[發(fā)明專利]一種直接熱還原連續(xù)制備金屬釤的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410345625.1
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN104120288A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張廷安;豆志河;張子木;劉燕;呂國志;趙秋月;牛麗萍;傅大學(xué)
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: C22B59/00
• 分類號: C22B59/00;C22B5/04
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有色金屬冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種直接熱還原連續(xù)制備金屬釤的方法。

背景技術(shù)

金屬釤(Sm)是輕稀土金屬的重要產(chǎn)品之一，具有特殊的物化性質(zhì)。它的熔點1074℃、沸點1794℃，硬度45～65HB、密度7.536g/ml，延展性好而易于加工成材。釤具有很強(qiáng)的金屬化學(xué)性，在一定外界條件作用下，易與氧、氫、氮、硫、碳等相互作用而生成相應(yīng)的化合物(Sm₂O₃、SmH₃、SmN等)，與某些金屬可生成合金(如SmCo等)，與酸堿作用可生成不同金屬鹽類(SmCl₃，Sm₂(SO₄)₃、SmNO₃等)。如以上金屬釤化合物、合金和鹽類等都具有很好的實用技術(shù)和經(jīng)濟(jì)價值。

近年來，金屬釤在稀土永磁材料、合金的變質(zhì)劑、鋼鐵的凈化劑和原子能等領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。例如，由于釤原子中的軌道矩和自旋矩對磁矩均具有良好的影響，可制成SmCo₅，Sm₂Co₁₇和Sm₂Fe₁₇N_x等稀土釤永磁材料，廣泛應(yīng)用在軍工行波器和環(huán)行器。由于SmCo型能量密度大，可制成磁體閥門用于核電站的密封閥門，降低泄露。釤永磁材料還廣泛應(yīng)用在經(jīng)絡(luò)磁療器、手術(shù)器械和醫(yī)療磁片等生物醫(yī)療領(lǐng)域。還有含釤的發(fā)火合金用于工業(yè)汽燈、焊槍點火器和火矩點火裝置等；釤在煉鋼和煉鐵過程中可以脫氧除硫，從而提高鋼及鐵性能；釤還可制成棒用于反應(yīng)堆內(nèi)控制熱中子量的材料，吸收熱中子就可調(diào)節(jié)原子的分裂速度；Sm₂O₃也可用于核子反應(yīng)堆上的陶瓷保護(hù)層的組分，或用于控制原子鍋爐中的核反應(yīng)，效果很好。從上世紀(jì)80-90年代，我國生產(chǎn)Sm己達(dá)到工業(yè)化水平，己形成規(guī)模化生產(chǎn)，可滿足國內(nèi)外市場的需求。2000年以來，我國Sm的生產(chǎn)工藝及設(shè)備更加完善，并己成為Sm的生產(chǎn)大國，產(chǎn)量居世界之首。

目前，我國金屬釤主要制備方法是稀土金屬還原蒸餾法，即以稀土鑭(或鈰、鐠、釹)或鑭鈰合金為還原劑，Sm₂O₃為原料在低于1Pa的真空條件下1200～1250℃高溫還原90min，然后冷凝、蒸餾分離得到金屬釤。該方法的工藝及設(shè)備較成熟，己工業(yè)化應(yīng)用。但是該方法存在著生產(chǎn)容量小、釤產(chǎn)品單位產(chǎn)量低，造成需求量快增時，必須使用很多臺還原爐設(shè)備才能滿足需求、引起設(shè)備投資大、作業(yè)繁雜、生產(chǎn)費用高和管理不便等問題。同時該方法以稀土金屬為還原劑，存在著生產(chǎn)成本高等缺點。針對以上問題，為提高金屬釤產(chǎn)量，降低其生產(chǎn)成本，必須快速開發(fā)金屬釤制備新方法。近年來開發(fā)出Sm₂O₃高溫熔鹽電解法、鈣熱還原法制備金屬釤或釤合金，但是以上方法均存在著產(chǎn)品質(zhì)量低、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高等問題，而無法工業(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有稀土真空還原-蒸餾法制備金屬釤生產(chǎn)及研究所存在的缺點和不足，本發(fā)明提出了一種直接熱還原連續(xù)制備金屬釤的方法，即在動態(tài)惰性氣體或氮氣中進(jìn)行高溫還原，生成的高溫釤蒸汽被流動的惰性氣體或氮氣攜帶走，冷凝得到金屬釤。本發(fā)明提供一種在“相對真空”條件下，采用金屬熱還原法連續(xù)煉釤的方法，實現(xiàn)了釤的低成本連續(xù)生產(chǎn)，解決傳統(tǒng)的稀土真空還原-蒸餾法制備金屬釤所存在能耗高、還原罐壽命短以及生產(chǎn)成本高等問題；本發(fā)明方法反應(yīng)速度快，還原效率高，同時實現(xiàn)了釤的連續(xù)生產(chǎn)。