JPS6312949B2 - - Google Patents

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JPS6312949B2
JPS6312949B2 JP59247546A JP24754684A JPS6312949B2 JP S6312949 B2 JPS6312949 B2 JP S6312949B2 JP 59247546 A JP59247546 A JP 59247546A JP 24754684 A JP24754684 A JP 24754684A JP S6312949 B2 JPS6312949 B2 JP S6312949B2
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cathode
neodymium
alloy
electrolytic
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JP59247546A
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Katsuhisa Ito
Yoshiaki Watanabe
Eiji Nakamura
Masayasu Toyoshima
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Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Light Metal Industries Ltd
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Priority to DE8585306687T priority patent/DE3568595D1/en
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(技術分野) 本発明は、ネオジム−鉄合金の製造装置に係
り、特にネオジム−鉄合金、なかでも高性能永久
磁石用の母合金に適した、ネオジム含有量が高
く、有害な不純物や介在物の含有量の低い、ネオ
ジム−鉄合金を連続的に製造するに適した装置に
関するものである。 (発明の背景) 最近、高価なサマリウムあるいはコバルトを含
有せず、しかもハードフエライトより磁気特性の
優れた高性能磁石として、希土類−鉄系、希土類
−鉄−ホウ素系の永久磁石が注目されている。な
かでも、ネオジム−鉄−ホウ素系磁石は、最高エ
ネルギー積:(BH)maxが36MGOe以上になり、
比重、機械的強度の点からも極めて優れているこ
とが認められている(例えば、特開昭59−46008
号公報など参照)。このネオジム−鉄系あるいは
ネオジム−鉄−ホウ素系永久磁石は、何れも磁気
特性を劣化させる不純物の少ない原料を必要と
し、特に反応性の大きいネオジム原料について
は、酸素等の不純物の少ないものを製造する工業
的な方法を確立することが必要となつている。 ところで、金属ネオジムは、従来、殆ど用途が
なく、その製造方法としては、一般に活性金属、
特にカルシウムによる還元法と溶融塩電解法が知
られているのみで、工業的製造方法は充分に確立
されていない。従つて、上述した如き高性能永久
磁石の原料に適したネオジム−鉄母合金の工業的
製造方法にあつても、充分に確立されていないの
である。 かかる状況下、従来の技術水準より考えられる
ネオジム−鉄合金の製造方法としては、溶融塩電
解法の範疇に属する塩化物電解浴の電解(例え
ば、塩川二朗他「電気化学」第35巻、1967年、第
496頁等参照)と、フツ化物電解浴に溶解した酸
化物(Nd2O3)の電解(E.モーリス他、「U.S.
Bur.Min.、Rep.Invest.」、No.6957、1967年参照)
や、所謂消耗陰極法の範疇に属する、フツ化物電
解浴中へ酸化ネオジムを供給して電解を行ない、
ネオジム−鉄合金を得ている研究例(E.モーリス
他、「U.S.Bur.Min.、Rep.Invest.」、No.7146、
1968年参照)等があるが、それぞれの手法には各
種の問題点が内在しており、何れも、ネオジム−
鉄合金を連続的に製造する工業的な乃至は実用的
な手法として充分満足させ得るものではないので
ある。 このため、本発明者らは、先に特願昭59−
20773号として、従来の消耗陰極法を利用した、
原料としてフツ化ネオジムを用いた電解還元手法
によつて、ネオジム−鉄合金、なかでも高性能永
久磁石の製造に特に適したネオジム−鉄母合金
を、大規模に、且つ連続的に、有利に製造し得る
技術を明らかにした。 すなわち、この先に提案した技術は、鉄陰極及
び炭素陽極を用いて、ネオジム化合物を溶融塩電
解浴中において電解還元せしめ、生成するネオジ
ムを前記鉄陰極上に析出させると共に、該陰極を
構成する鉄と合金化せしめて、ネオジム−鉄合金
を形成させるに際して、ネオジム原料としての前
記ネオジム化合物に、フツ化ネオジムを用いると
共に、かかるフツ化ネオジムを前記溶融塩電解浴
の主たる構成成分の一つとして用いるようにした
ものであつて、これよつてネオジム−鉄合金が電
解還元操作の一段階で製造でき、そして永久磁石
の磁気的性質に悪影響を与える酸素等の不純物や
介在物等の含有量が低く、且つネオジム含有量の
高い、ネオジム−鉄合金が一段階で効果的に製造
され得ることとなつたのである。 ところで、この種の溶融塩電解用の一般的な陰
極としては、従来、丸棒、線、線束、溝付き丸
棒、網等が使用あるいは提案されているが、上記
の如き、鉄を消耗陰極として、ネオジム−鉄合金
を生成せしめる電解還元法では、ネオジムが陰極
の表面に析出し、その表面で陰極の鉄と反応し
て、ネオジム−鉄の液状合金を生成することがポ
イントとなつており、そしてこのネオジム析出反
応は表面反応であるところから、鉄陰極としてあ
まりに大きな直径の棒状の陰極を使用すると、そ
の陰極の中心部まで鉄が消耗させられるのに時間
がかかり、そのために所定の陰極電流密度を確保
すべく、電解浴中に挿入、浸漬される陰極長さが
長くなつて、電解槽の底部に衝突する等、電解操
作に支障を来す問題を内在している。従つて、鉄
陰極は、実用上において、棒状の場合、或る程度
の直径のものまでしか用いられ得ないのである。 また、上述の如きフツ化ネオジムを原料とする
消耗陰極法によるネオジム−鉄合金の電解製造に
際しては、0.50〜55A/cm2の広い範囲内で選択さ
れる陰極電流密度に比べると、陽極電流密度が
0.05〜0.06A/cm2程度と遥かに小さく、それ故、
一定電流の下では、陽極表面積を陰極表面積に比
して遥かに大きく採る必要があり、また770℃〜
950℃の範囲に好適に設定される電解浴の温度を
電解電流による発生ジユール熱によつて維持する
場合には、一定電流電解の時、電解電圧を狭い範
囲に保つておかないと、電解浴の温度に大きな変
動を生じ、有効な電解還元操作を行なうことは困
難となる。 ところで、上述のような大きな電流密度差を得
るには、一般に複数の陽極を陰極に対向させて配
列する形態が採用されることとなるが、そのよう
な場合において、かかる陽極として大径のものを
用い、またその使用本数を多くすると、幾何学的
制約上から、極間距離を大きくとる必要が生じ、
このために当該部分での電解浴の抵抗に基づく浴
部電圧降下が大きくなり、そして電解槽電圧が大
きくなり過ぎて、電解の電力原単位を悪化させる
問題を生じ、また電解電流による発熱量(発生ジ
ユール熱)が大きくなり過ぎて、熱バランスを乱
し、浴温を上げ過ぎる等の問題を生じるのであ
る。 (発明の概要) ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景に
して為されたものであつて、その目的とするとこ
ろは、ネオジム−鉄合金、なかでも高性能永久磁
石の製造に特に適したネオジム−鉄母合金を、大
規模に且つ連続的に製造し得る装置を提供するこ
とにあり、また他の目的とするところは、フツ化
ネオジムを原料とする消耗陰極法によるネオジム
−鉄合金の電解製造装置において、鉄陰極の効果
的な消耗を図り、以て連続的な電解還元操作を有
利に行なわしめ得ると共に、大径の複数の陽極を
用いた場合においても、極間距離が大きくならな
いようにして、装置設計の自由度を効果的に高め
得る構造を提供することにある。 すなわち、本発明は、かくの如き目的を達成す
るために、(a)実質的に、フツ化ネオジム及びフツ
化リチウム、並びに必要に応じて添加されたフツ
化バリウム、フツ化カルシウムからなる溶融塩電
解浴を収容する、耐火性材料から構成された電解
槽と、(b)該電解槽の内面の接浴部に施されたライ
ニングと、(c)該電解槽の溶融塩電解浴中に挿入、
浸漬される、実質的に長さ方向に形状変化のない
長手の炭素陽極と、(d)該電解槽の溶融塩電解浴中
に挿入、浸漬される、実質的に長さ方向に形状変
化のない、長手方向に中空の管状の鉄陰極と、(e)
開口部が該鉄陰極の下方に位置するように、前記
電解槽の溶融塩電解浴中に配置せしめられて、前
記炭素陽極と鉄陰極との間に印加される直流電流
によるフツ化ネオジムの電解還元によつて該鉄陰
極上に生じるネオジム−鉄合金の液滴が滴下せし
められる、かかるネオジム−鉄合金液滴を集める
ための合金受器と、(f)該合金受器内の液体状態の
ネオジム−鉄合金を電解槽外に取り出すための液
状合金取出手段と、(g)前記鉄陰極を、前記ネオジ
ム−鉄合金の生成に伴なうその消耗に従つて、前
記電解槽の溶融塩電解浴中に所定の電流密度が得
られるように挿入するための陰極挿入手段とを、
含む装置を用いるものである。 尤も、このようなネオジム−鉄合金の製造装置
は、更に前記炭素陽極を前記電解槽の溶融塩電解
浴中に所定の電流密度が得られるように挿入する
ための陽極挿入手段や、原料としてのフツ化ネオ
ジムを前記電解槽内に供給するための原料供給手
段を備えていることが望ましく、また前記電解槽
の内面に施されるライニングとしては、モリブデ
ン、タングステン等の難融金属材料に代えて、安
価な鉄材料が好適に用いられることとなる。本発
明者らの検討によつて、そのような鉄材料が優れ
た耐浴、耐食性を示し、フツ化物電解浴の場合の
良好なライニング材となることが見い出されたの
である。 また、本発明にあつては、電解槽内に配置され
た合金受器中に集められた液体状態のネオジム−
鉄合金を、液体状態のままにおいて電解槽外に効
果的に取り出すために、前記液状合金取出手段が
該合金受器内の液状のネオジム−鉄合金中に挿入
されるパイプ状ノズルを有するように構成され、
該ノズルを通じて、真空吸引作用により該ネオジ
ム−鉄合金を吸い上げて、電解槽外に取り出すよ
うにすることが、工業的な実施の観点から有利に
採用されることとなる。 さらに、本発明における管状の鉄陰極は、その
長手方向の中空部を利用して、前記原料供給手段
を兼ねるようにすることもでき、更にはかかる鉄
陰極の電解槽外側の開口部に所定の保護ガス供給
手段を接続せしめて、該保護ガス供給手段にて該
鉄陰極の中空部内に正圧の保護ガスが導入せしめ
られるようにして、これにより、そのような保護
ガスの電解浴中への吹込みによつて、電解浴を撹
拌したり、陰極管内部スペースの腐食防止を図つ
たりすることが可能である。 そして、このような本発明に従う装置を用いる
ことによつて、ネオジム−鉄合金が電解還元操作
の一段階で製造され得、しかも永久磁石の磁気的
性質に悪影響を与える酸素等の不純物や介在物等
の含有量が低く、且つネオジム含有量の高い、ネ
オジム−鉄合金が一段階で効果的に製造すること
ができることとなつたのである。しかも、固体の
陰極を使用するため、陰極の取扱が容易であるこ
とは勿論、生成合金を電解時の液体合金のままで
取り出すために、実質上、電解を中断することな
く、連続操業が可能であり、そして陰極消耗法の
利点である低温操業が連続的に行なわれ得る結
果、電解成績並びに生成合金品位が効果的に改善
されるのである。 また、かかる本発明に従えば、装置の大型化、
操業の連続化が容易に達成され、更に酸化ネオジ
ムを原料とするフツ化物−酸化物混合溶融塩の電
解による製造手段における連続操業上の困難を悉
く回避することができるのであり、更にまた塩化
ネオジムを原料とする塩化物混合溶融塩の電解に
よる製造手法では達成できない高電流効率を長時
間にわたつて達成し得るのである。 このように、本発明に従えば、高性能永久磁石
用原料に適した高ネオジム、低不純物含有ネオジ
ム−鉄合金を、経済的に且つ大規模、連続的に製
造できることとなつたのである。そして、このよ
うなネオジム−鉄合金は、また、ネオジム金属製
造の中間原料としても有利に使用されるものであ
る。 (構成の具体的な説明) ところで、かくの如き本発明に従う装置の具体
的な一例が第1図に模式的に示されているが、そ
こにおいて、電解槽10は、下部槽12とその開
口部を覆蓋する蓋体14にて構成されている。ま
た、これら下部槽12および蓋体14の外側は、
通常、鋼等の金属よりなる槽外枠16,18より
構成されている。さらに、下部槽12および蓋体
14は、それぞれ外側に煉瓦やキヤスタブル・ア
ルミナ等よりなる耐火断熱材層20,22、およ
び内側に黒鉛、炭素質スタンプ材等からなる耐浴
材層24,26を配置して、構成されている。 そして、下部槽12の内側耐浴材層24の内面
の接浴面には、ライニング材28が設けられて、
かかる接浴面を被覆している。このライニング材
28は、耐浴材層24からの不純物の混入を防ぐ
他、それがタングステンやモリブデン等の難融金
属にて形成されている場合には、生成する液状ネ
オジム−鉄合金の受器を兼ねることもできる。尤
も、本発明にあつては、かかるライニング材28
として安価な鉄材料を用いることが推奨される。
けだし、本発明者らの検討によつて、安価な鉄が
優れた耐食性を示し、フツ化物電解浴の場合の良
好なライニング材となることが見い出されたから
である。また、耐浴材層24は、必ずしも必要で
はなく、耐火断熱材層20上に直接にライニング
材28を適用しても何等差支えない。 そして更に、このような電解槽10のライニン
グ材28にて囲まれた槽内には、溶融塩電解浴3
0を構成する溶剤が装入せしめられている。な
お、この溶剤としては、フツ化ネオジム(NdF3
とフツ化リチウム(LiF)が用いられるが、これ
らに加えて、フツ化バリウム(BaF2)とフツ化
カルシウム(CaF2)を、単独で或いは両者同時
に添加して用いることも可能である。なかでも、
不純物や介在物の少ないネオジム−鉄合金を製造
する上においては、電解温度を低下せしめること
が好ましく、そのためにかかる溶融塩電解浴30
は、実質的に35〜76%(重量基準、以下同じ)の
フツ化ネオジム、20〜60%のフツ化リチウム、40
%までのフツ化バリウム、及び20%までのフツ化
カルシウムにて構成される、実質的にフツ化物の
みよりなる混合溶融塩からなるように選ばれ、そ
してそのような電解浴30に原料のフツ化ネオジ
ムが添加された場合にあつても、電解中は常にか
かる組成範囲の電解浴となるように調整されるこ
ととなる。 また、かかる電解槽10の蓋体14をそれぞれ
貫通して鉄陰極32と、この鉄陰極32に対向す
るように、該鉄陰極32の周りに同心円状に配置
された複数本の炭素陽極34が設けられており、
またそれら両電極32,34は、下部槽12内に
収容される前記所定の溶融塩よりなる電解浴30
中に、所定の電流密度となる長さにわたつて浸漬
されるようになつている。なお、ここでは、炭素
陽極34,34は、鉄陰極32と向かい合つて配
置される陽極のうちの2本が示されており、それ
らの材質としては黒鉛が好適に用いられることと
なる。 さらに、これら炭素陽極34,34は、棒状、
板状、管状等の形態で用いられ、またそれは、電
解浴30への浸漬部分の陽極表面積を大きくして
陽極電流密度を下げるために、公知のように溝付
きとすることも可能である。なお、図面では、炭
素陽極34,34には、電解による陽極消耗の跡
を示して、陽極浸漬部に僅かに傾斜が付けられて
いる。この陽極34には、給電のために、金属等
の適当な導電体の電気リードが取り付けられてい
ても何等差支えない。また、陽極34は、陽極挿
入手段としての陽極昇降機構36によつて上下動
せしめられるようになつており、これにより電解
継続のための適切な陽極電流密度:0.05〜
0.60A/cm2、好ましくは0.10〜0.40A/cm2が確保さ
れるように、間欠的に或いは連続的に、その浸漬
部の表面積を浸漬深さで調整し得るようになつて
いる。なお、陽極昇降機構36,36は、陽極へ
の電気接続機能を兼ね備えることもできるように
なつている。 一方、陰極32は、電解還元作用にて析出せし
められる金属ネオジムと合金化させるべき鉄材料
からなる、パイプ状ないしは管状の部材にて構成
されており、そして陰極挿入手段としての陰極昇
降機構38によつて、合金生成による消耗分を補
なつて、電解浴30中へ連続的あるいは間欠的に
送り込まれるようになつている。また、この陰極
昇降機構38は、ここでは陰極32への電気接続
機能を兼ね備えており、更にかかる鉄陰極32は
その浸漬部以外の表面が防食のために適当な保護
スリーブ等で保護されるようになつていても、何
等差支えない。 そして、かかるパイプ状の鉄陰極32の電解槽
10の外側の開口部には、保護ガス供給装置40
が設けられており、かかる保護ガス供給装置40
から供給される保護ガス、例えば希ガス等の不活
性なガスによつて、かかる鉄陰極32の中空部内
の雰囲気が正圧の保護ガスにて構成されるように
なつている。 なお、かかるパイプ状の鉄陰極32の下方に受
器開口部が位置するように、電解浴30内におい
て下部槽12の底部上に生成合金受器42が配置
せしめられており、陰極32と陽極34との間に
所定の直流の電流を印加せしめることにより、電
解浴中のフツ化ネオジム原料の電解還元操作によ
つて、該鉄陰極32上に生成された液状のネオジ
ム−鉄合金44は、陰極表面より滴下して、その
直下において開口する生成合金受器42内に溜め
られる。なお、この生成合金受器42は、生成合
金44との反応性の小さな難融金属、例えばタン
グステン、タンタル、モリブデン、ニオブ、或い
はそれらの合金等を用いて形成される他、窒化ホ
ウ素等のホウ化物や酸化物等のセラミツクス、或
いはサーメツト等の材料を用いて形成することも
できる。 このような構造の装置において、鉄陰極32と
炭素陽極34との間に印加せしめられる直流電流
によつて、電解浴30中のフツ化ネオジム原料の
電解還元が行なわれ、そして上述のように、鉄陰
極32上に析出した金属ネオジムは、直ちに陰極
32を構成する鉄と液体状態の合金を生成せし
め、陰極32表面より滴下して、電解槽10内の
電解浴30中に設置した受器42内に集められる
こととなる。なお、この電解還元に際して採用さ
れる温度、一般には770℃〜950℃の温度では、か
かる鉄陰極32上に生成する合金は、液体状態と
なるものであり、また前述のような溶融塩よりな
る電解浴30の比重は、生成合金のそれよりも小
さくされているところから、かかる液体状の合金
が鉄陰極32上に生成されるに従つて、それは陰
極32表面より下方に落下するようになるのであ
る。 このように、鉄陰極32の表面においては、液
状のネオジム−鉄合金44の生成に従つて、かか
る鉄陰極32自身が消費されることとなり、それ
故電解還元操作の進行に従つて、鉄陰極32は、
その径を漸次小さくすることとなるが、かかる鉄
陰極32はパイプ形状を呈しているため、その肉
厚(管壁)部分の消耗によつて陰極の所定長さ部
分が完全に消費されることとなるところから、太
い棒状陰極を使用した場合の如く、細長な状態で
陰極が溶け残り、電解槽(電解浴)の底部にまで
達する等の問題は、何等生じることはないのであ
る。 特に、大径の複数の炭素陽極34を陰極32に
対向させて配列する場合において、上述の如く、
鉄陰極32をパイプ状と為すことにより、その消
耗を効果的に為し得るところから、大径のパイプ
状鉄陰極32を用いることができ、これによつて
極間距離が大きくなり過ぎることに基因する浴部
電圧降下、電解槽電圧の増大、電解の電力原単位
の悪化、電解浴の温度の大きな変動(過度の上
昇)等の問題が、効果的に解消され得るのであ
る。 なお、かかる鉄陰極32の管外径は、用いられ
る炭素陽極34の径に応じて、所望の陰極電流密
度:0.50〜55A/cm2が得られるように、広い範囲
より適宜に選び得るものであるが、その管外径を
大きく採つた場合には、管の肉厚をそれが消耗さ
せられるに有効な厚さと為すことにより、上述の
如き問題を回避しつつ、連続的な電解操作を効果
的に為すことが可能である。勿論、鉄陰極32の
管の断面形状は、円形が一般的であるが、これに
限定されるものではなく、楕円、三角形、四角
形、五角形、六角形、八角形等の多角形形状、或
いはひし形、長方形、星形等の各種の断面形状
の、長手方向に中空の管状物が用いられ得るので
ある。また、電極の配列についても、電流密度が
所定の範囲内にあり、且つ陰極32に陽極34が
向かい合うものである限りにおいて、例示の如
き、鉄陰極32を中心にして、その周りに同心円
状に炭素陽極34を配列する以外の他の配列形態
が適宜に採用され得るものであることは、言うま
でもないところである。 また、このような電解装置における電解操作に
よつて消費される電解原料は、原料供給装置46
から、蓋体14に設けられた原料供給孔48を通
じて供給され、所定組成の電解浴30が形成せし
められるようになつており、また鉄陰極32から
滴下して、受器42内に溜められた生成合金44
は、それが所定量溜まつた時に、液体状態のまま
で所定の合金回収機構(取出し手段)によつて、
例えばパイプ状の真空吸引ノズル50を生成合金
吸引孔52を通じて電解浴30内に差し入れ、そ
して該ノズル50の先端を生成合金受器42内の
生成合金44中に浸漬せしめ、図示されていない
所定の真空装置の真空吸引作用を利用して吸引す
ることにより吸い上げられて、電解槽10外に取
り出されることとなる。さらに、かかる電解槽1
0内には、電解浴30、生成合金44、電極3
2,34、電解槽10の構成材料等の変質を防
ぎ、生成合金44への有害不純物や介在物の混入
を避けること等のために、前述したような保護ガ
スが導入されるようになつており、そして電解還
元操作によつて発生したガスは、かかる導入され
た保護ガスと共に、排ガス出口54を通じて外部
に排出されるようになつている。 ところで、ここでは、原料供給手段46,48
や生成合金取出手段50,52、更には保護ガス
供給手段(図示せず)等が別途に電解槽10に設
けられた構造となつているが、上記したように、
鉄陰極32をパイプ状と為すことにより、その中
空部を利用して、保護ガスを供給したり、或いは
電解原料たるフツ化ネオジムを供給したり、更に
はそれを生成合金の取出し孔に利用することが可
能である。 すなわち、例示の如く、鉄陰極32の外部開口
部に設けた保護ガス供給装置40から管内部空間
に保護ガスを正圧で導入するようにすれば、該陰
極32の中空部内の外気による腐食を防止するこ
とができ、また管内に電解浴30が入り込み、こ
の部分に目的とする電流密度以下の低電流密度の
電流が流れ込むのを効果的に防止することができ
る。 さらに、かかる保護ガス供給装置40からパイ
プ状鉄陰極32内に供給される保護ガス量を増大
せしめて、該陰極32の下端開口部から電解浴3
0内に保護ガスを吹き込むようにすれば、電解浴
30の有効な撹拌が行なわれ得て、原料:フツ化
ネオジムの電解浴30中への溶解を促進させ得る
他、電解槽10内の電解浴30上の空間に満たさ
れる保護ガスとしても利用することができる。 一方、上記の如き保護ガス供給装置40から供
給される保護ガスの吹込みと同時に、パイプ状の
鉄陰極32の中空部内を通じて、電解浴30中へ
原料のフツ化ネオジム粉末を吹き込むようにする
ことによつて、原料の供給と電解浴30への溶解
促進を同時に行なうことができ、また電解槽10
(蓋体14)に原料供給孔48を設ける必要性が
解消される利点を生ずる。尤も、原料のフツ化ネ
オジムは、粉末として電解浴30内に投入される
ばかりではなく、一定の形状に成形された固形物
としても供給されるものではあるが、このような
固形の成形品の供給孔としても、鉄陰極32の管
状の中空部内を利用することが可能である。 そして、このような鉄陰極32の管状の中空部
内の利用形態において、上記保護ガス導入管とし
ては、陰極の管そのものを利用することができる
他、さらに別の適当な径の管を利用して、それを
管状の陰極の中空内部に装入する形態を採ること
も可能である。 また、生成合金受器42内に所定量溜められた
生成合金44を、電解槽10外に真空吸引ノズル
50にて取り出す際に、鉄陰極32の内部空間を
該ノズル50の挿入孔として、生成合金吸引孔5
2の代わりに利用し、該鉄陰極32の管状内部を
通じて、ノズル50の先端部を電解浴30内の生
成合金受器42の生成合金44中に差し込み、か
かる生成合金44を真空吸引操作によつて槽外に
回収するようにすることも、可能である。 尤も、生成合金受器42内の生成合金44の取
出しは、上述のような真空吸引による生成合金4
4の吸引取出し方式が好適に採用される手段では
あるが、これに限定されるものでは決してなく、
これに代えて、電解槽10(下部槽12)の下部
を貫通する取出しパイプを設け、この取出しパイ
プの先端を更に生成合金受器42を貫通させて、
該受器42内に開口せしめることにより、かかる
取出しパイプを通じて生成合金44を槽外下方に
流し出す合金回収機構を採用することも、可能で
ある。 (実施例) 以下、本発明を更に具体的に明らかにするため
に、本発明に従う幾つかの実施例を示すが、本発
明がそのような実施例の記載によつて何等制限的
に解釈されるものでないことは、言うまでもない
ところである。 本発明は、上述した本発明の具体的な説明並び
に以下の実施例の他にも、各種の態様において実
施され得るものであり、本発明の趣旨を逸脱しな
い限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々な
る態様において実施され得るものは、何れも本発
明の範疇に属するものであることが、理解される
べきである。 実施例 1 ネオジム89%(重量基準。以下同じ)および鉄
9%の平均組成を有するネオジム−鉄(Nd−
Fe)合金10.0Kgが、次のようにして得られた。 すなわち、第1図に示される電解槽と同様な構
成の装置において、鉄るつぼを電解槽の耐浴容器
として用い、さらにその底部中央に設置したモリ
ブデン容器を生成合金受器として用いて、実質
上、フツ化ネオジムとフツ化リチウムとフツ化バ
リウムの三元系フツ化物混合溶融塩よりなる電解
浴を、不活性ガス雰囲気中で電解した。陰極とし
ては、鉄るつぼ中央部に位置するように、電解浴
中に下部を浸漬した34mmφ(外径)、3mmt(肉厚)
の上端を密閉した鉄管を用い、陽極としては、か
かる陰極の周りに同心円状に配列して電解浴中に
浸漬した、6本の80mmφの黒鉛棒を用いた。 そして、フツ化ネオジムを原料として、その粉
末を電解浴に連続的に供給しつつ、下記第1表に
示される範囲内の電解条件を保持して、24時間、
電解を行なつた。この間、電解操作は極めて良好
に継続することができ、液体状ネオジム−鉄合金
が順次滴下して、電解浴内に配置されたモリブデ
ンの受器内に溜められた。この溜められた合金
は、8時間毎に、真空吸引ノズルを有する真空吸
引式合金回収装置にて電解槽に取り出された。 かかる電解操作により得られた電解成績並びに
生成合金の分析結果を、下記第1表及び第2表に
示す。 実施例 2 ネオジム85%及び鉄13%の平均組成を有するネ
オジム−鉄合金6.7Kgが、次のようにして得られ
た。 すなわち、耐浴材としての黒鉛るつぼの内面に
鉄をライニングしたものを電解浴の容器として用
い、この底部中央に設置したタングステン容器を
生成合金の受器として用いて、実質上、フツ化ネ
オジムとフツ化リチウムの二元系フツ化物混合溶
融塩よりなる電解浴を、不活性ガス雰囲気中で電
解した。陰極としては、実施例1と同様の34mm
φ、3mmtの鉄管を用い、また陽極としては、実
施例1と同様に配列した5本の60mmφの黒鉛棒を
使用した。なお、陰極の鉄管上端には、保護ガス
導入キヤツプを取り付け、電解中、保護ガスを緩
やかに電解浴中に吹き込むことができるようにし
た。 そして、フツ化ネオジムを原料として、その粉
末を電解浴に連続的に供給しつつ、下記第1表に
示される範囲内の電解条件を保持して、24時間電
解を行なつた。この間、電解操作は極めて良好に
継続することができ、液体状のネオジム−鉄合金
が順次滴下して、電解浴中に配置されたタングス
テンの受器内に溜められた。この溜められた合金
は、8時間毎に、真空吸引ノズルを有する真空吸
引式合金回収装置にて、電解槽の外部に取り出さ
れた。 かかる電解操作により得られた電解成績並びに
生成合金の分析結果を、下記第1表及び第2表に
示す。 実施例 3 前記実施例1と同様の装置を用い、電解浴とし
て、実質上、フツ化ネオジムとフツ化リチウムの
二元系フツ化物混合溶融塩よりなる電解浴を用い
て、不活性ガス雰囲気中で電解を行なつた。 陰極としては、鉄るつぼの中央部に位置するよ
うに、電解浴中に下部が浸漬された110mmφ、14
mmtの鉄管を用い、陽極としては、かかる陰極の
周りに同心円状に配列して電解浴中に浸漬され
た、8本の80mmφの黒鉛棒を使用した。 そして、原料としてのフツ化ネオジムの粉末を
サイコロ状にプレス成形したものを、鉄製バスケ
ツトに入れ、陰極の鉄管上端より管内を通して、
電解浴中に浸漬せしめ、下記第1表に示される範
囲内の電解条件を保持して、8時間電解を行なつ
た。なお、この際、陰極の上端部に対して、電気
絶縁とガス密閉が施された。電解操作は良好に継
続することができ、受器内に溜められた合金は、
電解終了後、真空吸引ノズルを有する真空吸引式
合金回収装置にて電解槽の外部に取り出された。
また、鉄製バスケツト内のフツ化ネオジムは、全
量が溶解していた。 かかる電解操作によつて得られた電解成績並び
に生成合金の分析結果を、下記第1表及び第2表
に示す。
(Technical Field) The present invention relates to an apparatus for producing neodymium-iron alloys, particularly neodymium-iron alloys, which have a high neodymium content and are suitable as master alloys for high-performance permanent magnets, and which contain harmful impurities and inclusions. The present invention relates to an apparatus suitable for continuously producing a neodymium-iron alloy with a low content of. (Background of the Invention) Recently, rare earth-iron and rare earth-iron-boron permanent magnets have been attracting attention as high-performance magnets that do not contain expensive samarium or cobalt and have better magnetic properties than hard ferrite. . Among them, neodymium-iron-boron magnets have a maximum energy product (BH)max of 36MGOe or more,
It is recognized that it is extremely superior in terms of specific gravity and mechanical strength (for example, JP-A-59-46008
(Refer to the publication number, etc.) Both neodymium-iron and neodymium-iron-boron permanent magnets require raw materials with few impurities that degrade magnetic properties, and especially for neodymium raw materials with high reactivity, those with low impurities such as oxygen are manufactured. It has become necessary to establish an industrial method to do so. By the way, neodymium metal has had almost no use in the past, and its production methods generally involve using active metals,
In particular, only the reduction method using calcium and the molten salt electrolysis method are known, and no industrial production method has been fully established. Therefore, even if there is an industrial method for producing neodymium-iron master alloy suitable as a raw material for high-performance permanent magnets as described above, it has not been sufficiently established. Under these circumstances, the method for producing neodymium-iron alloys that can be considered based on the conventional state of the art is electrolysis in a chloride electrolytic bath, which falls under the category of molten salt electrolysis (for example, Jiro Shiokawa et al., "Electrochemistry" Vol. 35, 1967, No.
496, etc.) and electrolysis of oxides (Nd 2 O 3 ) dissolved in a fluoride electrolytic bath (E. Morris et al., ``U.S.
Bur.Min., Rep.Invest.”, No.6957, 1967)
Also, electrolysis is carried out by supplying neodymium oxide into a fluoride electrolytic bath, which belongs to the so-called consumable cathode method.
Examples of research on obtaining neodymium-iron alloys (E. Morris et al., "USBur.Min., Rep.Invest.", No.7146,
(see 1968), but each method has various problems, and each method uses neodymium-
This method is not fully satisfactory as an industrial or practical method for continuously producing iron alloys. For this reason, the inventors of the present invention have previously filed a patent application filed in
As No. 20773, using the conventional consumable cathode method,
By electrolytic reduction using neodymium fluoride as a raw material, neodymium-iron alloys, especially neodymium-iron master alloys particularly suitable for the production of high-performance permanent magnets, can be produced advantageously on a large scale and continuously. We have clarified the technology that can produce it. That is, the technique proposed earlier electrolytically reduces a neodymium compound in a molten salt electrolytic bath using an iron cathode and a carbon anode, deposits the generated neodymium on the iron cathode, and reduces the amount of iron constituting the cathode. to form a neodymium-iron alloy, neodymium fluoride is used as the neodymium compound as the neodymium raw material, and the neodymium fluoride is used as one of the main components of the molten salt electrolytic bath. This allows the neodymium-iron alloy to be produced in one step of the electrolytic reduction operation, and has a low content of impurities such as oxygen and inclusions that adversely affect the magnetic properties of the permanent magnet. , and a neodymium-iron alloy with a high neodymium content can now be effectively produced in one step. By the way, round rods, wires, wire bundles, grooved round rods, nets, etc. have been used or proposed as common cathodes for this type of molten salt electrolysis, but iron-consumable cathodes such as those described above In the electrolytic reduction method that produces a neodymium-iron alloy, the key point is that neodymium precipitates on the surface of the cathode and reacts with the iron of the cathode on the surface to produce a liquid neodymium-iron alloy. , and since this neodymium precipitation reaction is a surface reaction, if a rod-shaped cathode with a too large diameter is used as the iron cathode, it will take time for the iron to be consumed to the center of the cathode. In order to ensure current density, the length of the cathode that is inserted and immersed in the electrolytic bath becomes long, causing problems such as colliding with the bottom of the electrolytic bath, which hinders the electrolytic operation. Therefore, in practice, iron cathodes can only be used up to a certain diameter when they are rod-shaped. In addition, when electrolytically producing neodymium-iron alloy by the consumable cathode method using neodymium fluoride as a raw material as described above, the anode current density is but
It is much smaller at around 0.05 to 0.06A/ cm2 , and therefore,
Under constant current, the anode surface area must be much larger than the cathode surface area, and
When maintaining the temperature of the electrolytic bath, which is preferably set in the range of 950°C, by the Joule heat generated by the electrolytic current, the electrolytic bath must be kept within a narrow range during constant current electrolysis. This causes large fluctuations in temperature, making it difficult to carry out effective electrolytic reduction operations. By the way, in order to obtain the above-mentioned large current density difference, a configuration in which multiple anodes are arranged opposite to a cathode is generally adopted. When using a large number of poles, it becomes necessary to increase the distance between the poles due to geometrical constraints.
For this reason, the bath voltage drop based on the resistance of the electrolytic bath in that part increases, and the electrolytic bath voltage becomes too large, causing a problem of deteriorating the electricity consumption rate of electrolysis, and the amount of heat generated by the electrolytic current ( This causes problems such as excessive heating of the bath, which disturbs the heat balance and raises the bath temperature too much. (Summary of the Invention) The present invention has been made against the background of the above, and its purpose is to obtain a neodymium-iron alloy, particularly suitable for producing high-performance permanent magnets. The purpose is to provide an apparatus that can continuously manufacture neodymium-iron master alloys on a large scale, and another purpose is to produce neodymium-iron alloys by the consumable cathode method using neodymium fluoride as a raw material. In electrolytic production equipment, the iron cathode can be effectively consumed, and continuous electrolytic reduction operations can be performed advantageously, and the distance between the electrodes does not become large even when multiple large-diameter anodes are used. In this way, it is an object of the present invention to provide a structure that can effectively increase the degree of freedom in device design. That is, in order to achieve the above objects, the present invention provides (a) a molten salt consisting essentially of neodymium fluoride and lithium fluoride, and barium fluoride and calcium fluoride added as necessary; an electrolytic cell made of a refractory material that accommodates an electrolytic bath; (b) a lining applied to an inner surface of the electrolytic cell in contact with the bath; and (c) inserted into a molten salt electrolytic bath of the electrolytic cell. ,
(d) a longitudinal carbon anode that is immersed and has no substantially longitudinal shape change; (e) with a longitudinally hollow tubular iron cathode, without
The neodymium fluoride is electrolyzed by a direct current applied between the carbon anode and the iron cathode, which is placed in the molten salt electrolytic bath of the electrolytic cell so that the opening is located below the iron cathode. (f) an alloy receiver for collecting neodymium-iron alloy droplets, onto which the neodymium-iron alloy droplets formed on the iron cathode by reduction are dropped; (g) liquid alloy extraction means for taking out the neodymium-iron alloy out of the electrolytic cell; a cathode insertion means for inserting the cathode into the bath so as to obtain a predetermined current density;
It uses a device containing However, such a neodymium-iron alloy production apparatus further includes an anode insertion means for inserting the carbon anode into the molten salt electrolytic bath of the electrolytic tank so as to obtain a predetermined current density, and It is desirable to have a raw material supply means for supplying neodymium fluoride into the electrolytic cell, and the lining applied to the inner surface of the electrolytic cell may be made of a refractory metal material such as molybdenum or tungsten. , an inexpensive iron material can be suitably used. Through studies conducted by the present inventors, it has been discovered that such iron materials exhibit excellent bath resistance and corrosion resistance, and can serve as a good lining material for fluoride electrolytic baths. In addition, in the present invention, neodymium in a liquid state collected in an alloy receiver placed in an electrolytic cell is used.
In order to effectively take out the iron alloy out of the electrolytic cell in a liquid state, the liquid alloy removal means has a pipe-shaped nozzle inserted into the liquid neodymium-iron alloy in the alloy receiver. configured,
From the viewpoint of industrial implementation, it is advantageous to suck up the neodymium-iron alloy through the nozzle by vacuum suction and take it out of the electrolytic cell. Furthermore, the tubular iron cathode of the present invention can also serve as the raw material supply means by utilizing the hollow part in its longitudinal direction. A protective gas supply means is connected such that a positive pressure of protective gas is introduced into the hollow space of the iron cathode by the protective gas supply means, thereby preventing the introduction of such protective gas into the electrolytic bath. By blowing, it is possible to stir the electrolytic bath and prevent corrosion of the internal space of the cathode tube. By using such an apparatus according to the present invention, a neodymium-iron alloy can be produced in one step of the electrolytic reduction operation, and moreover, it is free from impurities such as oxygen and inclusions that adversely affect the magnetic properties of the permanent magnet. It has now become possible to effectively produce a neodymium-iron alloy in one step, which has a low content of carbon dioxide and a high neodymium content. Furthermore, since a solid cathode is used, the cathode is not only easy to handle, but also allows for continuous operation without interrupting electrolysis since the produced alloy can be taken out as a liquid alloy during electrolysis. As a result of continuous low-temperature operation, which is an advantage of the cathode exhaustion method, the electrolytic performance and the quality of the produced alloy are effectively improved. In addition, according to the present invention, the size of the device can be increased,
Continuous operation can be easily achieved, and furthermore, it is possible to avoid all difficulties in continuous operation in electrolytic production of fluoride-oxide mixed molten salt using neodymium oxide as a raw material. It is possible to achieve high current efficiency over a long period of time, which cannot be achieved by electrolytic production methods of chloride mixed molten salts using chloride as a raw material. As described above, according to the present invention, it has become possible to economically and continuously produce a neodymium-iron alloy with high neodymium content and low impurity content, which is suitable as a raw material for high-performance permanent magnets, on a large scale. Such a neodymium-iron alloy is also advantageously used as an intermediate raw material for producing neodymium metal. (Specific description of the structure) A specific example of the apparatus according to the present invention is schematically shown in FIG. It is composed of a lid body 14 that covers the section. Moreover, the outside of these lower tank 12 and lid body 14,
Usually, it is composed of tank outer frames 16 and 18 made of metal such as steel. Furthermore, the lower tank 12 and the lid body 14 each have fireproof insulation layers 20, 22 made of bricks, castable alumina, etc. on the outside, and bath-resistant material layers 24, 26 made of graphite, carbonaceous stamp material, etc. on the inside. Arranged and configured. A lining material 28 is provided on the inner bath-contacting surface of the inner bath-resistant material layer 24 of the lower tank 12.
The bath contact surface is coated. This lining material 28 prevents impurities from entering the bath-resistant material layer 24, and if it is made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum, it serves as a receiver for the liquid neodymium-iron alloy that is generated. It can also serve as However, in the present invention, such lining material 28
It is recommended to use an inexpensive iron material as a material.
This is because, through studies conducted by the present inventors, it has been found that inexpensive iron exhibits excellent corrosion resistance and is a good lining material for fluoride electrolytic baths. Further, the bath-resistant material layer 24 is not necessarily necessary, and there is no problem in applying the lining material 28 directly on the fire-resistant heat insulating material layer 20. Further, inside the electrolytic cell 10 surrounded by the lining material 28, there is a molten salt electrolytic bath 3.
A solvent constituting 0 is charged. The solvent used is neodymium fluoride (NdF 3 ).
In addition to these, barium fluoride (BaF 2 ) and calcium fluoride (CaF 2 ) can be used alone or in combination. Among them,
In producing a neodymium-iron alloy with few impurities and inclusions, it is preferable to lower the electrolysis temperature, and for this purpose, such a molten salt electrolytic bath 30
is essentially 35-76% (by weight, same hereinafter) neodymium fluoride, 20-60% lithium fluoride, 40
% of barium fluoride and up to 20% of calcium fluoride; Even when neodymium chloride is added, the electrolytic bath is always adjusted to have a composition within this range during electrolysis. Further, an iron cathode 32 is inserted through the lid 14 of the electrolytic cell 10, and a plurality of carbon anodes 34 are arranged concentrically around the iron cathode 32 so as to face the iron cathode 32. It is provided,
Further, both of the electrodes 32 and 34 are connected to an electrolytic bath 30 containing the predetermined molten salt contained in the lower tank 12.
It is adapted to be immersed therein over a length that provides a predetermined current density. Here, two carbon anodes 34, 34 are shown among the anodes disposed facing the iron cathode 32, and graphite is suitably used as the material thereof. Furthermore, these carbon anodes 34, 34 are rod-shaped,
It is used in the form of a plate, a tube, etc., and it can also be grooved in a known manner to increase the anode surface area of the part immersed in the electrolytic bath 30 and reduce the anode current density. In addition, in the drawing, the carbon anodes 34, 34 are slightly inclined at the anode immersion part, showing traces of anode wear due to electrolysis. An electric lead made of a suitable conductor such as metal may be attached to the anode 34 for power supply. Further, the anode 34 is moved up and down by an anode lifting mechanism 36 serving as an anode insertion means, so that an appropriate anode current density of 0.05 to 0.05 for continuous electrolysis is achieved.
The surface area of the immersion part can be adjusted intermittently or continuously by adjusting the immersion depth so that 0.60 A/cm 2 , preferably 0.10 to 0.40 A/cm 2 is secured. Note that the anode lifting and lowering mechanisms 36, 36 can also have the function of electrically connecting to the anode. On the other hand, the cathode 32 is composed of a pipe-like or tubular member made of an iron material to be alloyed with metallic neodymium deposited by electrolytic reduction, and is connected to a cathode lifting mechanism 38 as a cathode insertion means. Therefore, the amount consumed by alloy formation is compensated for and the material is continuously or intermittently fed into the electrolytic bath 30. In addition, this cathode lifting mechanism 38 here also has the function of electrically connecting to the cathode 32, and the surface of the iron cathode 32 other than the immersed part is protected with a suitable protective sleeve or the like to prevent corrosion. Even if you are used to it, it doesn't make any difference. A protective gas supply device 40 is provided at the opening of the pipe-shaped iron cathode 32 on the outside of the electrolytic cell 10.
is provided, and such a protective gas supply device 40
The atmosphere inside the hollow portion of the iron cathode 32 is made up of a positive-pressure protective gas by the protective gas supplied from the iron cathode 32, for example, an inert gas such as a rare gas. In addition, a produced alloy receiver 42 is arranged on the bottom of the lower tank 12 in the electrolytic bath 30 so that the receiver opening is located below the pipe-shaped iron cathode 32, and the cathode 32 and anode The liquid neodymium-iron alloy 44 produced on the iron cathode 32 by electrolytic reduction of the neodymium fluoride raw material in the electrolytic bath by applying a predetermined direct current between the iron cathode 34 and the It drips from the surface of the cathode and is collected in the produced alloy receiver 42 which opens directly below it. The produced alloy receiver 42 is formed using a refractory metal that has low reactivity with the produced alloy 44, such as tungsten, tantalum, molybdenum, niobium, or an alloy thereof, or a boron such as boron nitride. It can also be formed using materials such as ceramics such as compounds or oxides, or cermets. In an apparatus having such a structure, the neodymium fluoride raw material in the electrolytic bath 30 is electrolytically reduced by direct current applied between the iron cathode 32 and the carbon anode 34, and as described above, The metal neodymium deposited on the iron cathode 32 immediately forms a liquid alloy with the iron constituting the cathode 32, and drips from the surface of the cathode 32 to the receiver 42 installed in the electrolytic bath 30 in the electrolytic cell 10. It will be gathered inside. Note that at the temperature employed during this electrolytic reduction, which is generally a temperature of 770°C to 950°C, the alloy formed on the iron cathode 32 is in a liquid state, and is made of a molten salt as described above. Since the specific gravity of the electrolytic bath 30 is smaller than that of the produced alloy, as the liquid alloy is produced on the iron cathode 32, it falls below the surface of the cathode 32. It is. In this way, as the liquid neodymium-iron alloy 44 is formed on the surface of the iron cathode 32, the iron cathode 32 itself is consumed, and therefore, as the electrolytic reduction operation progresses, the iron cathode 32 is
Although the diameter of the iron cathode 32 is gradually reduced, since the iron cathode 32 has a pipe shape, a predetermined length of the cathode is completely consumed due to wear of the thick wall (tube wall). Therefore, problems such as the cathode remaining undissolved in an elongated state and reaching the bottom of the electrolytic bath (electrolytic bath), which occur when a thick rod-shaped cathode is used, do not occur. In particular, when a plurality of large-diameter carbon anodes 34 are arranged to face the cathode 32, as described above,
By forming the iron cathode 32 into a pipe shape, its consumption can be effectively achieved, so a pipe-shaped iron cathode 32 with a large diameter can be used, which prevents the distance between the electrodes from becoming too large. The underlying problems such as a voltage drop in the bath section, an increase in the voltage of the electrolytic cell, a deterioration in the power unit consumption of electrolysis, and a large fluctuation (excessive rise) in the temperature of the electrolytic bath can be effectively solved. The outer diameter of the iron cathode 32 can be appropriately selected from a wide range depending on the diameter of the carbon anode 34 used, so that a desired cathode current density of 0.50 to 55 A/cm 2 can be obtained. However, if the outside diameter of the tube is made large, by making the wall thickness of the tube effective enough to consume the tube, the above-mentioned problems can be avoided and continuous electrolytic operation can be carried out effectively. It is possible to do so. Of course, the cross-sectional shape of the tube of the iron cathode 32 is generally circular, but is not limited to this. Longitudinally hollow tubes of various cross-sectional shapes, such as , rectangular, star-shaped, etc., can be used. Regarding the arrangement of the electrodes, as long as the current density is within a predetermined range and the anode 34 faces the cathode 32, the electrodes may be arranged concentrically around the iron cathode 32 as shown in the example. It goes without saying that other arrangements than the arrangement of the carbon anodes 34 may be adopted as appropriate. Further, the electrolytic raw material consumed by the electrolytic operation in such an electrolyzer is supplied to the raw material supply device 46.
The raw material is supplied through a raw material supply hole 48 provided in the lid 14 to form an electrolytic bath 30 of a predetermined composition, and is also dripped from the iron cathode 32 and stored in the receiver 42. Generated alloy 44
When a predetermined amount of the alloy has accumulated, it is collected in a liquid state by a predetermined alloy recovery mechanism (removal means).
For example, a pipe-shaped vacuum suction nozzle 50 is inserted into the electrolytic bath 30 through the produced alloy suction hole 52, and the tip of the nozzle 50 is immersed in the produced alloy 44 in the produced alloy receiver 42. It is sucked up by suction using the vacuum suction effect of the vacuum device and taken out of the electrolytic cell 10. Furthermore, such an electrolytic cell 1
0 contains an electrolytic bath 30, a generated alloy 44, and an electrode 3.
2, 34. In order to prevent the deterioration of the constituent materials of the electrolytic cell 10 and to avoid the mixing of harmful impurities and inclusions into the produced alloy 44, the above-mentioned protective gas has been introduced. The gas generated by the electrolytic reduction operation is discharged to the outside through the exhaust gas outlet 54 together with the introduced protective gas. By the way, here, the raw material supply means 46, 48
The electrolytic cell 10 has a structure in which the produced alloy extraction means 50, 52, a protective gas supply means (not shown), etc. are separately provided in the electrolytic cell 10, but as described above,
By forming the iron cathode 32 into a pipe shape, the hollow part can be used to supply protective gas or neodymium fluoride, which is an electrolytic raw material, and can also be used as a hole for taking out the produced alloy. Is possible. That is, as shown in the example, if the protective gas is introduced into the tube interior space under positive pressure from the protective gas supply device 40 provided at the external opening of the iron cathode 32, corrosion caused by outside air inside the hollow part of the cathode 32 can be prevented. Furthermore, it is possible to effectively prevent the electrolytic bath 30 from entering the tube and a current having a low current density below the target current density flowing into this portion. Furthermore, the amount of protective gas supplied from the protective gas supply device 40 into the pipe-shaped iron cathode 32 is increased, and the electrolytic bath 3 is
By blowing a protective gas into the electrolytic bath 10, the electrolytic bath 30 can be effectively stirred, and the dissolution of the raw material neodymium fluoride in the electrolytic bath 30 can be promoted. It can also be used as a protective gas to fill the space above the bath 30. On the other hand, at the same time as the protective gas supplied from the protective gas supply device 40 as described above is blown, the raw material neodymium fluoride powder is blown into the electrolytic bath 30 through the hollow part of the pipe-shaped iron cathode 32. This makes it possible to simultaneously supply raw materials and promote dissolution into the electrolytic bath 30, and also to
This provides an advantage in that the need to provide the raw material supply hole 48 in the lid 14 is eliminated. Of course, the raw material, neodymium fluoride, is not only supplied as a powder into the electrolytic bath 30, but also as a solid product molded into a certain shape. The inside of the tubular hollow part of the iron cathode 32 can also be used as the supply hole. In such a configuration in which the iron cathode 32 is used inside the tubular hollow part, the cathode tube itself can be used as the protective gas introduction tube, or another tube of an appropriate diameter can be used. , it is also possible to adopt a form in which it is inserted into the hollow interior of a tubular cathode. In addition, when taking out a predetermined amount of produced alloy 44 stored in the produced alloy receiver 42 to the outside of the electrolytic cell 10 using the vacuum suction nozzle 50, the internal space of the iron cathode 32 is used as an insertion hole for the nozzle 50 to produce the produced alloy. Alloy suction hole 5
2, the tip of the nozzle 50 is inserted into the produced alloy 44 of the produced alloy receiver 42 in the electrolytic bath 30 through the tubular interior of the iron cathode 32, and the produced alloy 44 is sucked by vacuum suction. It is also possible to collect it outside the tank. However, the produced alloy 44 in the produced alloy receiver 42 can be taken out by vacuum suction as described above.
Although the suction extraction method described in No. 4 is a preferred method, it is by no means limited to this.
Instead of this, a take-out pipe is provided that penetrates the lower part of the electrolytic cell 10 (lower tank 12), and the tip of this take-out pipe is further passed through the produced alloy receiver 42,
It is also possible to employ an alloy recovery mechanism that opens in the receiver 42 and drains the produced alloy 44 downwardly outside the tank through the take-out pipe. (Examples) In order to clarify the present invention more specifically, some examples according to the present invention will be shown below, but the present invention should not be construed in any way limited by the description of such examples. It goes without saying that this is not the case. The present invention can be implemented in various embodiments in addition to the above-mentioned specific explanation of the present invention and the following examples, and as long as it does not depart from the spirit of the present invention, various embodiments can be implemented based on the knowledge of those skilled in the art. It should be understood that any of the various embodiments that can be implemented in various ways fall within the scope of the present invention. Example 1 Neodymium-iron (Nd-
10.0Kg of Fe) alloy was obtained as follows. That is, in an apparatus having the same configuration as the electrolytic cell shown in FIG. An electrolytic bath consisting of a ternary fluoride mixed molten salt of neodymium fluoride, lithium fluoride, and barium fluoride was electrolyzed in an inert gas atmosphere. The cathode is a 34mmφ (outer diameter), 3mmt (wall thickness) whose lower part is immersed in the electrolytic bath so that it is located in the center of the iron crucible.
An iron tube with its upper end sealed was used, and six 80 mm diameter graphite rods were used as anodes, arranged concentrically around the cathode and immersed in the electrolytic bath. Using neodymium fluoride as a raw material, the powder was continuously supplied to the electrolytic bath while maintaining the electrolytic conditions within the range shown in Table 1 below for 24 hours.
Conducted electrolysis. During this time, the electrolytic operation was able to continue very well, and the liquid neodymium-iron alloy was successively dripped and collected in a molybdenum receiver placed in the electrolytic bath. This accumulated alloy was taken out into an electrolytic cell every 8 hours using a vacuum suction type alloy recovery device having a vacuum suction nozzle. The electrolytic results obtained by such electrolytic operation and the analysis results of the produced alloy are shown in Tables 1 and 2 below. Example 2 6.7 kg of neodymium-iron alloy having an average composition of 85% neodymium and 13% iron was obtained as follows. In other words, a graphite crucible with iron lining on the inner surface as a bath-resistant material is used as a container for the electrolytic bath, and a tungsten container installed at the center of the bottom is used as a receiver for the produced alloy, in effect, the neodymium fluoride and An electrolytic bath consisting of a binary fluoride mixed molten salt of lithium fluoride was electrolyzed in an inert gas atmosphere. As the cathode, the same 34 mm as in Example 1 was used.
An iron tube with a diameter of 3 mm was used, and as an anode, five graphite rods with a diameter of 60 mm arranged in the same manner as in Example 1 were used. A protective gas inlet cap was attached to the upper end of the cathode iron tube so that protective gas could be gently blown into the electrolytic bath during electrolysis. Using neodymium fluoride as a raw material, electrolysis was carried out for 24 hours while continuously supplying the powder to the electrolytic bath while maintaining the electrolytic conditions within the range shown in Table 1 below. During this time, the electrolytic operation was able to continue very well, and the liquid neodymium-iron alloy was successively dripped and collected in a tungsten receiver placed in the electrolytic bath. This accumulated alloy was taken out of the electrolytic cell every 8 hours using a vacuum suction type alloy recovery device having a vacuum suction nozzle. The electrolytic results obtained by such electrolytic operation and the analysis results of the produced alloy are shown in Tables 1 and 2 below. Example 3 Using the same apparatus as in Example 1, an electrolytic bath consisting essentially of a binary fluoride mixed molten salt of neodymium fluoride and lithium fluoride was used in an inert gas atmosphere. I did electrolysis. As a cathode, a 110mmφ, 14mm electrode whose lower part was immersed in the electrolytic bath was placed in the center of the iron crucible.
mmt iron tube was used, and eight 80 mmφ graphite rods were used as anodes, which were arranged concentrically around the cathode and immersed in the electrolytic bath. Then, the neodymium fluoride powder used as the raw material was press-molded into a dice shape and placed in an iron basket, passed through the tube from the upper end of the cathode iron tube.
It was immersed in an electrolytic bath and electrolyzed for 8 hours while maintaining the electrolytic conditions within the range shown in Table 1 below. At this time, the upper end of the cathode was electrically insulated and gas-sealed. The electrolytic operation can continue successfully, and the alloy accumulated in the receiver is
After the electrolysis was completed, the alloy was taken out of the electrolytic cell using a vacuum suction type alloy recovery device having a vacuum suction nozzle.
Furthermore, the entire amount of neodymium fluoride in the iron basket had been dissolved. The electrolytic results obtained by such electrolytic operation and the analysis results of the produced alloy are shown in Tables 1 and 2 below.

【表】【table】

【表】【table】

【表】 かかる第1表、第2表の結果から明らかなよう
に、本発明に従つて、フツ化ネオジムを電解する
ことにより、ネオジム含有量が高く、酸素等の不
純物の含有量の低いネオジム−鉄合金が一段階で
一挙に製造された。なお、第2表中の成分の数値
は、取り出された合金の分析値の平均値であり、
また第2表に示された不純物以外の不純物は、本
実施例の場合、実質上、ネオジム以外の他の希土
類金属よりなるものである。この第2表には、比
較のために、市販されているネオジム金属の分析
結果も示されているが、それら市販ネオジム金属
では、磁石材料として有害な酸素等の不純物含有
量が高くなつていることが認められる。 また、以上の実施例のうち、実施例1〜2で
は、更に長時間にわたつて継続して電解を行なう
ことが容易であり、それぞれの実施例の場合と同
様の結果が得られることが確認されている。
[Table] As is clear from the results in Tables 1 and 2, by electrolyzing neodymium fluoride according to the present invention, neodymium with a high neodymium content and a low content of impurities such as oxygen can be produced. - Iron alloys were produced all at once in one step. In addition, the numerical values of the components in Table 2 are the average values of the analysis values of the extracted alloys,
Further, in this example, impurities other than those shown in Table 2 are substantially composed of rare earth metals other than neodymium. Table 2 also shows the analysis results of commercially available neodymium metals for comparison, but these commercially available neodymium metals have a high content of impurities such as oxygen that are harmful to magnet materials. It is recognized that In addition, it was confirmed that in Examples 1 and 2 among the above examples, it was easy to perform electrolysis continuously over a longer period of time, and results similar to those in each example could be obtained. has been done.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に従う電解槽の構造の一例を示
す断面図である。 10:電解槽、12:下部槽、14:蓋体、2
0,22:耐火断熱材層、24,26:耐浴材
層、28:ライニング材、30:電解浴、32:
鉄陰極、34:炭素陽極、36:陽極昇降機構、
38:陰極昇降機構、40:保護ガス供給装置、
42:生成合金受器、44:ネオジム−鉄合金、
46:原料供給装置、50:真空吸引ノズル。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of the structure of an electrolytic cell according to the present invention. 10: Electrolytic tank, 12: Lower tank, 14: Lid, 2
0, 22: Fireproof insulation material layer, 24, 26: Bath-resistant material layer, 28: Lining material, 30: Electrolytic bath, 32:
Iron cathode, 34: carbon anode, 36: anode lifting mechanism,
38: Cathode lifting mechanism, 40: Protective gas supply device,
42: Generated alloy receiver, 44: Neodymium-iron alloy,
46: Raw material supply device, 50: Vacuum suction nozzle.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 実質的に、フツ化ネオジム及びフツ化リチウ
ム、並びに必要に応じて添加されたフツ化バリウ
ム、フツ化カルシウムからなる溶融塩電解浴を収
容する、耐火性材料から構成された電解槽と、 該電解槽の内面の接浴部に施されたライニング
と、 該電解槽の溶融塩電解浴中に挿入、浸漬され
る、実質的に長さ方向に形状の変化のない長手の
炭素陽極と、 該電解槽の溶融塩電解浴中に挿入、浸漬され
る、実質的に長さ方向に形状の変化のない、長手
方向に中空の管状の鉄陰極と、 開口部が該鉄陰極の下方に位置するように、前
記電解槽の溶融塩電解浴中に配置せしめられて、
前記炭素陽極と鉄陰極との間に印加される直流電
流によるフツ化ネオジムの電解還元によつて該鉄
陰極上に生じるネオジム−鉄合金の液滴が滴下せ
しめられる、かかるネオジム−鉄合金液滴を集め
るための合金受器と、 該合金受器内の液体状態のネオジム−鉄合金を
電解槽外に取り出すための液状合金取出手段と、 前記鉄陰極を、前記ネオジム−鉄合金の生成に
伴なうその消耗に従つて、前記電解槽の溶融塩電
解浴中に所定の電流密度が得られるように挿入す
るための陰極挿入手段とを、 含むことを特徴とするネオジム−鉄合金の製造装
置。 2 前記炭素陽極を前記電解槽の溶融塩電解浴中
に所定の電流密度が得られるように挿入するため
の陽極挿入手段を備えた特許請求の範囲第1項記
載の製造装置。 3 原料としてのフツ化ネオジムを前記電解槽内
に供給する原料供給手段を備えた特許請求の範囲
第1項又は第2項記載の製造装置。 4 前記鉄陰極が、前記原料供給手段を兼ね、該
鉄陰極の中空部を通じて前記電解槽内に所定のフ
ツ化ネオジム原料が供給される特許請求の範囲第
3項記載の製造装置。 5 前記液状合金取出手段が、前記合金受器内の
液状ネオジム−鉄合金中に挿入されるパイプ状ノ
ズルを有し、該ノズルを通じて真空吸引作用によ
り該ネオジム−鉄合金を吸い上げ、電解槽外に取
り出すようにした特許請求の範囲第1項乃至第3
項の何れかに記載の製造装置。 6 前記鉄陰極の電解槽外側の開口部に、所定の
保護ガス供給手段が接続されており、該保護ガス
供給手段にて該鉄陰極の中空部内に正圧の保護ガ
スが導入せしめられる特許請求の範囲第1項乃至
第5項の何れかに記載の製造装置。 7 前記ライニングが鉄材料にて構成されている
特許請求の範囲第1項乃至第6項の何れかに記載
の製造装置。 8 前記炭素陽極が黒鉛電極である特許請求の範
囲第1項乃至第7項の何れかに記載の製造装置。
[Scope of Claims] 1. Consisting of a refractory material containing a molten salt electrolytic bath consisting essentially of neodymium fluoride and lithium fluoride, and optionally added barium fluoride and calcium fluoride. a lining provided on the inner surface of the electrolytic cell in contact with the bath; and a longitudinal section whose shape does not substantially change in the longitudinal direction, which is inserted into and immersed in the molten salt electrolytic bath of the electrolytic cell. a carbon anode, which is inserted into and immersed in the molten salt electrolytic bath of the electrolyzer, and has a longitudinally hollow tubular iron cathode with substantially no change in shape in the longitudinal direction; disposed in the molten salt electrolytic bath of the electrolytic cell so as to be located below the cathode,
Neodymium-iron alloy droplets produced on the iron cathode by electrolytic reduction of neodymium fluoride by a direct current applied between the carbon anode and the iron cathode are dropped. an alloy receiver for collecting the neodymium-iron alloy in the liquid state in the alloy receiver, a liquid alloy take-out means for taking out the liquid neodymium-iron alloy in the alloy receiver to the outside of the electrolytic cell; and a cathode insertion means for inserting the cathode into the molten salt electrolytic bath of the electrolytic cell so as to obtain a predetermined current density as the cathode is consumed. . 2. The manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising anode insertion means for inserting the carbon anode into the molten salt electrolytic bath of the electrolytic cell so as to obtain a predetermined current density. 3. The manufacturing apparatus according to claim 1 or 2, comprising a raw material supply means for supplying neodymium fluoride as a raw material into the electrolytic cell. 4. The manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the iron cathode also serves as the raw material supply means, and a predetermined neodymium fluoride raw material is supplied into the electrolytic cell through a hollow part of the iron cathode. 5. The liquid alloy extraction means has a pipe-shaped nozzle that is inserted into the liquid neodymium-iron alloy in the alloy receiver, and sucks up the neodymium-iron alloy by vacuum suction through the nozzle to the outside of the electrolytic cell. Claims 1 to 3 taken out
2. Manufacturing equipment according to any of paragraphs. 6. A patent claim in which a predetermined protective gas supply means is connected to the opening of the iron cathode on the outside of the electrolytic cell, and the protective gas supply means introduces a positive pressure protective gas into the hollow part of the iron cathode. The manufacturing apparatus according to any one of items 1 to 5. 7. The manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the lining is made of iron material. 8. The manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the carbon anode is a graphite electrode.
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