[其他]稀土氧化物的金屬熱還原

在審

• 申請號: 101985000000813
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN1004427B
• 公開（公告）日: 1989-06-07
• 發明（設計）人: R·A·沙馬
• 申請（專利權）人: 通用汽車公司
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 羅宏;劉元金

稀土氧化物能夠通過一種新穎高效的金屬熱還原工藝來還原成稀土金屬。把稀土氧化物和鈉金屬一道擴散于適當及熔化的氯化鈣中，鈉與氯化鈣發生反應而形成鈣金屬，鈣金屬進而將稀土氧化物還原成稀土金屬。所形成的稀土金屬在反應器中形成離散層而被分離出來。

該發明采用最新的金屬還原法將稀土氧化物特別是氧化釹直接還原成稀土金屬。這種經濟的加工方法尤其適用于釹-鐵-硼磁鐵原料的釹金屬的生產。

最強力的商用永磁鐵曾一度以五鈷化釤（SmCo₅）燒結粉末為原料。近年來，磁力更強的磁鐵也是輕質稀土元素（最好是釹和鐠、鐵和硼）合金來制成的＊述合金以及將其加工成磁鐵的方法已在美國414936號專利申請（申請日為1982年9月3日）、508266號專利申請（申請日為1983年6月24日）、544728號專利申請（申請日為1983年10月26日）、520170號專利申請（申請日為1983年10月26日）和492629號專利申請（申請日為1983年5月9日）中作了敘述，其中前＊個為克勞特氏（Crcat）專利申請，520170號為李氏專利申請，492629號為克勞特氏和李氏專利申請＊述專利申請均已轉讓給美國通用汽車公司。

元素周期表中原子序數為57-71的稀土元素和原子序數為39的釔均來源于氟碳酸釹鑭礦（bastna〈＆＆〉）和獨居礦砂。利用幾種常規的精選法可以從＊述礦砂中提取出稀土混合物，提取出來的稀土可＊通過洗提和液-液抽提等常規方法加以分離。

分離出來的稀土金屬應按較高的純度（原子百分率不低于95%，這取決于雜質的多寡）要求把它＊氧化物中還原出來并制成永磁鐵。過去這一終端＊原工藝在以往看來既復雜成本又高，因而增加稀土金屬的價格十分高昂。

電解還原法和金屬熱還原（非電解）法一直被用來還原稀土金屬。電解還原法有兩種：（1）把溶化于堿漿或堿土金屬鹽漿中的無水稀土氧化物分解出＊，（2）把溶化于稀土氟鹽熔浴中的稀土氧化物分解＊。

上述兩種電解方法的缺點是：（1）加工時必須使用價格高昂的消費性電極;（2）必須使用無水氯化物或＊鹽來防止稀土氧化鹽（如氯氧化釹）的產生;＊必須在高溫（通常高于1000℃）條件下進行操作;＊電流效率低而使耗電費用增加;（5）產品回收率低＊回收率最高只有40%）。（6）稀土氯化物還原時散發＊腐蝕性氯氣。而還原氟化物時需要小心控制電解＊度梯度以便使稀土金屬結核固化。該方法的唯一＊＊，便是只要設置還原金屬的提取裝置并補充熔＊浴，電解還原作業就可連續進行。

金屬熱還原法（非電解還原法）也有兩種程序：＊用金屬鈣還原稀土氟化物（稱為鈣熱還原法）;（2）用氫化鈣或鈣金屬還原一擴散稀土氧化物。金屬熱還原法的缺點是不能連續操作，而且必須在無氧環＊中進行，因而耗能很大。還原一擴散生成的稀土＊品呈粉狀，使用前須經過水化提純。兩種工藝均＊多步進行。金屬熱還原法的一個優點是稀土金屬＊氧化物或氟化物中的還原回收率常常高于90%。

有稀土氟化物或氯化物參與反應時，事先應處＊稀土氧化物以產生鹵化物。增設這一工藝將會增＊稀土金屬產品的成本。

隨著輕質稀土-鐵合金永磁鐵的問世，人們對價格低廉、純度較高的稀土金屬的需求量大大增加。然而，現有的稀土化合物還原法無一能夠保證大幅度地降低稀土金屬的生產成本或提高這種磁鐵級金屬的回收率。因此，提供一種新穎高效且較為經濟的稀土金屬提取法乃本發明的宗旨。

通過下述優選的實驗操作方法可望獲得一定的成效：

設置一電熱式或其他供熱至理想溫度的反應器，反應器最好用高度惰性且對反應組分無害的金屬或耐熱材料制成。

將預定數量的稀土氧化物投入盛有混合鹽浴（含約70%或以上重量百分比的氯化鈣和約5-30%重量百分比的氯化鈉）的反應器，再加入足量的鈉金屬以便使相對于稀土氧化物的鈣金屬在化學計量上產生余量，上述反應式如下：

CaCl₂+2Na→2NaCl+Ca