KR910001581B1 - Metallothermic reduction of rare earth oxides with calcium metal - Google Patents

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Abstract

Rare earth oxides can be reduced to rare earth metals by, a novel, high yield, metallothermic process. The oxides are dispersed in a suitable, molten, calcium chloride-based bath (44) along with calcium metal. The bath (44) is agitated and calcium metal reduces the rare earth oxides to rare earth metals. The metals collect in a discrete layer (43) in the reaction vessel (22).

Description

칼슘금속을 이용한 희토류산화물의 비전해 환원공정Non-electrolytic Reduction Process of Rare Earth Oxides Using Calcium Metals

제1도 본 발명에 따라 RE-산화물을 RE 금속으로 환원시키는 공정에 적합한 장치의 측단면도.1 is a side cross-sectional view of a device suitable for the process of reducing RE-oxides to RE metals in accordance with the present invention.

제2도 칼슘과 함께 산화네오디뮴(Nd2O3)를 환원시켜 네오디뮴-공융 합금을 산출하는 공정개요도.FIG. 2 is a process overview for producing neodymium-eutectic alloy by reducing neodymium oxide (Nd 2 O 3 ) together with calcium.

제3도 산화네오디뮴(Nd2O3)로부터 산출되는 네오디뮴(Nd) 금속의 수율을 염욕내의 CaCl2농도함수로서 표시한 그래프.FIG. 3 is a graph showing the yield of neodymium (Nd) metal produced from neodymium oxide (Nd 2 O 3 ) as a CaCl 2 concentration function in a salt bath.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

8, 10, 12 : 크램쉘 가열기 15 : 열전대8, 10, 12: cram shell heater 15: thermocouple

20 : 로정(furnace well) 22 : 반응조20: furnace well 22: reactor

24 : 교반기 28 : 변속모우터24: stirrer 28: variable speed motor

36 : 냉각수 코일 38 : 스테인리스 스틸배플(baffle)36: cooling water coil 38: stainless steel baffle

본 발명은 희토류산화물(RE-산화물), 특히 산화네오디뮴을 직접 환원시키기 위한 비전해 환원공정에 관한 것이다.The present invention relates to an electroless reduction process for the direct reduction of rare earth oxides (RE-oxides), in particular neodymium oxide.

본 공정은 네오디뮴-철-붕소자석에 이용되는 네오디뮴금속의 저렴한 생산에 특히 유용하다.This process is particularly useful for the inexpensive production of neodymium metal for neodymium-iron-boronite.

종래에 있어서, 가장 강력한 상용 영구자석은 사마륨과 코발트합금(SmCo5)의 소결분말로부터 제조되었다. 최근에 좀더 강력한 자석이 희토류원소(특히 네오디뮴 및 프라세오디뮴), 철 및 붕소의 합금으로부터 제조되었다. 이러한 합금류 및 그들을 이용한 자석의 제조방법에 유럽특허출원제0,108,474호, 0,133,758호 및 0,144,112호등에 기술되어 있다.In the past, the strongest commercial permanent magnet was produced from a sintered powder of samarium and cobalt alloy (SmCo 5 ). More powerful magnets have recently been made from alloys of rare earth elements (especially neodymium and praseodymium), iron and boron. Such alloys and methods for producing magnets using them are described in European Patent Applications Nos. 0,108,474, 0,133,758 and 0,144,112.

희토류원소(RE)는 주기율표의 원자번호 57-71 사이의 원소 및 원자번호 39의 이트륨으로서 이들의 원천은 모나자이드 및 바스트나에사이트 광석이다. 여러가지 공지의 기술에 의하여 이들 광석으로부터 희토류원소의 혼합물을 추출할 수 있으며, 이렇게 추출된 혼합물은 용출, 액체-액체추출등과 같은 통상적인 공지기술에 의하여 서로 분리될 수 있다.Rare earth elements (RE) are elements of atomic number 57-71 and yttrium of atomic number 39 of the periodic table whose sources are monazide and bastnasite ores. Mixtures of rare earth elements can be extracted from these ores by various known techniques, and the extracted mixtures can be separated from one another by conventional known techniques such as elution, liquid-liquid extraction and the like.

일단 희토류원소(금속)들이 상호분리되고나면, 그들은 영구자석에의 적용에 유용하도록 산화물로부터 순수한상태(최소한 95원자퍼센트이상의 순도)로 환원되어야 한다. 종래예 있어서, 이러한 최종환원 단계는 매우 복잡하고 경비가 과다하기 때문에 결과적으로 희토류금속의 가격이 매우 고가로 되었다. 환원방법으로는 전해공정 및 비전해 공정에 두가지가 모두 이용되어 왔다.Once the rare earth elements (metals) have been separated from each other, they must be reduced from oxide to pure (at least 95 atomic percent purity) to be useful for application to permanent magnets. In the prior art, this final reduction step is very complex and expensive, resulting in a very high price of rare earth metals. As the reduction method, both methods have been used in the electrolytic process and the electroless process.

전해(electrolytic) 환원공정은 (1) 용융알칼리금속염 또는 알카리토류금속염내에 용해된 무수희토류금속 염화물의 분해를 포함하는 공정 및 (2) 용융희토류금속 불소화물내에 용해된 희토류산화물의 분해를 포함하는 공정이 있다.The electrolytic reduction process includes (1) a process involving the decomposition of anhydrous rare earth metal chlorides dissolved in a molten alkali metal salt or an alkaline earth metal salt and (2) a process involving the decomposition of rare earth oxides dissolved in a molten rare earth metal fluoride. There is this.

그러나 두가지 전해공정 모두 결과적으로 소모되어질 고가의 전극을 사용하여야 하고, 바람직하지 못한 RE-옥시염(예 : NaOCl등)의 형성을 방지하기 위하여 무수염화물 또는 불소화물을 사용하여야 하며, 고온(1000℃이상)의 셀조직(cell operation)을 요하고, 낮은 전기효율로 인한 과다한 전력소비를 가져오며, 수율이 낮은(40%이하임)결점들이 있었다. 또한 RE-염화물 환원공정에서는 부식성 염소기체가 방출되며, RE-불소화물 환원공정에서는 희토류금속단과의 고체화를 일으키도록 전해염셀(electrolytic salt cell)내의 온도등급의 세심한 조절이 요구된다.However, both electrolytic processes require the use of expensive electrodes that will eventually be consumed, anhydrous chlorides or fluorides should be used to prevent the formation of undesirable RE-oxy salts (eg NaOCl) and high temperatures (1000 ° C). Defects that require cell operation, excessive power consumption due to low electrical efficiency, and low yield (less than 40%). In addition, corrosive chlorine gas is released in the RE-chloride reduction process, and in the RE-fluoride reduction process, careful control of the temperature grade in the electrolytic salt cell is required to cause solidification with the rare earth metal end.

비전해(wetallothermic) 환원공정으로는 (1) 칼슘금속분(metal powder)을 이용한 RE-불소화물의 환원공정(칼시오터믹공정-calciothermic process-라함) 및 (2) 수소화칼슘(CaH2) 또는 칼슘금속(Ca)을 이용한 RE-산화물의 환원-확산공정이 있다. 그러나, 양자 모두 베치(batch)공정이므로 반드시 비산소기권하에서 행하여져야하며 에너지 소비가 매우 크다.Wetallothermic reduction processes include (1) reduction of RE-fluoride using calcium metal powder (called calciothermic process) and (2) calcium hydride (CaH 2 ) or calcium metal There is a reduction-diffusion process of RE-oxide using (Ca). However, since both are batch processes, they must be carried out under a non-oxygen atmosphere and the energy consumption is very high.

그리고 환원-확산의 경우에는 생성물이 분말상이므로 사용전에 정제를 위하여 수화되어야 한다. 더욱이, 양자는 모두 다단계공정이다. 한편, 비전해환원공정의 한가지 장점은 산화물 또는 불소화물로부터의 금속의 수율이 일반적으로 90%이상의 고율이라는 점이다.In the case of reduction-diffusion, the product is in powder form and must be hydrated for purification before use. Moreover, both are multi-step processes. On the other hand, one advantage of the non-electrolytic reduction process is that the yield of metals from oxides or fluorides is generally higher than 90%.

RE-불소화물이나 염화물을 포함하는 공정은 그러한 할로겐화물의 제조를 위한 RE-산화물의 전처리가 요구되는바, 이러한 부가적인 단계가 희토류금속의 최종단가를 또한 높이는 것이다.Processes involving RE-fluorides or chlorides require pretreatment of RE-oxides for the production of such halides, and this additional step also increases the final cost of the rare earth metals.

따라서 가벼운 희토류금속-철 영구자석에 있어서 단가가 낮은 고순도 희토류금속에 대한 요구는 당연한 것이다.Therefore, there is a natural need for high purity rare earth metals having low unit cost in light rare earth metal-iron permanent magnets.

그러나 현존하는 희토류금속화합물의 환원방법중 어느것도 단자를 절감시키거나 자석-등급 금속의 유용성을 증가시키지 못하고 있다.However, none of the existing methods of reducing rare earth metal compounds reduce terminals or increase the usefulness of magnet-grade metals.

따라서, 좀더 효과적이고 저렴한 경비로서 희토류금속을 제조할 수 있는 새로운 공정을 제공하는 것이 발명의 목적이다.Accordingly, it is an object of the invention to provide a new process that can produce rare earth metals at a more effective and lower cost.

이하 본 발명의 공정에 대하여 설명한다.Hereinafter, the process of the present invention will be described.

공정에 사용되는 반응용기(반응조)에는 소망 반응온도로 가열하기 위한 전기저항가열기 또는 기타의 가열기가 장치되며, 용기몸체는 반응물에 불활성이며 아무런 해가 없는 금속 또는 내화물질로 구성된다. 약 70wt%이상의 염화칼슘 및 5-30wt%의 염화나트륨의 염 혼합물이 채워진 반응용기에 미리 정해진 양의 RE-산화물을 넣는다.The reaction vessel (reactor) used in the process is equipped with an electric resistance heater or other heater for heating to the desired reaction temperature, and the vessel body is made of metal or refractory material which is inert to the reactants and harmless. A predetermined amount of RE-oxide is added to a reaction vessel filled with a salt mixture of about 70 wt% or more of calcium chloride and 5-30 wt% of sodium chloride.

염은 환원반응에서 매질로서 작용한다. 희토류 산화물(RE-산화물)의 양을 기준으로하여, 화학량론적으로 과량의 칼슘금속이 첨가된다.Salt acts as a medium in the reduction reaction. Based on the amount of rare earth oxides (RE-oxides), stoichiometric excess calcium metal is added.

한편, 철 또는 아연과 같은 다른 금속을 적당량 첨가하여 환원희토류금속과 공용합금을 형성하도록 함으로써 반응이 저온에서 행하여지고 Re-금속산물이 액체상태로서 수득되도록 하는 것이 유리할 수도 있다.On the other hand, it may be advantageous to add an appropriate amount of another metal such as iron or zinc to form a co-alloy with the reduced rare earth metal so that the reaction is carried out at low temperature and the Re-metal product is obtained in the liquid state.

반응을 진행시키기 위하여, 용기를 반응성분들의 융점(약 675℃)이상의 온도로 가열한다. 용융반응성분들을 반응조내에서 재빨리 교반시켜 반응진행동안 각성분들의 상호접촉이 계속 유지되도록 한다.In order to proceed with the reaction, the vessel is heated to a temperature above the melting point of the reactive components (about 675 ℃). The molten reaction components are quickly stirred in the reactor to maintain mutual contact of each component during the reaction.

CaCl2와 NaCI 혼합물에서의 CaCl2의 중량비를 70%이상으로 유지시키기에 충분한 양의 CaCl2를 반응조에 보충한다. 염화칼슘의 농도가 70%이하인 상태에서 반응이 진행되면 수율이 현저하게 저하된다.The reaction tank is replenished with an amount of CaCl 2 sufficient to maintain the weight ratio of CaCl 2 in the CaCl 2 and NaCI mixture to 70% or more. If the reaction proceeds with the calcium chloride concentration of 70% or less, the yield is significantly reduced.

반응의 진행동안 반응조에서는 여러가지 반응이 일어난다.During the course of the reaction, various reactions take place in the reactor.

그러나, RE-산화물은 다음 실험식에 의하여 환원되는 것으로 믿어진다.However, RE-oxides are believed to be reduced by the following empirical formula.

REnOm+mCa→mCaO+mRERE n O m + mCa → mCaO + mRE

식중, m과 n은 성분들의 몰수를 나타내는 것이며, m과 n은 희토류원소의 산화상태에 따라 결정된다. 환원금속은 약 7g/cc의 밀도를 가지며, 염육(salt bath)의 밀도는 약 1.9g/cc이다. 교반을 정지하면, 환원금속은 용기 밑부분에 맑은 층으로 형성된다. 이 맑은 층은 용융상태로 있는 동안 따라내고 분리할 수도 있고, 그것이 고체화된후에 염층으로부터 분리할수도 있다.Wherein m and n represent the number of moles of the components, and m and n are determined according to the oxidation state of the rare earth element. The reducing metal has a density of about 7 g / cc, and the salt bath has a density of about 1.9 g / cc. When stirring is stopped, the reducing metal forms a clear layer at the bottom of the vessel. This clear layer can be decanted and separated while in the molten state or separated from the salt layer after it has solidified.

본 발명의 공정은 공지의 공정에 비하여 여러가지 장점을 갖는다.The process of the present invention has several advantages over known processes.

본 공정은 희토류금속이 아연 또는 철과의 공융합금으로서 회수될 수 있는 약 700℃정도의 비교적 낮은 온도에서 수행되며, 상대적으로 안가인 희토류산화물(RE-산화물), 염화칼슘(CaCl2), 염화나트륨(NaCl1)및 칼슘금속(Ca)을 반응물로서 사용한다.The process is carried out at a relatively low temperature of about 700 ° C., in which rare earth metals can be recovered as eutectic alloys with zinc or iron, and relatively rare earth oxides (RE-oxides), calcium chloride (CaCl 2 ) and sodium chloride ( NaCl 1 ) and calcium metal (Ca) are used as reactants.

본 공정은 RE-산화물을 그의 염화물 또는 불소화물로 미리 전환시킬 필요가 없을뿐 아니라, 고가의 순수 칼슘금속분 또는 수소화칼슘(CaH2)같은 환원제를 사용할 필요가 없다. 방법자체가 비전해방법이며 약700℃의 온도 및 대기압하에서 바람직하게 행하여질 수 있으므로 에너지 소모가 낮다. 공정은 배치공정 또는 연속공정으로서 행하여질 수 있으며, 염화칼슘(CaCl2), 염화나트륨(NcCl)부산물 및 산화칼슘(CaO)은 용이하게 처리된다. 더구나, 반응조내에서 부가적인 염과 함께 희토류금속이 합금화되어 RE-FE 공융합금으로 만들어지고, 고가의 정처처리없이 RE-FE 자석에 이용될 수 있다.This process does not need to convert the RE-oxide into its chloride or fluoride in advance, nor does it require the use of expensive pure calcium metal powder or reducing agents such as calcium hydride (CaH 2 ). Since the method itself is a non-electrolytic method and can be preferably performed at a temperature of about 700 ° C. and atmospheric pressure, energy consumption is low. The process can be carried out as a batch process or as a continuous process, and calcium chloride (CaCl 2 ), sodium chloride (NcCl) by-product and calcium oxide (CaO) are easily processed. Moreover, rare earth metals, together with additional salts in the reactor, can be alloyed into RE-FE eutectic alloys and used in RE-FE magnets without expensive waste treatment.

이미 언급하였듯이, 희토류금속은 주기율표에서 원소번호 57-71의 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 데르븀, 디스크로슘, 홀뮴, 에르븀, 톨븀, 이테르븀, 투테튬 및 원소번호 39의 이트륨이다.As already mentioned, rare earth metals are lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, erbium, dystrosium, holmium, erbium, torbium, ytterbium, tutetium and elements in the periodic table. Yttrium number 39.

희토류금속 산화물은 통상적으로 금속분리 공정에서 제조된 착색파우더이다.Rare earth metal oxides are typically colored powders prepared in a metal separation process.

여기서 경희토류(light rare earth)는 란타늄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr) 및 네오디뮴(Nd)을 가르킨다.Here, light rare earth refers to lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), and neodymium (Nd).

본 공정에 있어서, 희토류산화물(RE-산화물)은 분리기로부터 수납된 체로 사용될 수도 있고, 과량의 습기 및 이산화탄소의 제거를 위하여 하소되어(calcined) 사용될 수도 있다.In this process, rare earth oxides (RE-oxides) may be used as sieves received from the separator, or calcined for removal of excess moisture and carbon dioxide.

이하의 실시예들에서, RE-산화물은 사용전에 1000℃에서 2시간 동안 오븐건조된 것이다. 염욕(salt baths)에 사용되는 CaCl2, 및 NaCl은 사용전에 500℃에서 2시간 동안 오븐건조된 것이다.In the following examples, the RE-oxide is oven dried for 2 hours at 1000 ° C. prior to use. CaCl 2 , and NaCl, used in salt baths, were oven dried at 500 ° C. for 2 hours before use.

초기단계에 있어서 가장 유의할 점은 반응조내에 습기가 도입되어 Na 또는 Ca와 함께 위험한 반응을 일으키는 것을 방지한 것이다.In the early stages, the most important thing is to prevent the introduction of moisture into the reactor to cause a dangerous reaction with Na or Ca.

NaCl함유 염욕에 칼슘이 부가되면 다음 반응에 의하여 약간의 나트륨 금속이 형성된다.When calcium is added to the NaCl-containing salt bath, some sodium metal is formed by the following reaction.

2NaCl +Ca→CaCl2+2Na2NaCl + Ca → CaCl 2 + 2Na

Nd2O3가 용융 염육내의 CaCl2와 혼합되면 다음의 반응에 의하여 옥시클로라이드(oxychloride)가 형성된다.When Nd 2 O 3 is mixed with CaCl 2 in the molten salted meat, oxychloride is formed by the following reaction.

Nd2O3+CaCl2→2NdOCl+CaO 이러한 RE-옥시클로라이드의 존재는 종래의 전해공정에 있어서 수율을 저하시키는 것으로 알려졌다. 그러나 본 발명에서는 RE-산화물 및 RE-옥시클로라이드 양자 모두 칼슘금속에 의하여 쉽게 환원된다. 사실, 그러한 RE-옥시클로라이드의 형성은 그것이 환원 RE 금속의 용융층위로 부유하기 때문에 문제가 되지 않는다. 반면에 RE-산화물은 환원 RE 금속과 거의 비슷한 밀도를 갖기 때문에 환원 RE 금속의 용융층내에 오염 물질로서 보유될 수 있으며, 그 결과 RE 금속이 자석제조에 적합하지 못하도록 할 수 있다. 그러나, 이미 언급하였듯이 본 공정에 있어서는 RE-산화물이 칼슘금속에 의하여 환원되므로 결과 산출되는 RE 금속은 근본적으로 산화물이 없는 것이다.Nd 2 O 3 + CaCl 2-> 2NdOCl + CaO The presence of such RE-oxychloride is known to lower the yield in conventional electrolytic processes. However, in the present invention, both RE-oxide and RE-oxychloride are easily reduced by calcium metal. In fact, the formation of such RE-oxychloride is not a problem because it floats on the molten layer of the reduced RE metal. RE-oxides, on the other hand, can be retained as contaminants in the molten layer of reduced RE metals because they have a density substantially similar to that of the reduced RE metals, which can render them unsuitable for magnet manufacture. However, as already mentioned, in this process, RE-oxide is reduced by calcium metal, so the resulting RE metal is essentially free of oxides.

순수한(비합금) 네오디뮴(Nd) 금속은 약 1025℃의 높은 융점을 가지며, 다른 희토류금속류 역시 높은 융점을 갖는다.Pure (non-alloy) neodymium (Nd) metals have a high melting point of about 1025 ° C., and other rare earth metals also have high melting points.

만약, 꼭 원한다면, 그와 같은 고온에서 환원반응을 행하여 높은 수율로 순수한 희토류금속을 얻는 것은 가능하다.If desired, it is possible to obtain a pure rare earth metal in high yield by performing a reduction reaction at such a high temperature.

그러나 철, 아연등과 같은 비희토류금속을 반응조에 첨가하여 희수되는 희토류금속과의 합금형성을 유도함으로서 반응온도를 낮추는 것이 바람직하다. 예를들면, 철(Fe)은 네오디뮴과 함께 저융점의 공융합금(Fe함량-11.5wt%, 융점-640℃)을 형성하며, 아연(Zn)은 융점이 약 630℃인 공융합금(Zn함량-11.9wt%)을 형성한다.However, it is preferable to lower the reaction temperature by adding non-rare earth metals such as iron and zinc to the reaction tank to induce alloy formation with rare earth metals which are rarely dilute. For example, iron (Fe) together with neodymium forms a low melting eutectic alloy (Fe content -11.5wt%, melting point -640 ° C), and zinc (Zn) has a melting point of about 630 ° C. -11.9 wt%).

따라서 충분한 양의 철을 Nd2O3환원계에 도입한다면, 환원된 금속은 약 640℃에서 액체상을 형성할 것이다.Thus, if a sufficient amount of iron is introduced into the Nd 2 O 3 reduction system, the reduced metal will form a liquid phase at about 640 ° C.

이렇게 형성되는 Nd-Fe 공용합금은 부가적인 철 및 붕소와 함께 직접 합금되는 최적인 Nd2Fe14B 자성상을 갖는 자석으로 제조될 수 있다. (참조 : 유럽특허출원제0,108,474호, 제0,125,752호, 제0,133,758호 및 제110,144,122호)The Nd-Fe common alloy thus formed may be made of a magnet having an optimal Nd 2 Fe 14 B magnetic phase alloyed directly with additional iron and boron. (Reference: European Patent Application Nos. 0,108,474, 0,125,752, 0,133,758 and 110,144,122)

만약에, 환원회수되는 희토류금속의 융점을 낮추기 위해 비희토류금속을 첨가하되, 이렇게 첨가된 비희토류금속을 환원희토류금속과 함께 부유시키고 싶지 않은 경우, 회수되는 희토류금속의 비등점보다 훨씬 낮은 비등점을 갖는 금속을 반응조에 첨가하여 사용할 수 있다.If a non-rare earth metal is added to lower the melting point of the reduced-recovered rare earth metal, but it is not desired to float the added rare earth metal together with the reduced rare earth metal, it has a boiling point much lower than the boiling point of the recovered rare earth metal. A metal can be added to the reactor and used.

즉, 희토류금속이 네오디뮴인 경우, 아연(Zn)을 사용하면 네오디뮴(Nd)의 비등점은 3150℃인데 비하여 아연(Zn)은 907℃이므로 이는 단순증류에 의하여 쉽게 분리될 수 있다.That is, when the rare earth metal is neodymium, when the zinc (Zn) is used, the boiling point of neodymium (Nd) is 3150 ° C., whereas zinc (Zn) is 907 ° C., which can be easily separated by simple distillation.

반응조로 사용될 물질 또는 반응조라이닝체는 용융희토류금속의 부식성에 영향을 받지 않는 물질이어야한다. 일반적으로 이트리아(yttria)로 라이닝된 알루미나 및 질화붕소와 같은 불활성의 내화성물질이 바람직하다. 탄탈륨과 같은 불활성 금속으로 구성된 내화라이닝체 또는 철과 같이 소모성이기는 자나 무해한 금속라이닝체를 사용하는 것도 가능하다. 특히, 환원 RE 금속을 수용한 다음 그와 함께 공융합금을 형성하도록 철금속라이닝체를 사용할 수도 있다.The material to be used as the reactor or the reactor lining material should be a material which is not affected by the corrosiveness of the molten rare earth metal. Generally inert refractory materials such as alumina and boron nitride lined with yttria are preferred. It is also possible to use refractory linings composed of inert metals, such as tantalum, or harmless metals or harmless linings, such as iron. In particular, an iron metal lining body may be used to accommodate the reduced RE metal and then form a eutectic alloy therewith.

본 발명에 따라서, 칼슘금속을 이용하여 희토류금속산화물을 환원시키는 새로운 방법이 제공된다. 본 발명에서는 용융칼슘금속과 RE-산화물을 함께 처리하며 다음 반응을 유도한다.According to the present invention, a novel method of reducing rare earth metal oxides using calcium metal is provided. In the present invention, the molten calcium metal and RE-oxide are treated together to induce the following reaction.

REnOm+mCa→nRE+mCaORE n O m + mCa → nRE + mCaO

만일 반응조에 압력이 가해지지 않는다면, Ca와 NaCl과의 반응에 의하여 형성되는 Na의 과다손실을 피하기위하여 반응온도를 910℃이하로 유지시키는 것이 바람직하다. 반응은 대기압하에서 행하는 것이 바람직하다.If no pressure is applied to the reactor, it is preferable to keep the reaction temperature below 910 ° C. to avoid excessive loss of Na formed by the reaction between Ca and NaCl. It is preferable to perform reaction under atmospheric pressure.

가장 바람직한 조작 온도범위는 약 650-750℃이다.The most preferred operating temperature range is about 650-750 ° C.

Nd-Fe 공융혼합물 및 Nd-Zn 공융혼합물의 융점은 700℃이하므로, 상기 온도범위는 Nd2O3를 Nd 금속으로 환원시키기에 적합한 것이다. 더우기, 약 700℃에서 염욕내의 Ca 금속의 용해도는 약 1.3분자퍼센트이며, 이는 RE-산화물을 RE 금속으로 신속히 환원시키기에 충분한 것이다.Since the melting point of the Nd-Fe eutectic mixture and the Nd-Zn eutectic mixture is 700 ° C. or lower, the temperature range is suitable for reducing Nd 2 O 3 to Nd metal. Moreover, the solubility of Ca metal in the salt bath at about 700 ° C. is about 1.3 molecular percent, which is sufficient to rapidly reduce RE-oxides to RE metals.

환원 RE 금속을 양호하게 분리하는 것이 요구되는 경우, 반응온도는 환원 RE 금속의 융점(또는 RE 금속이 다른 금속과 합금되었거나 공동환원된 경우에는 그 합금의 융점)보다 더 높은 온도이어야 한다. 상대적으로 무거운 RE 금속 또는 합금 용융물은 반응조 저부에 수집되며, 이는 쉽게 분리되고 고체화 될 수 있다.If good separation of the reduced RE metal is desired, the reaction temperature should be higher than the melting point of the reduced RE metal (or the melting point of the alloy if the RE metal is alloyed or co-reduced with another metal). Relatively heavy RE metal or alloy melt is collected at the bottom of the reactor, which can be easily separated and solidified.

다음 도표 1에는 본 발명에서 사용되는 화합물 및 원소들의 분자량(m.w.), 밀도(μ) (특별한 표시가 없는 것은 25℃에서의 밀도(g/cc)를 의미하며, *표한 것은 1000°K에서의 밀도를 의미함.) 융점(M.P.) 및 비등점(B.P.)이 표시되어 있다.Table 1 shows the molecular weight (mw) and density (μ) of the compounds and elements used in the present invention (there is no special indication means the density at 25 ℃ (g / cc), * indicates that at 1000 ° K) Mean density.) Melting point (MP) and boiling point (BP) are indicated.

[표 1]TABLE 1

Figure kpo00001
Figure kpo00001

이하에서 도면 및 실시예들과 함께 본 발명을 좀 더 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings and embodiments.

제1도는 하기할 실시예들에서 사용된, 본 발명의 공정수행에 적합한 장치를 단면도로서 도시한 것이다.1 shows, in cross section, a device suitable for carrying out the process of the invention, used in the following examples.

모든 실험은 내부직경이 12.7cm이고, 깊이가 54.6cm이며 박스플랜지 4가 볼트6에 체결된 로정(furnace well) 20내에서 행하여졌다. 실험동안 박스내의 기권은 산소, 질소 및 수분함량이 1ppm이하인 헬륨기권으로 유지시켰다.All experiments were performed in furnace wells 20 with an inner diameter of 12.7 cm, a depth of 54.6 cm and a box flange 4 fastened to the bolt 6. During the experiment, the air bubbles in the box were kept in a helium air field containing 1 ppm or less of oxygen, nitrogen and water.

각각의 내부직경이 13.3cm이고 총길이가 45.7cm인 3개의 관형 전지 크램쉘 가열기 8, 10 및 12을 사용하여 로들 가열하였다.The furnace was heated using three tubular cell clamshell heaters 8, 10 and 12, each with an inner diameter of 13.3 cm and a total length of 45.7 cm.

로정 20의 측부와 저부는 내화절연체 14로 둘러싸서 보호하였다.The sides and bottom of furnace 20 were protected by a fireproof insulator 14.

로정 20의 외벽 16에 그 길이를 따라 여러위치에서 열전대 15를 설치하였다. 중앙부에 위치한 열전대중 하나를 온도조절기(도시않음)에 연결사용하여 중심부의 크램쉘 가열기 10의 자동조절을 가능하게 하였다. 다른 세개의 열전대는 디지탈 온도판독계기에 연결되었으며, 상부 및 저부 가열기 8과 12는 수동온도 조절기에 연결하여 로 전체를 통하여 거의 균일한 온도가 유지되도록 하였다.Thermocouples 15 were installed on the outer wall 16 of furnace 20 at various locations along its length. One of the central thermocouples was connected to a thermostat (not shown) to enable automatic regulation of the clamshell heater 10 in the center. The other three thermocouples were connected to a digital temperature reading meter, and the top and bottom heaters 8 and 12 were connected to manual thermostats to maintain a nearly uniform temperature throughout the furnace.

환원반응은, 스테인리스스틸 로정 20내에 수용된, 스테인리스 스틸도가니 18(외부직경-10.2cm, 깊이-12.7cm, 두께-0.15cm)내의 반응조 22안에서 행하여졌다. 반응조 22는, 각 실시예에서 특별히 언급되지 않는한, 탄탈륨금속으로 구성된 것이다.The reduction reaction was carried out in a reaction tank 22 in a stainless steel crucible 18 (outer diameter -10.2 cm, depth -12.7 cm, thickness -0.15 cm) contained in a stainless steel furnace 20. Reactor 22 is made of tantalum metal, unless specifically mentioned in each example.

반응 진행동안 용융물의 교반을 위하여 탄탈륨교반기 24를 사용하였다. 이 교반기는 축 길이가 48.32cm미여 끝에는 교반날 26이 부착된 것이다. 이 교반기 24는 1분간 최대회전속도가 700회전인 변속 모우더 28(100W)에 의하여 작동된다. 모우더 28은, 반응조 22내에서의 교반날의 깊이를 조절할 수 있도록, 브래킷트 30위에 설치된다. 구동측은 환상의 지지브래킷트 34에 지지된 부싱 32내에 저어널되어 있다. 브래킷트 34는 볼트 37에 의하여 로정 22에 고정된 칼라 35에 의하여 유지된다. 로정 20의 상주 위치에는 냉각수 코일 36을 장치하여 응측을 촉진함으로서 휘발성 반응 성분이 반응계 밖으로 빠져나가는 것을 방지토록 하였다. 로정 20내에 스테인리스스틸 베플(baffle) 38들을 설치하여 Na 증기의 환류에 이용하였다. 환류 생성물은 저부베플에 설치된 관 40을 통해 반응조로 떨어진다.Tantalum agitator 24 was used for stirring the melt during the reaction. This stirrer has a shaft length of 48.32 cm and is attached with a stirring blade 26 at the end. The stirrer 24 is operated by a shifting mode 28 (100W) having a maximum rotational speed of 700 revolutions for 1 minute. The moder 28 is installed on the bracket 30 so that the depth of the stirring blade in the reactor 22 can be adjusted. The drive side is journaled in a bushing 32 supported by an annular support bracket 34. The bracket 34 is held by a collar 35 which is secured to the row 22 by bolts 37. The cooling water coil 36 was installed at the resident position of the furnace 20 to promote the condensation to prevent the volatile reaction components from escaping out of the reaction system. Stainless steel baffles 38 were installed in the furnace 20 and used to reflux Na vapor. The reflux product falls into the reactor through tube 40 installed in the bottom baffle.

반응이 완료되고 교반을 중단하면, 로 내의 성분들은 저부의 RE 금속용융층 43, 중간부의 RE-옥시클로라이드 및 칼슘/나트륨클로라이드 염욕층 44, 상부의 미반응 칼슘층 45으로서 분리된다.When the reaction is complete and stirring is stopped, the components in the furnace are separated as bottom RE metal melt layer 43, middle RE-oxychloride and calcium / sodium chloride salt bath layer 44, and top unreacted calcium layer 45.

제2도는 본 발명에 따라 Nd2O3를 환원시켜 Nd 금속을 산출하는 이상적인 공정개요도이다. 이를 설명하면 다음과 같다.FIG. 2 is an ideal process overview for reducing Nd 2 O 3 to yield Nd metal in accordance with the present invention. This is described as follows.

염화칼슘과 염화나트륨의 양에 따라 적당한 비율로서 산화네오디뮴(Nd2O3)을 반응조에 첨가한다. 그리고 칼슘금속 및 Nd-공용합금을 형성하기에 충분한 양의 공융합금형성금속(철 또는 아연등)을 부가한다.Neodymium oxide (Nd 2 O 3 ) is added to the reactor in an appropriate ratio depending on the amount of calcium chloride and sodium chloride. Then, an amount of eutectic alloy forming metal (iron or zinc, etc.) sufficient to form calcium metal and Nd-common alloy is added.

반응혼합물을 약 300 내지 700RPM의 속도로 급속 교반하면서 약 700℃에서 최소한 한시간 이상 반응을 진행시킨다. 바람직하게는, 반응조내의 기권은 헬륨과 같은 불활성 기체의 기권으로 유지시킨다. 반응이 종결되어 Nd2O3가 환원되고 나면, 약 100RPM의 속도로 수분내지 1시간동안 교반을 계속하고 난후 반응조를 가만히 방치하여 액체상 혼합물이 성층분리되도록 한다.The reaction mixture is rapidly stirred at a speed of about 300 to 700 RPM at about 700 ° C. for at least one hour. Preferably, the air space in the reactor is maintained by air of an inert gas such as helium. After the reaction was terminated and Nd 2 O 3 was reduced, stirring was continued at a rate of about 100 RPM for 1 hour, and then the reactor was left to stand to allow the liquid phase mixture to stratify.

환원 Nd-공융합금은 그 밀도가 가장 크므로 용기의 저부에 수집된다. 그리고 잔류 염류 및 미반응 칼슘은 공유합금층 상부에 수집되는데, 반응조가 냉각되어 고형화되면 쉽게 분리제거된다.The reduced Nd-eutectic alloy has the highest density and is collected at the bottom of the vessel. Residual salts and unreacted calcium are collected on the top of the co-alloy layer, which is easily separated and removed when the reactor is cooled and solidified.

산출된 Nd-공융금속합금은 다른 성분 요소와 함께 합금되어 영구자석 조성물로서 제조될 수 있다. 이러한 자석 합금류는 멜트-스피닝(melt-spinning)에 의하여 처리될 수도 있고 또는 곱게 빻아져서 분말 야금학적으로 처리되어 자석으로 제조될 수도 있다.The resulting Nd- eutectic metal alloy can be alloyed with other component elements to produce a permanent magnet composition. Such magnetic alloys may be processed by melt-spinning or may be finely ground to be powder metallurgically processed to produce magnets.

[실시예 1]Example 1

순도 99%의 네오디뮴(Nd) 금속덩어리 265g과 순도 99.9%의 아연(Zn) 금속 덩어리 50g을 란탈을 반응조에 넣고 근사공융합금 315g을 제조하였다. 이때 반응조를 로내에서 800℃로 가열하여 Nd와 Zn의 합금을 행하였다.265 g of neodymium (Nd) metal mass of 99% purity and 50 g of zinc (Zn) metal mass of 99.9% purity were placed in a reaction bath to prepare 315 g of an approximate eutectic alloy. At this time, the reactor was heated at 800 ° C. in the furnace to alloy Nd and Zn.

로 온도(furnace tempernature)을 720℃로 낮추고 반응조에 150g의 염화나트륨(NaCl) 및 350g의 염화칼슘(CaCl2)을 가하여 70wt%의 CaCl2를 함유하는 염욕을 형성하였다.Furnace temperature (furnace tempernature) was lowered to 720 ℃ and 150g of sodium chloride (NaCl) and 350g of calcium chloride (CaCl 2 ) was added to the reactor to form a salt bath containing 70wt% CaCl 2 .

234g(0.7몰)의 산화네오디뮴(Nd2O3)와 104g(2.6몰)의 칼슘금속을 가하고 혼합물을 300RPM외 속도로 2시간 동안 교반한 다음 교반속도를 60RPM으로 낮추어 1시간 동안 더 교반하였다. 반응조를 로에서 꺼내어 냉각시켰다.234 g (0.7 mole) of neodymium oxide (Nd 2 O 3 ) and 104 g (2.6 mole) of calcium metal were added, and the mixture was stirred at a rate other than 300 RPM for 2 hours, and then the stirring rate was lowered to 60 RPM and further stirred for 1 hour. The reactor was removed from the furnace and cooled.

반응조 저부에 수집된 Nd-Zn 공융합금을 증류시켜서 순도 99%이상의 네오디뮴(Nd)금속 189g(최초 첨가된 265g의 Nd 금속은 제외)을 회수하였다. 산화물로부터 Nd 금속의 수율은 약 94% 있다.The Nd-Zn eutectic alloy collected at the bottom of the reactor was distilled to recover 189 g of neodymium (Nd) metal having a purity of 99% or more (excluding the first added 265 g of Nd metal). The yield of Nd metal from the oxide is about 94%.

[실시예 2]Example 2

순도 99%의 네오디뮴(Nd) 금속덩어리 350g과 고순도의 전해철(Fe) 64g을 강철 반응조에 가하고 이 반응조를 로정에 넣은후 800℃로 가열하여 414g의 근사용융합금을 형성하였다.350g of neodymium (Nd) metal mass of 99% purity and 64g of high purity electrolytic iron (Fe) were added to a steel reactor, and the reactor was put into a furnace and heated to 800 ° C to form 414g of a near-fusion alloy.

로의 온도를 약 720℃로 낮추고 반응조에 300g의 염화나트륨(NaCl)과 700g의 염화칼슘(CaCl2)를 가하여 염화칼슘 함량 70wt%의 염욕을 형성하였다. 117g(0.35몰)의 산화 네오디뮴(Nd2O3)와 46g(1.15몰)의 칼슘(Ca) 금속 및 10.8g(0.47몰)의 나트륨(Na)을 가하고 혼합물을 300RPM의 속도로 135분간 교반한 다음 재빨리 117g의 Nd2O3와 46g의 Ca 및 10.8g의 Na를 부가적으로 가한 다음 혼합물을 300RPM으로 속도로 114분간 교반하고, 이어 60RPM의 속도로 1시간 동안 더 교반하였다.The furnace temperature was lowered to about 720 ° C. and 300 g of sodium chloride (NaCl) and 700 g of calcium chloride (CaCl 2 ) were added to the reactor to form a salt bath having a calcium chloride content of 70 wt%. 117 g (0.35 mole) of neodymium oxide (Nd 2 O 3 ) and 46 g (1.15 mole) of calcium (Ca) metal and 10.8 g (0.47 mole) of sodium (Na) were added and the mixture was stirred for 135 minutes at a speed of 300 RPM. Then quickly 117 g of Nd 2 O 3 and 46 g of Ca and 10.8 g of Na were additionally added, and then the mixture was stirred at 300 RPM for 114 minutes, followed by further stirring at 60 RPM for 1 hour.

반응조를 로에서 꺼내어 냉각시켰다. 미반응 Na-Ca층은 염층 상부에 형성되어 있다.The reactor was removed from the furnace and cooled. An unreacted Na-Ca layer is formed on top of the salt layer.

순도 97%이상인 Nd-Fe 합금 594g이 회수되었다.594 g of an Nd-Fe alloy having a purity of 97% or higher was recovered.

이 합금은 회수된 상태에서 직접부가적인 철 및 붕소와 함께 합금되어 영구자석 제조에 적합한 이상적인 Nd-Fe-B 합금으로 제조될 수도 있다.This alloy may be alloyed with the additional additive iron and boron in the recovered state to form an ideal Nd-Fe-B alloy suitable for permanent magnet production.

결과적으로 순도 99% 이상의 Nd 금속 180g이 환원 회수되었다.As a result, 180 g of Nd metal having a purity of 99% or more was recovered.

본 실시예로부터 칼슘 및 나트륨 용융물이 용제조(염욕)내에서 희토류 산화물을 환원시킴을 알 수 있다.It can be seen from this example that the calcium and sodium melts reduce the rare earth oxides in the solvent bath (salt bath).

[실시예 3-5]Example 3-5

첨가되는 염화나트륨(NaCl), 염화칼슘(CaCl2) 및 칼슘(Ca)의 양을 변화시키고 교반을 처음에 300RPM으로 4시간 행한후 이어 60RPM으로 1시간 동안 행하는 것을 제외하고 앞서 기술한 실시예 1에서의 공정과 동일하게 반응을 행하였다.In Example 1 described above, the amount of sodium chloride (NaCl), calcium chloride (CaCl 2 ) and calcium (Ca) added was changed and stirring was first performed at 300 RPM for 4 hours and then at 60 RPM for 1 hour. Reaction was performed similarly to a process.

그 결과가 다음 도표 2에 기술되어 있다.The results are shown in Table 2 below.

[표 2]TABLE 2

Figure kpo00002
Figure kpo00002

* 실시예 3에서는 117g의 Nd2O3를 사용하였음.* Example 3 used 117 g of Nd 2 O 3 .

도표2에서 알 수 있듯이, 염욕의 구성이 65.5wt% CaCl2및 34.5wt% NaCl인 경우, 수율은 65.2%정도로 낮게 된다.As can be seen from Table 2, when the composition of the salt bath is 65.5wt% CaCl 2 and 34.5wt% NaCl, the yield is as low as 65.2%.

그러나 염욕의 구성에서 CaCl2의 농도를 70wt%이상으로 높이면 Nd 수율이 85%이상, 대개는 95%이상으로 된다.However, when the concentration of CaCl 2 in the composition of the salt bath is higher than 70wt%, the Nd yield is more than 85%, usually 95% or more.

제3도는 산화네오디뮴(Nd2O3)로부터 환원산출되는 네오디뮴(Nd) 금속의 수율을 NaCl-CaCl2염욕내의 CaCl2농도 함수로서 표시한 그래프이다. 본 그래프에서 할 수 있듯이, 고수율이 환원 Nd 금속을 산출하기 위하여는 NaCl-CaCl2염욕내의 CaCl2농도를 70wt%이상으로 유지시켜야 한다.3 is a graph showing the yield of neodymium (Nd) metal reduced from neodymium oxide (Nd 2 O 3 ) as a function of CaCl 2 concentration in NaCl-CaCl 2 salt bath. As can be seen from the graph, in order to yield high yielding reduced Nd metal, CaCl 2 concentration in NaCl-CaCl 2 salt bath should be maintained above 70wt%.

한편, RE-산화물 분산을 위한 적당한 융재 제공을 위해서는 염욕과 RE-산화물의 부피비를 최소한 2 : 1이상으로 하는 것이 바람직하다.On the other hand, in order to provide a suitable melt for the dispersion of RE-oxides, it is preferable that the volume ratio of the salt bath and the RE-oxide is at least 2: 1.

염욕과 RE-산화물의 부피비가 증가할 수록 동일시간에 대하여 유사한 수율을 얻기 위한 교반속도는 감소한다.As the volume ratio of the salt bath and the RE-oxide increases, the stirring speed for obtaining a similar yield for the same time decreases.

상기 실시예 1에서 환원산출된 Nd 금속은 진공증류에 의하여 Zn을 분리제거함으로서 회수될 수 있다. 결과의 금속을 분석한 결과 0.4%의 알루미늄, 0.1%의 실리콘, 0.01%의 칼슘 및 극소량의 아연, 마그네슘과 철 오염물만을 포함하는 순도 99%이상의 고순도 Nd 금속임이 확인되었다.The Nd metal reduced in Example 1 may be recovered by separating and removing Zn by vacuum distillation. Analysis of the resulting metals confirmed that it was a high purity Nd metal with a purity of 99% or more, containing only 0.4% aluminum, 0.1% silicon, 0.01% calcium and very small amounts of zinc, magnesium and iron contaminants.

산출된 Nd 금속은 진공로내에서 전해철 및 페로보론과 함께 용융되어 Nd0.15B0.05Fe0.80의 조성을 갖는 영구자석용 합금으로 제조될 수 있다. 그리고 본 합금은 유럽특허출원 제0108474호에 기술된 방법에 따라 약 10메가가우스에르스렛의 보자력을 갖는 미세결정성 리본으로 제조될 수 있다.The calculated Nd metal may be melted together with electrolytic iron and ferroboron in a vacuum furnace to prepare an alloy for permanent magnets having a composition of Nd 0.15 B 0.05 Fe 0.80 . The alloy can then be made of a microcrystalline ribbon having a coercive force of about 10 megaussulelet according to the method described in EP 0108474.

비록 실시예에서는 Nd2O3에 대하여 본 발명의 공정을 설명하였으나, 다른 단일 희토류산화물 및 희토류산화물의 혼합물 환원에도 본 공정은 동일하게 적용될 수 있다. 이것은 CaO가 어떠한 희토류원소의 산화물보다도 더욱 안정한 화합물이라는 사실로부터 쉽게 알 수 있다.Although the examples have described the process of the present invention with respect to Nd 2 O 3 , the process can be equally applicable to other single rare earth oxides and mixture reductions of rare earth oxides. This can be easily seen from the fact that CaO is a more stable compound than the oxide of any rare earth element.

비록 본 발명이 속하는 분야에서 RE-산화물과 CaO의 상태적인 자유 에너지 측정이 이미 알려졌으나, RE-산화물이 비전해, 액상공정으로서 Ca 금속에 의해 환원될 수 있음은 밝혀진바 없다.Although state-of-the-art free energy measurements of RE-oxides and CaO are already known in the art, it has not been found that RE-oxides can be reduced by Ca metal as an electroless, liquid phase process.

경우에 따라서는, 본 발명의 공정에 의해 Fe나 Co와 같은 전이금속의 산화물이 RE-산화물과 함께 공동환원될 수도 있다.In some cases, oxides of transition metals such as Fe or Co may be co-reduced together with the RE-oxides by the process of the present invention.

Claims (12)

희토류 산화물을 희토류금속을 환원시키는 비전해 환원공정에 있어서, 주성분이 염화칼슘(CaCl2)인 용융 염욕을 합성하고 ; 상기 염욕보다 적은부피의 희토류산화물을 상기 염욕에 첨가분산시키고 ; 상기 희토류 산화물보다 화학량론적으로 과량인 칼슘금속을 상기 염욕에 부가한 다음 상기 염욕을 용융상태로 유지하면서 교반시켜 ; 다음 반응식에 따라 산화물을 금속으로 환원시킴을 특징으로 하는 희토류 산화물의 비전해 환원공정In a non-electrolytic reduction step of reducing rare earth oxides to rare earth metals, a molten salt bath whose main component is calcium chloride (CaCl 2 ) is synthesized; Dispersing less volume of rare earth oxides in the salt bath than in the salt bath; Adding a stoichiometric excess of calcium metal to the salt bath and stirring the salt bath while maintaining a molten state; Electroless reduction process of rare earth oxides, characterized in that the oxides are reduced to metals according to the following scheme REnOm+mCa→nRE+mCaORE n O m + mCa → nRE + mCaO 단, 식중 RE는 원자가가 2, 3 또는 4인 희토류원소류를 의미하고, O는 산소를 의미하며, Ca는 칼슘을 의미하고, CaO는 산화칼슘을 의미하며, n 및 m은 희토류원소의 산화상태에 따라 정해지는 정수로서 희토류원소의 원자가에 n을 곱한 수가 산소원자가(2)에 m을 곱한 수와 같도록 정해진다.In the formula, RE means rare earth elements having valence of 2, 3 or 4, O means oxygen, Ca means calcium, CaO means calcium oxide, n and m are oxidation of rare earth elements. As an integer determined according to the state, the number of times the valence of the rare earth element multiplied by n is determined to be equal to the number of times the oxygen atom (2) times m. 제1항에 있어서, 상기 희토류 산화물은 산화란탄, 산화세륨, 산화프라세오디뮴 및 산호네오디뮴으로 구성되는 그룹에서 선택됨을 특징으로 하는 희토류산화물의 비전해 환원공정.The process of claim 1, wherein the rare earth oxide is selected from the group consisting of lanthanum oxide, cerium oxide, praseodymium oxide, and coral neodymium. 1 또는 2항에 있어서, 상기 희토류산화물은 산화네오디뮴이며 하기식에 따라 네오디뮴금속으로 환원됨을 특징으로 하는 희토류산화물의 비전해 환원공정.The process of claim 1 or 2, wherein the rare earth oxide is neodymium oxide and is reduced to neodymium metal according to the following formula. Nd2O3+3Ca→2Nd+3CaONd 2 O 3 + 3Ca → 2Nd + 3CaO 제1항에 있어서, 최소 70중량%이상의 염화칼슘(CaCl2)을 포함하는 용융 염욕을 형성하고 ; 상기 염욕보다 적은 부피의 희토류산화물을 상기 염욕에 첨가분산시키고 ; 상기 희토류산화물보다 화학량론적으로 과량인 칼슘금속을 상기 염욕에 부가한다음 ; 상기 염욕을 용융상태로 유지하면서 칼슘금속이 희토류금속산화물을 희토류금속으로 환원시킬때까지 교반을 계속한후 ; 교반을 중단하여 염욕내에 희토류금속을 포함한 분리층을 형성시킴 ; 을 특징으로 하는 희토류산화물의 비전해 환원공정.Forming a molten salt bath comprising at least 70% by weight of calcium chloride (CaCl 2 ); Adding and dispersing a rare earth oxide having a smaller volume than the salt bath to the salt bath; Adding a stoichiometric excess of calcium metal to the salt bath; Stirring is continued while calcium metal reduces the rare earth metal oxide to the rare earth metal while maintaining the salt bath in a molten state; Stopping the stirring to form a separation layer containing rare earth metal in the salt bath; Non-electrolytic reduction process of rare earth oxide, characterized in that. 4항에 있어서, 상기 희토류산화물은 산화란탄, 산화세륨, 산화프라세오디뮴 및 산화네오디뮴으로 구성된 그룹에서 선택됨을 특징으로 하는 희토류산화물의 비전해 환원공정.The process of claim 4, wherein the rare earth oxide is selected from the group consisting of lanthanum oxide, cerium oxide, praseodymium oxide, and neodymium oxide. 4항에 있어서, 최소 70중량%이상의 염화칼슘 및 나머지 중량%의 염화나트륨으로 구성되는 용융염욕을 형성하고 ; 상기 염욕에 상기 염욕부피의 50% 이하되는 부피의 산화네오디뮴(Nd2O3)를 첨가하고 ; 상기 산화네오디뮴보다 화학량론적으로 과량의 칼슘금속을 가한 다음 ; 상기 염욕을 용융상태로 유지하면서 본질적인량의 산화네오디뮴이 네오디뮴금속으로 환원될때까지 교반을 계속한 후 ; 구성성분을 용융상태로 유지하면서 교반을 중단하여 염욕내에, 산화네오디뮴이 본질적으로 없는, 환원된 네오디뮴금속을 포함하는 분리층을 형성시킴 ; 을 특징으로 하는 희토류산화물의 비전해 환원공정.Forming a molten salt bath comprising at least 70% by weight of calcium chloride and the remaining weight of sodium chloride; Adding neodymium oxide (Nd 2 O 3 ) in a volume of 50% or less of the volume of the salt bath to the salt bath; Adding excess calcium metal stoichiometrically to said neodymium oxide; Stirring was continued while the salt bath was kept molten until an intrinsic amount of neodymium oxide was reduced to neodymium metal; Stirring was stopped while the components were kept molten to form a separation layer in the salt bath comprising a reduced neodymium metal, essentially free of neodymium oxide; Non-electrolytic reduction process of rare earth oxide, characterized in that. 최소한 70중량%의 염화칼슘 및 30중량%이하의 염화나트륨으로 구성되는 용융염욕을 형성하고 ; 상기 염욕보다 적은 부피의 희토류산화물을 상기 염욕에 첨가시키고 ; 상기 희토류산화물보다 화학량론적으로 과량인 칼슘금속을 상기 염욕에 부가한 다음 ; 상기 염욕을 용융상태로 유지하면서 칼슘금속이 희토류산화물을 희토류금속으로 환원시키도록 교반하고 ; 상기 염욕에 본질적으로 상기 희토류금속의 융점보다 낮은 융점을 갖는 희토류금속/비희토류금속합금을 형성시키기에 충분한 량의 비희토류금속을 첨가시킨후 ; 상기 희토류금속/비희토류금속합금이 상기 염욕내에서 분리층으로 수집되도록 교반을 중단 ; 함을 특징으로 하는 희토류산화물의 비전해 환원공정.Forming a molten salt bath consisting of at least 70 wt% calcium chloride and up to 30 wt% sodium chloride; Less rare earth oxides are added to the salt bath than the salt bath; Adding a stoichiometric excess of calcium metal to the salt bath; Stirring the calcium metal to reduce the rare earth oxide to the rare earth metal while maintaining the salt bath in a molten state; Adding an amount of the non-rare earth metal to the salt bath in an amount sufficient to form a rare earth metal / non-rare earth metal alloy having a melting point substantially lower than that of the rare earth metal; Stopping the agitation so that the rare earth metal / non-rare earth metal alloy is collected into the separation layer in the salt bath; Non-electrolytic reduction process of rare earth oxides characterized in that. 7항에 있어서, 상기 희토류산화물은 산화란탄, 산화세륨, 산화프라세오디뮴 및 산화네오디뮴으로 구성된 그룹에서 선택됨을 특징으로 하는, 희토류산화물의 비전해 환원공정.The process of claim 7, wherein the rare earth oxide is selected from the group consisting of lanthanum oxide, cerium oxide, praseodymium oxide, and neodymium oxide. 7항에 있어서, 상기 희토류산화물은 산화네오디뮴임을 특징으로 하는, 희토류산화물의 비전해 환원공정.8. The process of claim 7, wherein the rare earth oxide is neodymium oxide. 7항 내지 9항중 어느항에 있어서, 상기 비희토류금속이 철(Fe)임을 특징으로 하는, 희토류산화물의 비전해 환원공정.The electroless reduction process of rare earth oxides according to any of claims 7 to 9, wherein the non-rare earth metal is iron (Fe). 7항 내지 9항중 어느항에 있어서, 상기 비희토류금속이 아연(Zn)임을 특징으로 하는, 희토류산화물의 비전해 환원공정.10. The process of any of claims 7 to 9, wherein the non-rare earth metal is zinc (Zn). 1항에 있어서, 최소한 70중량%의 염화칼슘 및 나머지 %의 염화나트륨으로 구성되는 염욕을 형성하고 ; 상기 염욕에 상기 염욕부피의 50% 이하되는 부피의 희토류산화물을 첨가하고 ; 상기 희토류산화물을 환원시키기에 충분한 량의 칼슘금속을 상기 염욕에 가한 다음 ; 상기 염욕을 용융상태로 유지하면서 칼슘금속이 희토류금속산화물을 희토류금속으로 환원시킬때까지 교반한후 ; 구성성분을 용융상태로 유지하면서 교반을 중단하여 염욕내에 환원된 희토류금속을 포함한 분리층을 형성시킴을 특징으로 하는 희토류산화물의 비전해 환원공정.Forming a salt bath consisting of at least 70% by weight calcium chloride and the remainder of sodium chloride; Adding a rare earth oxide having a volume of 50% or less of the volume of the salt bath to the salt bath; Adding a sufficient amount of calcium metal to the salt bath to reduce the rare earth oxide; Stirring the calcium metal until the rare earth metal oxide is reduced to the rare earth metal while maintaining the salt bath in a molten state; Non-electrolytic reduction process of rare earth oxides, characterized in that the stirring is stopped while maintaining the components in a molten state to form a separation layer containing the reduced rare earth metal in the salt bath.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102153737B1 (en) * 2019-12-12 2020-09-09 한국지질자원연구원 Method of recovery rare earth elements from a ferrite-rare earth-based permanent magnet using selective chlorination

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4578242A (en) * 1984-07-03 1986-03-25 General Motors Corporation Metallothermic reduction of rare earth oxides
US4680055A (en) * 1986-03-18 1987-07-14 General Motors Corporation Metallothermic reduction of rare earth chlorides
US4837109A (en) * 1986-07-21 1989-06-06 Hitachi Metals, Ltd. Method of producing neodymium-iron-boron permanent magnet
AT389899B (en) * 1986-08-19 1990-02-12 Treibacher Chemische Werke Ag METHOD FOR THE PRODUCTION OF SE METALS AND ALLOYS CONTAINING SE
JPH01138119A (en) * 1987-11-24 1989-05-31 Mitsubishi Metal Corp Recovery of samarium and europium from electrolytic slag of rare-earth element
DE3817553A1 (en) * 1988-05-24 1989-11-30 Leybold Ag METHOD FOR PRODUCING TITANIUM AND ZIRCONIUM
US4917724A (en) * 1988-10-11 1990-04-17 General Motors Corporation Method of decalcifying rare earth metals formed by the reduction-diffusion process
KR100373109B1 (en) * 1999-09-30 2003-02-25 해 남 현 Extraction method of soil exchangeable K with salt solution and analytical method of the K in the solution
JP2004052003A (en) * 2002-07-16 2004-02-19 Cabot Supermetal Kk Method and apparatus for producing niobium powder or tantalum powder
RU2405045C2 (en) * 2008-05-12 2010-11-27 Анатолий Евгеньевич Волков Method of autoclave production of chemically active materials and device to this end
AU2011205326B2 (en) * 2010-01-12 2015-08-20 Sylvan Source, Inc. Heat transfer interface
CN103436718B (en) * 2013-08-16 2015-06-17 宁夏东方钽业股份有限公司 High-purity lanthanum metal preparation method
KR20210012013A (en) 2018-05-30 2021-02-02 헬라 노벨 메탈스 엘엘씨 Method for producing fine metal powder from metal compound

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB190923215A (en) * 1909-10-11 1910-09-29 Hans Kuzel Process for the Production of Zirconium and other Rare Metals.
US2950962A (en) * 1957-03-28 1960-08-30 Carlson Oscar Norman Reduction of fluoride to metal
GB1040468A (en) * 1964-10-26 1966-08-24 Dow Chemical Co Preparation of rare earth metal, yttrium, or scandium
GB1579978A (en) * 1977-07-05 1980-11-26 Johnson Matthey Co Ltd Production of yttrium
SU1027232A1 (en) * 1982-01-15 1983-07-07 Научно-исследовательский институт металлургии Method for producing master alloy
EP0108474B2 (en) * 1982-09-03 1995-06-21 General Motors Corporation RE-TM-B alloys, method for their production and permanent magnets containing such alloys
JPS59177346A (en) * 1983-03-25 1984-10-08 Sumitomo Special Metals Co Ltd Alloy of rare earth metal for magnet material
JPS6077943A (en) * 1983-10-03 1985-05-02 Sumitomo Special Metals Co Ltd Manufacture of raw material alloy for rare earth magnet
US4578242A (en) * 1984-07-03 1986-03-25 General Motors Corporation Metallothermic reduction of rare earth oxides

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102153737B1 (en) * 2019-12-12 2020-09-09 한국지질자원연구원 Method of recovery rare earth elements from a ferrite-rare earth-based permanent magnet using selective chlorination

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