Harvinaisten maametallien metalliseosten valmistus

Nov 24, 2023

Jätä viesti

Vuonna 1826 ruotsalainen Musander käytti ensimmäisen kerran metallinatriumia ja kaliumia vedettömän ceriumkloridin pelkistämiseen tuottaakseen metalliseriumia, jossa oli monia epäpuhtauksia. Vuonna 1875 W. Hillebrand ja T. Norton käyttivät ensimmäisen kerran kloridisuolaelektrolyysiä saadakseen pieniä määriä serium-, lantaani- ja praseodyymi-neodyymimetalleja. 1930-luvun lopulla metallien lämpöpelkistys- ja sulan suolan elektrolyysiprosessit kehitettiin puhtaiden harvinaisten maametallien tuottamiseksi harvinaisista maametallien halogenideista. Kalsiumfluoridin metallin lämpöpelkistysmenetelmä on sekoittaa ja tiivistää vedetöntä harvinaisten maametallien fluoridia metallikalsiumhiukkasten kanssa, jotka ylittävät teoreettisen määrän 10-15%, lastata se tantaaliupokkaaseen, sijoittaa korkeapaineiseen sähköuuniin, täyttää se inertillä kaasulla ja suorittaa pelkistysreaktio lämpötilassa 50-100 astetta korkeampi kuin kuonan ja metallin sulamispiste. Pidä reaktiolämpötilassa noin 15 minuuttia, jäähdytä sitten huoneenlämpötilaan, poista kuona ja poista metalli metallin talteenottonopeudella 95-97%. Tuote sisältää kuitenkin myös 0.1-2% kalsiumia ja 0.05-2% tantaalia (tantaalipitoisuus pelkistetyssä skandiumissa ja lutetiumissa on jopa 2 % tai enemmän). kuten suuria epäpuhtauksia, kuten happea ja fluoria. Se on edelleen alistettava uudelleensulatukseen korkeassa tyhjiössä ja tislauksella (tai sublimaatiolla) epäpuhtauksien poistamiseksi. Tällä menetelmällä voidaan tuottaa muita lantanidimetalleja kuin samariumia, europiumia, ytterbiumia ja tuliumia.
Yleisesti käytettyjä pelkistysaineita kloridin lämpöpelkistysprosessissa ovat litium tai kalsium. Matalamman reaktiolämpötilan ansiosta voidaan käyttää tantaalia halvempia titaani- ja molybdeeniupokkaita, jotka voivat vähentää upokkaan metallin saastumista.

Yttrium-ryhmän harvinaisten maametallien valmistus välilejeerinkimenetelmällä: Tietty osuus magnesiumia ja kalsiumkloridia lisätään pelkistävään uunipanokseen harvinaisten maametallien magnesiumseoksien ja matalan sulamispisteen CaF2 CaCl2:n kuonaksi. Pelkistäessä vedetöntä YF3:a kalsiumilla, metallikalsium ja magnesium ladataan upokkaaseen (kuva 3), kun taas YF3 ja CaCl2 ladataan ylempään syöttösuppiloon. Reaktiosäiliö suljetaan ja imuroidaan 10-2-polttimiin, täytetään sitten argonkaasulla ja kuumennetaan 950 asteeseen, jotta YF3 ja CaCl2 pääsevät putoamaan upokkaaseen. Uunin materiaali käy läpi pelkistys- ja seostusreaktiot seuraavan kaavan mukaisesti. Kun upokas on pidetty paikallaan {{10}} minuuttia, upokas poistetaan, jolloin saadaan 24 % magnesiumia sisältävä yttriummagnesiumlejeerinki. Tämän seoksen tyhjötislaus tietyllä kuumennusnopeudella 950 asteessa. Saatu sieni-yttrium sisältää alle 0,01 % kalsiumia ja magnesiumia, ja metallin puhtaus on noin 99.5-99,7 %. Sieni-yttrium sulatetaan uudelleen tyhjökaariuunissa, jolloin saadaan tiheä metalli, jonka talteenottoaste on 90-94%. Samariumoksidin, europiumoksidin, ytterbiumoksidin ja tuliumoksidin lantaanin (ceriumin) pelkistysmenetelmä pelkistää Sm2O3:n, Eu2O3:n, Yb2O3:n ja Tm2O3:n korkeassa lämpötilassa ja suuressa tyhjiössä käyttämällä metalleja, joilla on alhaisempi höyrynpaine, kuten ceriumia, lantaania ja tasaista, ceriumia sekoitettuja harvinaisia ​​maametalleja pelkistysaineina. Samanaikaisesti tislaamalla voidaan saada vastaavat metallit. Sekoita ja purista sintrattu R2O3-jauhe metallipelkistysaineella puhtaalla pinnalla (ilman oksidikalvoa) lohkoksi. Tyhjiöolosuhteissa 10-3 taskulamppuja ja 1300-1600 astetta metallin suuri talteenotto voidaan saavuttaa pelkistämällä 0.5-2 tuntia. Pelkistystislauslaitteisto on esitetty kuvassa 4. Tämä menetelmä soveltuu myös metallin dysprosiumin, holmiumin ja erbiumin valmistukseen, mutta vaatii korkeamman lämpötilan ja alipaineasteen. Eu2O3:n pelkistysreaktio on voimakas ja pelkistyslämpötila on 100-500 astetta alhaisempi kuin pelkistyneen samariumin, ytterbiumin ja tuliumin oksideilla. Toimenpide tulee suorittaa inertissä ilmakehässä.