasei Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定した効率的なサマリウム金属又はサマリ
ウム合金の製造法を提供する。 【構成】 アルカリ金属及びアルカリ土類金属のフッ化
物より成る群から選択される1種もしくは2種以上のフ
ッ化物とフッ化サマリウムとを主体とする溶融塩電解浴
を用い、酸化サマリウムを原料として電解還元するによ
りサマリウム金属又はサマリウム合金を製造する方法に
おいて、電解浴を形成するフッ化サマリウムとして二フ
ッ化サマリウムを用い、且つ、原料の酸化サマリウムと
してー酸化サマリウムを用いることを特徴とするサマリ
ウム金属又はサマリウム合金の製造法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はサマリウム金属又はサマ
リウム合金の製造に関するもので、詳しくは、特定の原
料と特定の電解浴を用いた溶融電解還元法によるサマリ
ウム金属又はサマリウム合金の製造法に関するものであ
る。金属サマリウムの磁石業界における需要の増大、ま
た特に鉄との合金の優れた磁石特性は、最近、いわゆる
ナイトロマグネ、(Sm−Fe−N系)などの新磁石の
発明に見られるように、磁性材料としての用途の増大が
期待されている。
【0002】
【従来の技術】サマリウム合金の製造は従来、酸化サマ
リウムをミッシュメタルで還元する熱還元法により金属
サマリウムを作り、その後、種々の金属と混合、溶解し
て合金化する方法が採用されて来た。熱還元法は130
0〜1600℃の高温度で還元反応し、蒸留採取するバ
ッチ方式である為、ルツボ材質の消耗が激しく、又操作
が繁雑な為、製造コストが高くなるという不具合があっ
た。
【0003】一方、溶融塩電解還元法によりサマリウム
金属又はサマリウム合金を得る方法が知られており、こ
の方法の場合、原料として酸化サマリウムを用いる方法
とフッ化サマリウムを用いることに大別される。酸化サ
マリウムを原料として用いる方法は原料の入手が比較的
に容易で望ましいが、従来法では工業的に安定した運転
をすることができなかった。
【0004】例えば、特公昭45−17064号には、
原料として三酸化二サマリウム(Sm2 3 )を用い、
電解浴成分として三フッ化サマリウム(SmF3 )を用
い、サマリウム合金化し得る陰極を用いてサマリウム合
金の製造を行なった例が示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では合金の生成量は僅かであり、しかも、電解浴の三
フッ化サマリウムが500〜600℃の温度で結晶相転
位を起こすので、電解浴の降温時に浴の急激な膨張によ
る電解槽が破損することもあり、工業的製法として確立
されるに至っていない。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記実情に
鑑み、酸化サマリウムを原料として溶融塩電解還元法に
よりサマリウム金属又はサマリウム合金を効率的に製造
する方法について種々検討した結果、通常の焼成によっ
て得られる酸化サマリウム3価の三酸化二サマリウム
(Sm2 3 )原料とするのではなく、還元性雰囲気下
で焼成することにより得られる2価の一酸化サマリウム
(SmO)を原料とし、しかも、電解浴のフッ化サマリ
ウムとしても二フッ化サマリウム(SmF2 )を用いる
ことにより、高い収率で金属が製造でき、且つ運転上の
トラブルもなくなることを見い出した。
【0007】すなわち、本発明の要旨は、アルカリ金属
及びアルカリ土類金属のフッ化物より成る群から選択さ
れる1種もしくは2種以上のフッ化物とフッ化サマリウ
ムとを主体とする溶融塩電解浴を用い、酸化サマリウム
を原料として電解還元するによりサマリウム金属又はサ
マリウム合金を製造する方法において、電解浴を形成す
るフッ化サマリウムとして二フッ化サマリウムを用い、
且つ、原料の酸化サマリウムとして一酸化サマリウムを
用いることを特徴とするサマリウム金属又はサマリウム
合金の製造法に存する。
【0008】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
用いる電解浴は、アルカリ金属のフッ化物及びアルカリ
土類金属のフッ化物の少なくとも1種とフッ化サマリウ
ムとを主体とするものであり、それらの比率は適宜選択
されるが、通常、電解浴全体に対してフッ化サマリウム
10〜95重量%、アルカリ金属及び/又はアルカリ土
類金属のフッ化物90〜5重量%の範囲から選択すれば
良い。そして本発明においては、この電解浴を形成する
フッ化サマリウムとして、主として二フッ化サマリウム
を使用することが重要であり、通常、フッ化サマリウム
のうち90重量%以上が二フッ化サマリウムであること
が好ましい。なお、アルカリ金属及び/又はアルカリ土
類金属のフッ化物としては、一般にはアルカリ金属のフ
ッ化物が好ましく、最も典型的にはフッ化リチウムが用
いられる。更に、本発明では、アルカリ金属のフッ化物
およびアルカリ土類金属のフッ化物の2種以上を、組み
合わせて使用することもでき、その具体例としては、例
えばフッ化バリウム、フッ化カルシウム、及びフッ化ラ
ンタンの少なくとも1種とフッ化リチウムの組合せ等を
挙げることができる。
【0009】二フッ化サマリウムは通常、三フッ化サマ
リウムとサマリウムメタルを混合後、1,000〜1,
400℃の温度で、アルゴンガス雰囲気下、反応させて
得ることが出来る。この操作は、浴材料であるフッ化リ
チウム等を共存させると、溶融温度を下げて低温度で反
応を行うことができるので好ましい。具体的には、所望
の浴組成になるよう三フッ化サマリウム、サマリウムメ
タル及びフッ化リチウムを計量、混合した後、800〜
900℃の温度でアルゴンガス雰囲気下、反応させるこ
とにより目的とする電解浴を直接作ることができる。
【0010】一方、本発明においては、原料として用い
る酸化サマリウムとして2価の一酸化サマリウム(Sm
O)を用いる一酸化サマリウムは例えば、サマリウムの
炭酸塩、修酸塩もしくは硝酸塩など塩又は水酸化物など
の化合物を還元性雰囲気下で焼成することにより得るこ
とができる。この際の焼成温度は通常、1000〜15
00℃、好ましくは1200〜1400℃程度である。
また、還元性雰囲気を形成するガスとしては、通常、ア
ルゴンガス、窒素ガス、水素ガスなどが挙げられる。な
お、大気中などの酸素存在下で焼成して得られる酸化サ
マリウムは三酸化二サマリウム(Sm3 2 )である
が、本発明では実質的な原料成分として三酸化二サマリ
ウムを含むことは望ましくない。
【0011】電解浴中における一酸化サマリウムの濃度
は通常、0.1〜10重量%、好ましくは1〜3重量%
である。あまり浴中における原料濃度が高い場合には、
酸化サマリウムが沈積する恐れがあり好ましくない。電
解に使用する陽極としては、通常用いられる陽極であれ
ばいずれも使用することができ、例えば、炭素、白金、
タングステン又はタンタル等であり得るが、通常、棒状
や板状の炭素を用いると、白金等非消耗性の陽極に比べ
安価でしかも用いる電圧を低くすることができる。ま
た、陰極としては、サマリウム合金を得る場合には、理
論的にはサマリウムと合金化し得るもののうち金属自体
の融点が浴の温度より高く、サマリウムとの合金の融点
が浴の温度より低ければ用い得るが、実際には、通常、
鉄、コバルトなどが用いられる。これらの金属は磁石の
原料でもあり、得られた合金もそのまま磁石原料として
用いることができ、好都合である。陰極中の不純物は合
金中に混入するため、不純物が少ない電解鉄等が用いら
れる。本発明では、これら金属の陰極の上に液体状態で
生成したサマリウム合金が、電解浴との比重差により滴
下する。滴下したサマリウム合金を、陰極下方の電解浴
中に開口部を有する受器内に液層として溜める。受器と
しては難融金属であるタンタルやタングステンが用いら
れる。また、本発明で製造するサマリウム合金中のサマ
リウム含有量は通常60重量%以上であり、合金の具体
例としては、例えば、サマリウム60〜90重量%、鉄
40〜10重量%のもの、サマリウム60〜90重量
%、ニッケル40〜10重量%のもの、サマリウム60
〜90重量%、コバルト40〜10重量%のもの、等が
挙げられる。
【0012】また、サマリウム金属を単体で得る場合に
は、陰極としてサマリウムと反応したり、合金化しない
材料であれば、いずれも使用でき、炭素棒、白金等用い
ることが考えられるが、安価な炭素棒で何ら問題なく使
用することができる。電解浴の相状態は浴組成(二フッ
化サマリウム/フッ化リチウム等他のフッ化物の割合な
ど)により、固相と液相が共存する場合や、液相のみの
場合が有りうるが、電解に必要な液相が存在する温度領
域であればよい。すなわち、相図の固相線以上で100
0℃以下の範囲であれば目的とする合金を製造すること
が出来る。但し、1000℃を越える温度下でも合金を
得ることは出来るが、高温のため、浴の蒸発ロスが増え
たり、炉材質の劣化や熱ロス等、不利な面が現れるため
好ましくない。
【0013】電極間の電圧は通常、1.5〜10ボル
ト、好ましくは1.8〜5ボルトと低電圧でよい。この
電圧中、理論分解電圧は最低必要であるが、必要以上の
電圧はジュール熱として熱ロスが生じるのみならず、電
解浴のフッ化物までも分解することになり、省エネルギ
ー、省資源の面からも好ましくない。電解に用いる容器
は、電解浴に接する部分を鉄製とし、サマリウム合金を
溜める部分をタングステンもしくは、タンタル等の金属
ルツボとすると経済的な点からも好ましい。従来、難融
性の貴金属であるタングステンやタンタル等の高価な材
料を用いて電解が行われてきたが、本発明方法において
電解槽の基本材料は安価な鉄製で構成しうる。本発明で
使用する浴に対し、耐浴性が高く、十分実用に供するこ
とが分かった。しかし、サマリウム合金を溜める部分は
メタルとの反応を防止する目的で難融性の貴金属である
タングステンやタンタル等の材質が好ましい。
【0014】
【実施例】次に、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施
例に限定されるものではない。 実施例1 電解浴組成がフッ化リチウム=35.5重量%、二フッ
化サマリウム=64.5重量%となるように、フッ化リ
チウム2.106g、三フッ化サマリウム2,808
g、サマリウムメタル1,018gを秤量、混合した
後、タンタル製ルツボ中でアルゴン雰囲気下、900℃
で2時間加熱してLiF−SmF2 電解浴5932gを
得た。一方、原料としては、炭酸サマリウム(Sm
2 (CO3 3 )をアルゴンガス気流中、1300℃の
温度で5時間焼成することにより得た一酸化サマリウム
を用いた。
【0015】上記LiF−SmF2 電解浴5,932g
をタンタルルツボ(内径=130mm,深さ=200m
m)中に仕込んだ。アルゴン雰囲気下、セル全体を外部
加熱し、電解中は浴温を890〜900℃に保持した。
電極には板状電解鉄を陰極に用い、陽極には板状カーボ
ンを用いた。両電極間の距離を40mmとした。直流電
解電流50Aを2時間通電し電解を行った。通電中、原
料である一酸化サマリウム(2価)の粉体を通電開始時
60g、30分後60g、1時間後60g合計180g
電解浴中に添加した。陰極、陽極の電流密度は共に、1
A/cm2 であり、電極間の電圧は1.8〜5ボルトを
示した。
【0016】電解停止後、ルツボの底に溜まっていたメ
タルは132gであり、分析した結果、このメタルはS
m/Fe=85/15(重量比)の合金であった。従っ
て電解により生成したサマリメタルは112gであり、
電流効率は60%が得られた。陰極、陽極共に消耗して
いた。このことは、電解還元が正常に行われたことを示
している。
【0017】一方、電解セルの材料を選定する目的で、
別の炉で、メタル溜め部分にタンタルルツボを内蔵し
た、前述タンタル製ルツボと同じサイズの純鉄製のルツ
ボに前述した組成の電解浴6,000g仕込み、更に内
ルツボタンタルの中に前述の合金50gを仕込んだ。本
容器は電解浴に接する部分が鉄製であり、サマリウム合
金を溜める部分がタンタル金属である。アルゴン雰囲気
下、900℃で90日間連続保持した後、冷却し、純鉄
製ルツボ及びタンタルルツボを観察した結果、両ルツボ
共に、顕著な劣化は認められなかった。
【0018】比較例1 電解浴組成がフッ化リチウム=35.5重量%、三フッ
化サマリウム=64.5重量%となるように、フッ化リ
チウム2,106gと三フッ化サマリウム3,826g
を秤量、混合した後、電解用セルに仕込んだ以外は実施
例1と同様の方法で電解を行った。電解停止後、ルツボ
に亀裂が生じた。ルツボの底に溜まっていたメタルは0
gであった。陰極、陽極共に消耗しなかった。電流効率
は0%であった。電解浴組成として二フッ化サマリウム
を含有していない為、目的とするサマリウム合金が生成
しないことが分かる。
【0019】比較例2 原料である一酸化サマリウム(2価)の代りに三酸化二
サマリウム(Sm2 3 )単味を用いた以外は実施例1
と同様の方法で電解を行った。電解停止後、ルツボの底
に溜まっていたメタルは50gであった。また、電流効
率は23%と低い値であった。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、原料として一酸化サマ
リウムを用い、しかも、電解浴のフッ化サマリウムとし
て二フッ化サマリウムを用いているため、効率的に溶融
塩電解還元ができ高収率で目的とするサマリウム金属又
はサマリウム合金を得ることができる。そして、運転に
伴なう操作上のトラブルもないので、本発明は工業的な
連続的製法として適したものと言える。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 床平 茂 北九州市八幡西区黒崎城石1番1号 三菱 化成株式会社黒崎工場内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルカリ金属及びアルカリ土類金属のフ
    ッ化物より成る群から選択される1種もしくは2種以上
    のフッ化物とフッ化サマリウムとを主体とする溶融塩電
    解浴を用い、酸化サマリウムを原料として電解還元する
    ことによりサマリウム金属又はサマリウム合金を製造す
    る方法において、電解浴を形成するフッ化サマリウムと
    して二フッ化サマリウムを用い、且つ、原料の酸化サマ
    リウムとして一酸化サマリウムを用いることを特徴とす
    るサマリウム金属又はサマリウム合金の製造法。
JP4277379A 1992-10-15 1992-10-15 サマリウム金属又はサマリウム合金の製造法 Pending JPH06128786A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011092516A1 (en) 2010-02-01 2011-08-04 National Nuclear Laboratory Limited Novel method for steel production
WO2014019513A2 (zh) * 2012-07-31 2014-02-06 有研稀土新材料股份有限公司 稀土金属、稀土金属合金及熔融盐电解制备稀土金属、稀土金属合金的方法

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