[發明專利]一種生產稀土金屬及合金的方法

有效

• 申請號: 201811046923.5
• 申請日: 2018-09-08
• 公開（公告）號: CN109136995B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 龔斌;章立志;郭雪鋒;江南;陳炎鑫;李孝璋
• 申請（專利權）人: 虔東稀土集團股份有限公司
• 主分類號: C25C3/34
• 分類號: C25C3/34;C25C3/36;C25C7/00;C25C7/06
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• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種生產稀土金屬或合金的方法，將以REO、REF和LiF混合物,或以電解原料REO、REF和LiF中任一種與其他兩種的混合物為電解原料的原料加入至內有加熱至熔融狀態的REF和LiF混合物電解質的電解槽內，電解制備稀土金屬或稀土合金。使電解槽在運行過程中，避免了單一氧化物加入引起的熔鹽電解體系的波動，可以保持電解質體系的均勻、穩定，電解出來的金屬與之有穩定的密度差，有利于金屬或合金更好的與之分離并匯集，減少非稀土雜質的夾雜，提高產品質量；提高月產量和電流效率，降低生產成本。

技術領域

本發明涉及一種生產稀土金屬及合金的方法，屬于稀土生產工藝技術領域。

背景技術

熔鹽電解法是生產稀土金屬及合金的主要方法之一，可分為氯化物熔鹽電解法和氟化物熔鹽電解法。氯化物熔鹽電解法由于無水氯化物制備困難、電流效率低，環保壓力大等缺點限制了其發展。目前，稀土熔鹽電解主要以氟化物熔鹽電解體系為主，電解質的組成主要為REF和LiF。

在現有的稀土電解工藝中，主流槽型4～6kA，電效70％～75％，以手工作業為主，此類槽型在大型化過程中發現，受自身結構限制等原因影響，實際電效達到80％后工藝指標難再有提升空間(該數據引自文獻：陳德宏，顏世宏等，3000A液態下陰極電解制備稀土金屬關鍵技術研究，中國稀土學報，2011，29(06):769-772及石富等，稀土電解槽的研究現狀及發展趨勢，中國稀學報，2007(25):70-76)。盡管提高電效十分艱難，但對于稀土電解的行業來講，電耗約占生產成本50％，所以從業者們依然在想辦法努力降低電耗，提高電效。

在氟化物熔鹽電解稀土體系的電解過程中，由于氟化物參與電解、熔鹽揮發和滲漏等原因必然會導致電解質損失和比例改變。也正是由于稀土氟化物會參與電解這一顯著特征，導致電解生產稀土金屬或合金的方法與電解鋁合金等金屬電解過程與工藝均不相同，氟化鋁僅作為電解鋁生產中的熔鹽添加劑，理論上在鋁電解生產中并不消耗(該論點引自文獻：包生重，史志榮等，降低氟化鋁在鋁電解生產過程中消耗的探討，輕金屬，2009(8):32-35)。稀土電解與鋁電解的差異性還體現在槽型結構上：鋁電解運行初期采用下埋陰極(石墨)，正常生產階段以液態鋁作為陰極，上置大型石墨塊作為陽極，電解電流一般都是幾十萬安(200～500KA)。電解過程中主要發熱區域在陰陽兩極極間區域，在電解質表面Al₂O₃由槽沿板逐漸向陽極推移，很快形成一片連續的結殼，覆蓋在電解質液面上，使電解槽很快轉入正常生產，如此既可以避免電解質暴露在空氣中，減少熱損失，有能減少了氟鹽的揮發損失，基本上無需補加熔鹽，在加料(氧化鋁)時需要把結殼面打開(該論點引自文獻：胡開華，紅旗冶煉廠，鋁電解槽面殼完整對生產的作用，新疆礦冶，1982(02):59-68)；而稀土熔鹽電解則采用上掛陰極(鎢棒)，陽極在側面布置的工藝，電解電流與電解鋁相比不屬于同一個數量級，大槽型也只達到25KA左右，目前還沒有相關報道實際生產中采用類似于鋁電解的下置或液態陰極的方式在大型化生產，稀土電解承接坩堝在陰極的正下方，不屬于高溫區段。另外稀土電解過程中溫度一般在1100℃左右，熔鹽不僅部分參與電解，還有部分揮發損耗。因此正常稀土電解過程需不斷的額外補加電解質熔鹽以維持爐臺熔鹽體系的穩定，所以電解稀土工藝必須加入稀土氟化物，若能精確控制加入量則更有益于生產。

由于稀土氟化物比例過高則導致體系熔點高，電解溫度高；稀土氟化物比例過低，則導致氧化物在電解質中的單位溶解量減少，體系電阻下降。因此，在熔鹽電解法生產稀土金屬及合金過程中，保證氟化物的比例的穩定非常有助于整個電解質體系的穩定。

在現有的電解工藝中，電解質，氟化稀土和氟化鋰分別憑經驗不定時和不定量加入，何時該加，加多少由員工自行確定，由于個人的經驗不同，往往導致電解質液面和比例失控，影響了電解的正常進行。另外由于氟化鋰的熔點比電解質的熔點低，而氟化稀土的熔點比電解質的熔點高，分別集中大量加入時易導致氟化鋰揮發損失，氟化稀土難以熔化。而且，在電解過程中，氟化物參與電解將導致電解質體系的物質比例逐漸失去平衡，補加氟化物和氟化鋰的數量和時間不能較好控制，導致電解質體系長期處于不穩定甚至紊亂的狀態。