TW201910557A - 電解生產活性金屬 - Google Patents

Abstract

一種用於電解生產活性金屬的方法和系統。該方法包括提供熔融氧化物電解槽，其包括容器、陽極和集電器，並在容器內設置熔融氧化物電解質並與陽極和集電器離子導電接觸。電解質包括至少一種鹼土金屬氧化物和至少一種稀土氧化物的混合物。該方法還包括將具有至少一種目標金屬物質的金屬氧化物原料添加至熔融氧化物電解質中並在陽極和集電器之間施加電流，還原目標金屬物質而在容器中形成至少一種熔融目標金屬。

Description

電解生產活性金屬

本發明一般涉及的電解生產金屬，更具體地說，涉及特定電解質的使用以及電解生產相對高活性金屬的製程條件。

熔融氧化電解（MOE）是一種從金屬氧化物原料中產生熔融金屬的方法。MOE要求將固體氧化物的進料在熔融電解質中溶解並將金屬氧化物還原成目標金屬。圖1中示出處理MOE製程的裝置。

圖1示出與熔融氧化物電解質電接觸的陽極，金屬氧化物溶解於該陽極中。示出的實施例中，電解槽的殼為導電並且與集電棒電接觸。然而，殼不需要是可導電的，且集電棒可接觸下述的熔融金屬。電流通過陽極和集電棒之間而還原金屬氧化物的金屬物質，並產生被收集在槽底板上的熔融金屬產物。該熔融金屬產物形成”液態陰極”。電解反應也使該些氧化離子在碳陽極處形成一氧化碳。電流還引起電阻加熱，其提供還原的過量焓且平衡來自槽的熱流。保護MOE槽殼的冷凍電解質側壁，其容納腐蝕性電解混合物。

已經演示出MOE可用於許多的相對低活性金屬和一種相對高活性的金屬，鈦。然而，習知的MOE製程和習知的熔融氧化物電解質通常不適用於回收相對高活性的金屬，例如稀土金屬。已示出使用氟化物或氯化物熔體的電解質從氧化物、氟化物或氯化物中提取活性金屬，可以生產相對高活性的金屬。

在自然界中，稀土金屬會一起出現，因此第一步須進行分離。該分離步驟產生稀土金屬伴隨純氧化物或特定氧化物混合，然後將其提取以形成金屬或合金。習知的萃取方法中，這些氧化物通常轉化為氟化物或氯化物，然後將這些化合物還原成金屬。藉由氧化物與碳和氟（或氯氣）的反應來完成該轉化步驟。該步驟的副產物包括全氟碳化合物（PFCs）、戴奧辛和呋喃。

生產稀土金屬或合金後的下一步是鈣熱還原或氟氧化物電解。在鈣熱還原中，稀土氟化物或氯化物被鈣金屬還原，分別產生氟化鈣或氯化鈣。此步驟很簡單，但生產鈣金屬是屬於能源密集型，涉及更多步驟、昂貴的資本設備和有害的排放物。

在氟氧化物電解中，將稀土氧化物（有時具有稀土氟化物）溶解在熔鹽中，例如氟化鋰。電流從碳陽極到金屬陰極通過該混合物而產生稀土金屬和一氧化碳。然而，同樣地，產生大量全氟碳化合物和氫氟酸的副產物，需要昂貴的氣體來處理控制排放。

在本發明的一個方面，揭示一種用於電解生產活性金屬的方法和系統。

在本發明的另一方面，一種方法包括提供熔融氧化物電解槽，該熔融氧化物電解槽包括容器、陽極和集電器，並將熔融氧化物電解質設置在容器內並且與陽極和集電器離子導電接觸。電解質包含至少一種鹼土金屬氧化物和至少一種稀土氧化物的混合物。該方法還包括將包含至少一種目標金屬物質的金屬氧化物原料添加至熔融氧化物電解質中，並在陽極和集電器之間施加電流，使目標金屬物質還原，而在容器中形成至少一種熔融目標金屬。該方法進一步包括從容器中移除至少一部份的熔融目標金屬。

在本發明的另一方面，一種方法包括提供熔融氧化物電解槽，熔融氧化物電解槽包括容器、陽極和集電器，並將熔融氧化物電解質設置在容器內並與陽極和集電器離子導電接觸。電解質包含約30％至50％的氧化鈹、0％至約85％的氧化鑭、0％至約85％的氧化鈰，剩餘為氧化鈣。該方法還包括將由鈦、鋯和鉿的氧化物中的至少一種的金屬物質原料提供到熔融的氧化物電解質中並在陽極和集電器之間施加電流，使金屬物質還原而在容器中形成至少一種熔化的目標金屬。該方法還包括從容器中除去至少一部分的熔融目標金屬。

在本發明的又一方面，金屬物質原料以約5％至約25％的量提供到熔融氧化物電解質中。

在本發明的另一方面，目標金屬包括合金，該合金包含目標金屬和鈦、鋯和鉿中的至少一種以及鐵、銅、鎳、鋁、鋯和鈦中的至少一種。

本文描述的任何方面和實施例可與本文所述任何其他方面和實施方案組合。

從以下詳細描述中，利用圖示揭示和描述了本發明的實施例，而這些和其他特徵將變得顯而易見。

本發明的優選實施例包括電解生產相對高活性金屬的方法和系統。如本文所使用的，相對高活性金屬是那些在氧化物自由能圖（Ellingham diagram）中比矽更高活性（對氧具有更高親和力）的金屬，而相對低活性金屬是那些比矽活性更低的金屬，意即具有比在400℃消耗約180kJ / mol O₂ 的負值更多的氧化吉布斯自由能，且溫度每高1℃該負值則少消耗約45kJ / mol O₂ 。如上所述，習知MOE程序和電解質通常不適合與相對高活性的金屬一起使用。隨著目標金屬的活性光譜從低到高，可用於產生支持電解質的氧化物組也逐漸變少，因為在一些實施例中，在氧化狀態下的支持電解質應比目標金屬更穩定。對於金屬鈦和鋯來說，氧化鈣-氧化鈹足夠穩定。然而，為了生產鈹或稀土，需要相對更穩定的支持電解質。將用於生產鈹或稀土的相同類型的高穩定性電解質來代替氧化鈣-氧化鈹，有利於生產其它相對高活性的金屬（例如鈦和鋯）。如此可降低有關於使用氧化鈣-氧化鈹的營運成本和健康安全問題。

在本發明的說明性實施例中，用於相對高活性金屬的MOE生產的一族電解質包括AO-ROx混合物，其中AO是一種以上的鹼土金屬氧化物（氧化鈹、氧化鈣、氧化美、氧化鍶和氧化鋇）。ROx是一種以上的稀土氧化物（鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩和鐿的氧化物）。選擇電解質混合物中包含的氧化物比例使其能夠匹配藉由MOE提取目標金屬所需的物理和化學性質。物理性質包括電解質的密度小於目標金屬（或目標合金，當目標金屬被還原成主體合金時）。在一些實施例中，密度差值至少約為0.2g / cm³ ，但是其他差值亦落在本發明的範圍內，差值越大越有利。此外，在一些實施例中，電解質應具有主要離子傳導性：電子轉移數應大到足夠提供經濟上可行的電流效率。在一些實施例中，在槽的操作溫度下電解質處於熔融狀態，而其中目標金屬物質並沒有熔化（冷凍電解質的部分除外，如下所述）。

在一些實施例中，電解質還使非目標組成的化學活性保持足夠低，使得目標金屬的提取具有可接受水平的其他元素的共同沉積。對於像鈦這樣的低附加價值金屬，其他元素的可接受水平非常低，而對於像鏑這樣的高附加價值金屬，在提取製程中容易地容许大量的某些元素如鈣， 之後再藉由蒸餾除去。提取至主體合金中將進一步改變反應的選擇性，並且也可能需要在MOE槽中維持分層的密度。在MOE槽中維持分層的密度，而目標金屬位於最低層，使得目標金屬與生產製程中產生的氧氣之間的接觸減少。這逐漸減少了金屬和氧之間的逆反應，否則會形成目標金屬的氧化物並降低操作效率。有時主體合金將製造本身具商業重要性的母合金（例如，銅-鈹、鎳-鈹、鋁-鈹、鋯-鈹、銅-鐵-鈹、鐵-釹和鐵-鏑）， 而其他時候，主體是分離的中間狀態（例如，鈣-鏑和鐵-鏑），接著使用其他分離技術（例如蒸餾）處理合金。

在一個以上的實施例中，維持冷凍電解質側壁以防止熔融電解質對容器的化學侵蝕。冷凍側壁的組成將由電解質的組成以及相關的相圖來決定。在某些情況下，例如，使用稀土有利於在電解質中將目標金屬的氧化物保持在飽和狀態。在該情況下，主要由目標金屬的氧化物組成冷凍側架。在其他情況下，有利於保持不同的主要相（例如氧化鈣）或化合物（例如鈦酸鈣）。雖然溶質濃度遠低於飽和度時電流效率更高，但某些實施方法具有飽和的解決方案而獲得以效率為代價的高純度。

可選地，在氧化物混合物中加入少量的氟化物（約少於5％）以降低其熔點，而不會對生產金屬製程的化學性質造成影響或引入不希望的環境變因。將氟化物保持在約5％的水平以下，目標金屬的電解質和熔化金屬氧化物仍然表現為氧化物熔體而不是氟氧化物錯合物。除非另有說明或在上下文中具有顯而易見的用法，否則本文使用的百分比是指重量百分比。

一個以上的實施例中，溶劑含有鈹、鈣、鎂、鍶和鋇中兩種以上的氧化物之混合物。

圖4是根據本發明的一個方面的操作熔融氧化物電解槽的製程400概述。該方法包括將選定的電解質混合物提供給MOE槽的坩堝（步驟405）並對混合物施加熱量以液化至少一部分混合物（步驟410）。可藉由本領域已知的任何方式施加熱量，包括但不限於坩堝壁中或與坩堝壁接觸的外部加熱器和/或通過混合物本身的電阻加熱。可選地，在單獨的容器中加熱電解質混合物並將電解質混合物轉移到坩堝中。接下來，在MOE槽的電極（例如，陽極和陰極）上施加電流（步驟415），將所需一種以上的金屬物質還原，然後將其收集在坩堝的底板上。

在操作MOE槽的期間，將額外目標金屬以金屬氧化物形式添加到電解質混合物中（步驟420），可選地，還添加了維持電解質混合物中各種組分濃度所需的任何電解質補充劑。最後，回收在MOE槽中收集的熔融金屬產物（步驟425）。使用主體金屬回收目標金屬物質的實施方式中，在回收熔融金屬產物之後添加另外的主體金屬。當MOE槽的操作溫度等於或高於所添加的主體金屬的熔化溫度時，主體金屬將被熔化並收集在MOE槽的底板上。相反地，如果MOE槽的操作溫度低於該主體金屬的熔化溫度但高於主體金屬/目標金屬合金的熔化溫度，當主體合金化合物形成時，所添加的主體金屬將被熔化。

實例 1- 生產釹金屬和釹 - 鐵母合金

在本發明的一個實施例中，由三氧化二釹原料製備本質上為純釹的方法，包括使用氧化鈣-氧化鈹-三氧化二釹電解質操作MOE槽。混合物組成接近氧化鈣-氧化鈹的共晶組成（約38wt％氧化鈹），並且讓三氧化二釹維持接近飽和狀態。運行具有接近飽和的三氧化二釹的槽的做法與將目標金屬保持在相對低濃度的習知做法相反。這樣做可以維持釹的化學活性高於鈹幾個數量級以上。這有助於將鈹和釹的共同還原最小化。

圖2示出了根據本發明的一個方面的熔融氧化物電解槽200的剖面示意圖。槽200包括具有熱電絕緣層210的鉬坩堝205。槽200具有直接接觸熔融金屬層230的集電器225。在一些實施例中，集電器225的化學和熱性質組合，使其可接觸熔融產物且仍然保持接觸槽外部並使電路閉合。習知技術包括使用難熔金屬或導電陶瓷。藉由本領域習知的氣體或液體冷卻技術來冷卻集電器225。作為液體陰極使用的熔融金屬層230是藉由該方法生產的金屬或合金產物。槽200也包括一個以上由碳或任何其他合適材料所構成的陽極235。被黏土塞245封住的熱閥口240是用來移除熔融金屬層230。

槽200與冷凍側壁215一同運作。如圖2所示，冷凍側壁完全延伸至熔融金屬層230的底部，而完全不延伸到金屬-電解質界面下方或是介於兩者之間的某處。冷凍側壁215的範圍由熔融金屬、液體和固體電解質以及絕緣層210的物理化學性質決定。利用電解質的性質將通過槽200側面造成的熱損失平衡而獲得冷凍側壁215，以保持必要的溫度梯度。第一，電解質的溫度低於反應裝置壁內一定距離處的液相線。該距離即為冷凍側壁215的厚度。第二，在穩態下，從熔融電解質220進入冷凍側壁215的熱通量平衡了通過坩堝205的冷凍壁架215傳導的熱量。移除過多的熱量以防止整個槽凍結。同樣地，避免移除的熱量過少以及產生的熱量過多用以防止側壁215完全熔化，因為通過側壁215而損失的熱量不足以維持槽內電解質的液相等溫線。

在這些界線之間，存在有限範圍的操作參數，其中存在穩定的冷凍側壁215。這參數的範圍由槽200的幾何形狀，以及電解質220、側壁215和絕緣體210的特性來判定。操作參數包括： ․由總電流、分佈和陽極-陰極距離來決定槽中的焦耳熱（I2R）； ․陽極上的氣體釋放速率，由電流決定；以及 ․陽極的浸入深度，由電解質深度和陽極-陰極距離決定。

操作參數的可行範圍至少部分地取決於考慮電解質220和絕緣體210的性質可變性。熔融電解質220內的熱傳遞以及從熔融電解質215到冷凍電解質215的熱傳遞決定部分的側壁熱設計。槽的頂部與底部的熱設計用來平衡電解質中焦耳熱的剩餘部分。測量從槽放出的氣體的氧含量、溫度和質量流量，並有助於判定槽的熱損失。

槽200的操作方式與本實例前述中所提及的方式非常相似。操作溫度範圍盡可能低，但仍然保持高於釹的熔點（1024℃）和電解質的熔點（約1400℃）之間的較大值。在這種情況下，電解質可判定最低的操作溫度。技術和經濟上有助益的釹-鐵合金同樣會在電解質之前熔化。在較高溫度下運行仍然落於本發明的範圍內。但是，這樣做會導致更大的熱損失。將三氧化二釹的原料供給到陽極235和絕緣層210之間的區域250中電解質220的頂部。可選地，或是附加地，原料是供給到陽極235之間的區域255。本領域習知的外殼破碎機/進料器用於此目的。

在另一個說明性實施方式中，將釹還原成鐵主體進而產生具有釹的較低化學活性的釹-鐵溶液之方法，是使用類似於上述的槽和電解質。該槽最初以鐵填充，可選地以釹金屬或鐵-釹合金補充。在接通產物後，可以補充主體中的鐵，如同氧化物進料一般連續或週期性地供應。有利地，稀土在合金中的活性降低有利於還原並防止再氧化。

釹-鐵-硼磁鐵是許多乾淨能源技術的關鍵部分，包括電動汽車。它們在風力渦輪發電機中也具有很大的潛在優勢，然而，即使沒有當前的地緣政治供應鏈問題，這些材料也不足以供應大部分的風能市場。諷刺的是，目前這種關鍵乾淨能源材料的提取方法通常被認為是低效能、對環境不友善且無法永續。

根據本文而引入了根本上比現行生產釹金屬製程更乾淨有效的方法，改良了關鍵稀土元素的提取和加工方法。本文所述的MOE程序直接使用氧化物原料，從常規萃取中除去昂貴且對環境不友善的碳氯化/碳氟化反應之步驟，可節省這些步驟的費用以及收集與清潔所得排放物的費用。電流MOE程序是從中間物和本身萃取製程中排除氟和氯，進而也消除了有關的排放物。所揭示MOR製程的優點總結於表格1中。 表格1：MOE生產稀土和熱金屬生產稀土的比較

實例 2- 生產鈦、鋯和鉿

在本發明的一個實施例中，從金屬相應氧化物的原料製備實質純鈦、鋯或鉿的方法包括使用氧化鈣-氧化鈹支持電解質來操作MOE槽。混合物組成中氧化鈹約佔30％至50％的範圍。選擇確切的比例而簡化冷凍側壁的維護並控制主要階段。可選地，氧化鈹的一部份被二氧化鈰和氧化鑭兩者的其中之一或是全部所取代，如與圖3連接的實例4所示。總電解質混合物中添加約5％至25％的目標金屬氧化物。

槽的操作方式與上述實施例以及說明書中的方式大致相同。在該實施例中，當製備純元素時，槽溫度保持在熔點以上，鈦為1668℃、鋯為1855℃、鉿為2233℃，以生產液體金屬。與前面的例子不同，操作溫度是由產物的熔點決定，而不是由支持電解質的熔點決定。

在所示實施例的另一實施方法中，主體金屬，例如使用銅或鎳，還原鈦、鋯或鉿。舉例來說， 在銅-鋯合金的例子中，將銅提供到MOE槽中並在槽的底板上形成熔融的銅金屬。在這種情況下，合金和電解質中具有較高熔點者決定了槽的操作溫度。可選地，槽甚至可以在更高的溫度下操作；例如，高於主體金屬的熔點。

實例 3- 鈹的製備

在本發明的一個實施例中，從氧化鈹原料生產實質純鈹的方法包括使用具有二氧化鈰、氧化鑭、氧化鍶、氧化鋇、氧化鈹、氧化鎂和氧化鈣中至少三種的混合物的電解質操作MOE槽。在一種實施方式中，電解質含有約10％至30％的二氧化鈰、約10％至20％的氧化鈹，剩餘為氧化鈣。在另一個實施方式中，電解質含有約10％至30％的CeO 2、約10％至30％的氧化鑭、約10％至約20％的氧化鈹，剩餘為氧化鈣。在進一步的實施方式中，電解質含有約10％至30％的二氧化鈰、約10％至30％的氧化鑭、約10％至30％的氧化鍶、約10％至20％的氧化鈹，剩餘為氧化鈣。顯然地，在後述的實施方式中，每種氧化物的濃度不能超過所述範圍，因此總組成等於100％。

在本發明的一個實施例中，從氧化鈹原料生產實質純鈹的方法包括使用具有二氧化鈰、氧化鑭、氧化鍶、氧化鋇、氧化鈹、氧化鎂和氧化鈣中至少三種的混合物的電解質操作MOE槽。在一種實施方式中，電解質含有約10％至30％的二氧化鈰、約10％至20％的氧化鈹，剩餘為氧化鈣。在另一個實施方式中，電解質含有約10％至30％的CeO 2、約10％至30％的氧化鑭、約10％至約20％的氧化鈹，剩餘為氧化鈣。在進一步的實施方式中，電解質含有約10％至30％的二氧化鈰、約10％至30％的氧化鑭、約10％至30％的氧化鍶、約10％至20％的氧化鈹，剩餘為氧化鈣。顯然地，在後述的實施方式中，每種氧化物的濃度不能超過所述範圍，因此總組成等於100％。

在生產鈹的替代實施方法中，使用主體金屬，例如銅或鎳，將鈹還原。

在任一實施方式中，利用非常相似於上述實例和說明書中所敘述的方式來操作槽。純鈹在1287°C開始熔化，而理想的鈹合金的熔化溫度範圍從遠低於1000°C到超過1400°C。與其他實例一樣，金屬和電解質中較高熔點者決定了槽的操作溫度。可選地，槽甚至可以在更高的溫度下操作； 例如，高於主體金屬的熔點。

實例 4- 生產鈹

在本發明的一個實施例中，從氧化鈹原料中生產實質純鈹的方法包括使用包含氧化鈣、氧化鈹、氧化鑭和二氧化鈰中的至少兩種的電解質操作MOE槽。圖3是氧化鈣-氧化鈹-氧化鑭系統的三元相圖300。用於本實施例之方法的適當濃度的氧化物沿相對濃度曲線的曲線部305存在。曲線部305從約85%的氧化鑭-15%的氧化鈹開始，通過約 40%的氧化鑭-25%的氧化鈹-35%的氧化鈣，直到在約40%的氧化鈹-60%的氧化鈣處的氧化鈣-氧化鈹共晶。

在另一種實施方式中，氧化鑭的任何部分都用二氧化鈰代替。另外，沿著曲線部305的氧化物的相對濃度限制於那些作為鈹濃度的函數，其具有相對較低的液相線溫度變化性。舉例來說，雖然圖3中不變點13周圍的區域太熱，但是由點2、3、9、10、11、4和5構成的區域溫度保持在約1300至1400℃的合適範圍內。

在任何實施方式中，利用非常類似於上述實例和說明書中闡述的方式來操作槽。操作條件與上述實例3中的相同，不同之處在於電解質的熔融溫度是隨著組成在下述中範圍中的變化而變化。如同前述實例，在槽操作期間首先從上述電解質組合物中將鈹還原，並且在槽操作期間在電解質混合物中加入氧化鈹，使電解質中的氧化鈹濃度保持在初始濃度。可選地，在槽中加入氧化鈹，使氧化鈹濃度維持接近飽和。

實例 5- 生產稀土金屬

在本發明的一個實施例中，由相應的稀土金屬氧化物的原料製備實質純稀土金屬的方法包括使用實例3所述的任何支持電解質組合物來操作MOE槽。藉由改變電解質組合物的細節來控制主要相而控制冷凍側壁的組成。在槽操作期間將稀土氧化物添加至電解質混合物中，來保持稀土氧化物的濃度接近飽和。

在任一實施方式中，利用非常相似於與上述實例和說明書中闡述的方式來操作槽。純稀土金屬的熔點變化範圍約在820℃至1550℃之間，大多數理想的合金也落在此範圍內。每種情況下的操作溫度至少是產物熔點和電解質熔點中的較大者。

此外，本文所述的方法適用於原位合金化。例如，為了製造釹-鐵-硼合金，在主體金屬中添加硼金屬或鐵-硼合金。釹將被還原成主體金屬來產生所需的合金。或者，將三氧化二硼添加到電解質中，三氧化二硼將與合金中的釹反應而形成硼和三氧化二釹，其將在生產期間被還原成最終合金。

實例 6- 生產稀土金屬

在本發明的一個實施例中，從相應的稀土金屬氧化物的原料製備實質純稀土金屬的方法包括使用氧化鈣、氧化鈹、氧化鑭和二氧化鈰中的至少兩種的支持電解質操作MOE槽。該支持電解質沿著圖3的曲線部分305存在的相對濃度，其中添加了目標稀土金屬的氧化物。在一個具體實施方法中，支持電解質包括約40％的氧化鑭-25％的氧化鈹-35％的氧化鈣，在其中加入稀土氧化物使得稀土氧化物達成飽和。

在任何實施方式中，以非常相似於上述實例和說明書中闡述的方式來操作槽，其中特定操作參數類似於實例5中的操作參數。在槽操作期間，首先從上述電解質組合物中還原稀土，並且在操作槽期間將更多的稀土氧化物加入電解質混合物中，以保持電解質混合物中的稀土氧化物濃度接近初始濃度。可選地，將稀土氧化物添加到槽中以保持其濃度接近飽和。

應當理解，本發明的範圍不限於上述實施例，而是由所附申請專利範圍而限定，並且申請專利範圍將包括對描述內容做出的修改和改進。如本文所使用的，術語“約”是指可從所述值變化10％的量。

200‧‧‧槽

205‧‧‧鉬坩堝

210‧‧‧熱電絕緣層

215‧‧‧冷凍側壁

220‧‧‧熔融電解質

225‧‧‧集電器

230‧‧‧熔融金屬層

235‧‧‧陽極

240‧‧‧熱閥口

245‧‧‧黏土塞

250‧‧‧區域

300‧‧‧三元相圖

305‧‧‧曲線部

400‧‧‧製程

405‧‧‧步驟

410‧‧‧步驟

415‧‧‧步驟

420‧‧‧步驟

425‧‧‧步驟

為了更完整地理解本發明的各種實施例，現在參考以下結合附圖的描述，其中：

第1圖示出習知技術的熔融氧化物電解槽的剖面示意圖。

第2圖示出根據本發明的一個方面的熔融氧化物電解槽的剖面示意圖。

第3圖是根據本發明的一個方面的氧化鈣-氧化鈹-氧化鑭系統的三元相圖。

第4圖是根據本發明的一個方面的熔融氧化物電解槽的操作概述。

Claims (20)

1. 一種方法，包括： 提供熔融氧化電解槽，該熔融氧化電解槽包括容器、陽極和集電器； 在該容器中設置熔融氧化電解質，並且與該陽極及該集電器離子導電接觸，其中該電解質包括至少一種鹼土金屬氧化物和至少一種稀土氧化物的混合物； 提供包括至少一種目標金屬物質的金屬氧化物原料進入該熔融氧化物電解質中； 在該陽極和該集電器之間施加電流，進而還原該目標金屬物質，以在該容器中形成至少一種熔融目標金屬；以及 從該容器中除去至少一部分的該熔融目標金屬。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中該至少一種鹼土金屬氧化物包括氧化鈹、氧化鈣、氧化鎂、氧化鍶和氧化鋇中的至少一種。
3. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中其中所述至少一種稀土氧化物包括氧化鈧、氧化釔、氧化鑭、氧化鈰、氧化鐠、氧化釹、氧化鉕、氧化釤、氧化銪，氧化釓、氧化鋱、氧化鏑、氧化鈥、氧化鉺、氧化銩和氧化鐿中的至少一種。
4. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中該至少一種熔融目標金屬包括稀土金屬中的一種。
5. 根據申請專利範圍第4項所述的方法，其中該金屬氧化物原料包括該稀土金屬，並且該金屬氧化物原料在該金屬氧化物原料的飽和濃度下被提供至該熔融氧化物電解質中。
6. 根據申請專利範圍第4項所述的方法，其中該至少一種熔融目標金屬包括稀土金屬合金，該合金包含稀土金屬以及鐵、銅、鎳、鋁、鋯和鈦中的至少一種。
7. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中該至少一種熔融目標金屬包括銅-鈹、鎳-鈹、鋁-鈹、鋯-鈹和銅-鐵-鈹中的至少一種。
8. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中該目標金屬是釹，該電解質包括氧化鈣、氧化鈹和氧化釹，且其中該氧化鈣和該氧化鈹的比例約為其共晶成分，而該氧化釹的濃度約為其在該氧化鈣和氧化鈹混合物中達到飽和。
9. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中該電解質包括氧化鈰、氧化鑭、氧化鍶、氧化鋇、氧化鈹、氧化鎂和氧化鈣中的至少三種。
10. 根據申請專利範圍第9項所述的方法，其中該電解質包含約10％至30％的氧化鈰和約10％至20％的氧化鈹，剩餘為氧化鈣。
11. 根據申請專利範圍第9項所述的方法，其中該電解質包含約10％至30％的氧化鈰，約10％至30％的氧化鑭，和約10％至20％的氧化鈹，剩餘為氧化鈣。
12. 根據申請專利範圍第9項所述的方法，其中該電解質包含約10％至30％的氧化鈰，約10％至30％的氧化鑭，約10％至30％的氧化鍶，和約10％至20％的氧化鈹，剩餘為氧化鈣。
13. 根據申請專利範圍第9至12項中任一項所述的方法，其中該目標金屬是鈹，該金屬氧化物原料包括氧化鈹，並且其中該氧化鈹原料被提供至該熔融氧化物電解質中以保持該熔融電解質中的氧化鈹濃度。
14. 根據申請專利範圍第9至12項中任一項所述的方法，其中該目標金屬包括稀土金屬，該金屬氧化物原料包括稀土金屬氧化物，並且其中該稀土金屬氧化物原料被提供到該熔融氧化物電解質中以保持該稀土金屬氧化物在熔融氧化物電解質中的接近其飽和濃度。
15. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中該目標金屬是鈹，並且其中該電解質包含0％至約85％的氧化鑭，約0％至約85％的氧化鈰，約15％至40％的氧化鈹和0％至約60％的氧化鈣。
16. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中該目標金屬包括稀土金屬，該金屬氧化物原料包括稀土金屬氧化物，並且其中該電解質包括約40％的氧化鑭，約25％的氧化鈹和約35％的氧化鈣。
17. 根據申請專利範圍第16項所述的方法，其中將該稀土金屬氧化物原料提供到該熔融氧化物電解質中，以使該稀土金屬氧化物在該熔融氧化物電解質中接近其飽和濃度。
18. 一種方法，包括： 提供熔融氧化物電解槽，該熔融氧化物電解槽包括容器、陽極和集電器； 將該熔融氧化物電解質設置在容器內並與陽極和集電器離子導電接觸，其中該電解質包含約30％至50％的氧化鈹、0％至約85％的氧化鑭、0％至約85％ 氧化鈰，剩餘為氧化鈣； 提供鈦、鋯和鉿的氧化物中至少一種的金屬物質原料到該熔融氧化物電解質中； 在該陽極和該集電器之間施加電流，進而還原該金屬物質以在該容器中形成至少一種熔融目標金屬；以及 從該容器中除去至少一部分的該熔融目標金屬。
19. 根據申請專利範圍第18項所述的方法，其中在熔融氧化物電解質中提供約5％至25％的該金屬物質原料。
20. 根據申請專利範圍第18項所述的方法，其中該目標金屬包括合金，該合金包含目標金屬，以及鈦、鋯和鉿中的至少一種，以及鐵、銅、鎳、鋁、鋯和鈦中的至少一種。