一种CeO2直接钙热还原制取金属Ce的方法技术

本发明专利技术涉及Ce金属生产技术领域，具体涉及一种CeO2直接钙热还原制取金属Ce的方法，目的是解决传统工艺流程复杂、能耗高、收率低、易造成环境污染的问题。其特征在于，它包括确定制取方案的步骤、确定投料量的步骤、物料的预处理的步骤、在反应器中装料的步骤和金属Ce的制备的步骤。本发明专利技术利用CeO2直接钙热还原工艺生产的Ce金属产品形状规则，表面洁净，密度可达6.3g/cm3，接近其理论密度(Ce的理论密度为6.6g/cm3)，还原收率达到98％以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及Ce金属生产
,具体涉及一种CeO2直接I丐热还原制取金属Ce的方法。
技术介绍
Ce是重要的稀土元素之一，具有独特的物理和化学性质，在钢铁、有色金属及其合金、发火合金、永磁材料、贮氢材料等工业领域中应用广泛。Ce金属的生产一直采用的是熔盐电解法，包括氯化铈的熔盐电解法和氧化铈的熔盐电解法。其中氯化铈的熔盐电解法以CeCl3S原料，KCl为辅料，经过配料、熔化、电解、铸锭、水洗除电解质、晾干、包装等工艺流程获得Ce金属产品。采用该工艺生产的Ce锭纯度为99 %?99.5 %，收率为85 %?90 %，生产过程中产生的副产物Cl2用NaOH溶液吸收。氧化铈的熔盐电解法以CeO2S原料，CeF3、LiF和BaF2为辅料(比例为CeF3: LiF: BaF2 =73: 17: 10) ,CeO2在电解过程中需连续加入，工艺流程与氯化铈的熔盐电解法基本相同。采用该工艺生产的Ce锭纯度为99%?99.5%，收率为95%，生产过程中产生CO和CO2气体。两种生产工艺获得的Ce金属产品表面洁净，新截面呈银灰色，无明显夹杂物。以上工艺虽然能够有效的将氯化物/氧化物还原成金属，但是整个生产过程中工艺流程复杂，耗时较长，能耗较高，收率较低，加之电解过程中会产生C12、C0等气体，容易对环境造成污染，增加了后续处理工作的难度，也在一定程度上制约了 Ce金属生产的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决传统工艺流程复杂、能耗高、收率低、易造成环境污染的问题，提供了一种简化Ce金属生产的工艺流程、降低生产成本、提高生产效率和还原收率、减轻对环境的污染的CeO2。本专利技术是这样实现的:—种CeO2，具体包括如下步骤:第一步:确定制取方案；第二步:确定投料量；第三步:物料的预处理；第四步:在反应器中装料；第五步:金属Ce的制备。如上所述的第一步，以CeO2为原料，金属Ca作还原剂，CaCl2-CaF2作助熔剂，化学反应方程式为:Ce02+2Ca+nCaCl2_CaF2 = Ce+2Ca0.nCaCl2_CaF2。如上所述的第二步，根据第一步中确定的化学反应方程式中的化学计量比，还原剂Ca存在过量值，过量值范围为25%?40% (摩尔比)；助溶剂CaCl2-CaF2K配比为80%CaCl2-20% CaF2(摩尔比)，助溶剂CaCl2-CaF2与原料CeO2的摩尔比为15:1。如上所述的第三步，具体包括如下步骤:步骤3.1:原料CeO2的预处理；在温度225?250°C，相对压力-0.085?-0.075MPa的真空干燥箱中对原料CeO2干燥15?20小时；步骤3.2:还原剂Ca的预处理；在氩气保护条件下，从Ca锭上车制规格为0.8X0.8X5mm?IX IX 1mm的Ca屑；还原剂Ca的称量、封装、转运过程均需在氩气保护下进行；步骤3.3:助溶剂CaCl2-CaF2的预处理；将分析纯的CaCl2和CaF2按第二步中确定的配比混合均匀，在温度225?250°C，相对压力-0.085?-0.075MPa的真空干燥箱中干燥10?15小时后，在压机上压制成厚度为10?15mm的圆饼状团块,随后转回干燥箱中在相同工艺下继续干燥5?10小时；步骤3.4:反应器的预处理；反应器在使用前在感应炉中950?1000°C真空除气3?5小时；步骤3.5:搅拌桨的预处理；将搅拌桨存放在真空干燥箱中保存，与步骤3.1同步进行。如上所述的步骤3.4中，反应器是由含3mol% Y2O3的高纯97mol% MgO利用等静压成型高温烧结制成。如上所述的步骤3.5中，搅拌桨材料选用金属钽，类型为双层反向折叶式。如上所述的第四步，装料方式为分散隔离式装料，将还原剂Ca置于反应器上部，将原料CeO2置于反应器底部，将助溶剂CaCl2-CaF2分三层布置，底部助溶剂CaCl2-CaF2层和中间助溶剂CaCl2-CaF2层之间为原料CeO2层，中间助溶剂CaCl2-CaF2层与顶部助溶剂CaCl2-CaF2层之间为还原剂Ca层；装料过程在惰性气氛保护的手套箱中进行。如上所述的第四步，具体包括如下步骤:步骤4.1:填充底部助溶剂CaCl2-CaF2层；将应布置于反应器底部的助溶剂CaCl2-CaF2加入反应器，压实，形成底部助溶剂CaCl2-CaF2 层；步骤4.2:填充原料CeO2层；将全部原料CeO2加入反应器，置于底部助溶剂CaCl2-CaF2层上方，压实，形成原料CeO2 层；步骤4.3:填充中间助溶剂CaCl2-CaF2层；将应布置于原料CeO2层和还原剂Ca层之间的助溶剂CaCl2-CaF2加入反应器，压实，形成中间助溶剂CaCl2-CaF2层；步骤4.4:填充还原剂Ca层；将全部还原剂Ca加入反应器,置于中间助溶剂CaCl2-CaF2层上方,压实,形成还原剂Ca层；步骤4.5:填充顶部助溶剂CaCl2-CaF2层；将剩余的助溶剂CaCl2-CaF2加入反应器，置于还原剂Ca层上方，压实，形成顶部助溶剂 CaCl2-CaF2 层。如上所述的第五步，具体包括如下步骤:步骤5.1:装炉；将经第四步装料后的反应器放入石墨发热体中，一并放入感应炉内，将搅拌桨固定在感应炉炉盖的搅拌轴上，将感应炉盖合；步骤5.2:抽空和加热；缓慢开启抽真空控制阀门，对感应炉内抽真空，同时给感应炉送电，感应炉通过石墨发热体对反应器进行加热，升温率为7?15°C /min，反应器温度上升至400?50(TC，结束抽真空；感应炉继续通电，使反应器内的物料温度持续上升；步骤5.3:充入氩气；结束抽真空后，向感应炉内充入纯度为99.99%以上的氩气，在感应炉内形成惰性气氛保护；当感应炉内压力大于环境大气压时，停止充入氩气；步骤5.4:开始化学反应；物料熔化完毕后，控制搅拌桨下行，伸入反应器中的物料内部进行搅拌，按照第一步中确定的化学反应方程式开始化学反应；搅拌过程中，将反应器温度控制在800?8400C ;搅拌桨的下端接近反应器底部，搅拌桨转速范围在200?800rpm之间，搅拌时间在25?35min之间，其中，转速600rpm以上的高速搅拌的时间在大于20min，转向为俯视方向逆时针，使下层桨叶起提升作用，上层桨叶起下压作用；步骤5.5:保温；搅拌结束后，控制搅拌桨上行，使其脱离物料，化学反应结束；将反应器加热至950 ?1000°C，升温率为 7 ?15°C /min，保温 20 ?30min ；步骤5.6:冷却出炉；保温结束后将感应炉停电，感应炉开始冷却,待感应炉温度降低到室温时,从感应炉内取出反应器，破碎，从反应器底部取出还原出的Ce金属产品。本专利技术的有益效果是:本专利技术利用Ce02直接钙热还原工艺生产的Ce金属产品形状规则，表面洁净，密度可达6.3g/cm3，接近其理论密度(Ce的理论密度为6.6g/cm3)，还原收率达到98%以上。【附图说明】图1是本专利技术的一种CeO2的装料示意图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步描述。—种CeO2，具体包括如下步骤:第一步:确定制取方案。以CeO2为原料，金属Ca作还原剂，CaCl2-CaF2作助熔剂，化学反应方程式为:Ce02+2Ca+nCaCl2-CaF2 = Ce+2Ca0.nCaCl2_C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CeO2直接钙热还原制取金属Ce的方法，具体包括如下步骤：第一步：确定制取方案；第二步：确定投料量；第三步：物料的预处理；第四步：在反应器中装料；第五步：金属Ce的制备。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李迅，杨廷贵，陈世武，门朋飞，杨强，吕克强，
申请(专利权)人：中核四○四有限公司，
类型：发明
国别省市：甘肃;62