稀土金属的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种稀土金属的制备方法，包括以下步骤：将稀土碳酸盐进行控温焙烧分解；以焙烧产物为原料进行熔盐电解制备稀土金属。本发明专利技术与已有技术相比较，可避免直接使用结晶碳酸稀土电解时因游离水与结晶水对电解过程造成的不利影响，通过低温控制分解以及稀土熔盐余热直接接触利用，解决了碳酸稀土热分解为氧化稀土过程中热效率低的问题，使得上下游协同从而大幅降低稀土金属电解能耗。同从而大幅降低稀土金属电解能耗。同从而大幅降低稀土金属电解能耗。

【技术实现步骤摘要】
稀土金属的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种稀土金属的制备方法。属于冶金领域。

技术介绍

[0002]稀土金属(合金)因其特殊的性能被广泛应用。如稀土金属镧常用于稀土钢、贮氢合金、金属的还原剂；镧铈金属在铝、镁合金领域得到诸多应用。金属镨钕由于具有优秀的磁学性能，是目前钕铁硼永磁材料的重要原料；稀土钐钴型材料可作高温下稀土永磁材料，也可在原子能工业、高温超导以及中子屏蔽材料领域；金属钆用作核反应堆的制管材料，磁致冷的工作介质和磁光记录材料储氢合金基质等。
[0003]目前稀土金属(合金)的制备主要采用稀土氧化物熔盐电解法，将碳酸稀土通过约1000℃完全热分解为稀土氧化物(REO≥99％)作为原料，通过连续加料方式将其加入到约1100℃的氟化稀土
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氟化锂熔盐电解质中电解，由此可见，稀土金属制备是高耗能技术，以镨钕金属为例，碳酸镨钕通过1000℃高温灼烧形成氧化镨钕，氧化镨钕冷却后又加入1100℃左右的高温稀土熔盐中电解为镨钕金属，在“双碳”背景下，如何将上下游衔接，充分发挥产业链优势变得尤为重要。
[0004]此外，碳酸稀土完全分解为氧化稀土过程中，碳酸稀土在高温灼烧过程中会释放出大量的CO2，并且碳酸稀土中夹带的氯、铵等在高温灼烧过程中会释放出少量的氯化氢、氨气，大幅缩短了设备的使用寿命，且对设备材质要求高。同时，碳酸稀土在脱除游离水、结晶水，逐步分解为碳酸氧稀土以及氧化稀土阶段，热效率阶梯式下降，造成能源浪费。尤其是以常规氯含量为300～500ppm的碳酸稀土灼烧氧化稀土过程中，为降低氧化稀土中氯含量对电解过程影响，需要在理论灼烧温度上继续提升温度以降低产物氯含量，进一步造成能源浪费。但若完全以结晶碳酸稀土为原料制备金属，又会因为游离水和结晶水存在，电解过程中会导致熔盐溅射产生“放炮”现象，造成稀土及熔盐损失，影响电解效率，并形成安全隐患。因此，如何在金属电解制备过程兼顾节能与安全成为重要命题。
[0005]CN102677098A公开了一种富铈混合稀土金属的制备方法，其富铈混合稀土碳酸盐经过100～300℃烘干至含水0.5～3wt％后制块作为原料进行熔盐电解。CN1147568A公开了以富镧碳酸稀土为原料直接进入电解槽进行熔盐电解。二者原料都含水，电解过程中存在稀土损失、电解效率低等问题。
[0006]CN111621815B公开了一种制备低氧高纯稀土金属的短流程方法，包括以单一稀土氧化物或混合稀土氧化物为原料，纯度不低于99.5％，在氟化物熔盐体系中进行电解，阴极析出稀土金属。CN102583490A公开了一种灼烧过程中降低稀土氧化物产品氯根含量的方法，该方法以碳酸稀土为原料，将料钵装入原料后，在料钵四周均匀分布插孔，将设有排气装置的隧道窑自动进料，控制灼烧温度在700～1100℃得到稀土氧化物。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种稀土金属的制备方法，该方法不需要将稀
土碳酸盐完全焙烧为稀土氧化物(REO≥99wt％)，大大降低了能耗及能耗燃烧带来的碳排放。本专利技术通过对稀土氧化物制备过程与稀土金属熔盐电解过程分析研究，利用碳酸稀土热分解过程脱结晶水产物到氧化稀土分解能耗降低，并充分利用灼烧分解物料温度与电解余热保障熔盐电解过程，综合降低金属制备能耗意义重大。本专利技术采用如下技术方案实现上述目的。
[0008]本专利技术提供一种稀土金属的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将稀土碳酸盐进行控温焙烧分解，得到不同物质组成的带温的焙烧产物；其中，所述焙烧产物中稀土氧化物含量小于95wt％；
[0010](2)将所述带温的焙烧产物直接作为熔盐电解原料，利用氟化锂
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氟化稀土电解质熔盐体系热量直接接触分解焙烧产物，低碳制备稀土金属。
[0011]根据本专利技术所述的制备方法，优选地，所述稀土碳酸盐选自稀土正碳酸盐、稀土碱式碳酸盐或二者的混合物。
[0012]根据本专利技术所述的制备方法，优选地，所述稀土碳酸盐中的稀土元素选自镧、镨、钕、钐、钆中的一种或多种。
[0013]根据本专利技术所述的制备方法，优选地，所述稀土碳酸盐选自碳酸镧、碳酸镧铈、碳酸镨钕、碳酸镨、碳酸钕、碳酸钐、碳酸钆、碱式碳酸镧、碱式碳酸镧铈、碱式碳酸镨钕、碱式碳酸钐、碱式碳酸钆中的至少一种。
[0014]根据本专利技术所述的制备方法，优选地，所述焙烧产物选自以下物质中的一种或多种：
[0015](a)无水碳酸稀土；
[0016](b)无水碱式碳酸稀土；
[0017](c)无水碱式碳酸稀土与碳酸氧稀土的混合物；
[0018](d)无水碳酸稀土与碳酸氧稀土的混合物；
[0019](e)碳酸氧稀土；
[0020](f)碳酸氧稀土与稀土氧化物的混合物。
[0021]根据本专利技术所述的制备方法，优选地，所述的控温焙烧的温度小于等于800℃。
[0022]根据本专利技术所述的制备方法，优选地，所述的控温焙烧的温度为320～600℃。
[0023]根据本专利技术所述的制备方法，优选地，氟化锂
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氟化稀土电解质体系中，氟化锂和氟化稀土的重量比为1:(4～12)。
[0024]根据本专利技术所述的制备方法，优选地，氟化锂
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氟化稀土电解质体系中，氟化稀土选自氟化镧、氟化镧铈、氟化镨钕、氟化镨、氟化钕、氟化钐、氟化钆中的一种或多种。
[0025]根据本专利技术所述的制备方法，优选地，电解温度为950～1150℃，电解时间为1～5h。
[0026]采用本专利技术的稀土金属的制备方法可以不用将稀土碳酸盐完全焙烧为单一稀土氧化物，而是仅通过焙烧形成包括无水稀土碳酸盐、碳酸氧稀土或碳酸氧稀土与稀土氧化物的混合物等的带温焙烧产物即可直接通过电解获得稀土金属，大大降低了能耗。进一步地，本专利技术的方法还降低了对设备材质的需求，降低二氧化碳排放量，提高了热效率，提高了生产效率。
附图说明
[0027]图1为实施例1的碳酸氧镧(焙烧产物)的XRD结果图。
[0028]图2为实施例3的碳酸氧镨钕和氧化镨钕混合物(焙烧产物)的XRD结果图。
[0029]图3为实施例4的碱式碳酸镧的XRD结果图。
具体实施方式
[0030]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0031]本专利技术的稀土金属的制备方法包括如下步骤：(1)稀土碳酸盐控温焙烧步骤；(2)电解步骤；任选地，还包括将焙烧后的带温的焙烧产物转移至电解槽内的步骤。本专利技术中所述“低碳”指的是稀土碳酸盐热不完全分解过程中能源消耗少。而焙烧采用的能源是天然气，燃烧会产生大量二氧化碳，因此，更低碳环保。下面进行详细描述。
[0032]<稀土碳酸盐焙烧步骤>
[0033]将稀土碳酸盐进行焙烧，得到带温的焙烧产物。具体地，将稀土碳酸盐置入加热装置中进行焙烧，得到带温的焙烧产物。所述焙烧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土金属的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将稀土碳酸盐进行控温焙烧分解，得到不同物质组成的带温的焙烧产物；其中，所述焙烧产物中稀土氧化物含量小于95wt％；(2)将所述带温的焙烧产物直接作为熔盐电解原料，利用氟化锂
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氟化稀土电解质熔盐体系热量直接接触分解焙烧产物，低碳制备稀土金属。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀土碳酸盐选自稀土正碳酸盐、稀土碱式碳酸盐或二者的混合物。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀土碳酸盐中的稀土元素选自镧、镨、钕、钐、钆中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀土碳酸盐选自碳酸镧、碳酸镧铈、碳酸镨钕、碳酸镨、碳酸钕、碳酸钐、碳酸钆、碱式碳酸镧、碱式碳酸镧铈、碱式碳酸镨钕、碱式碳酸钐、碱式碳酸钆中的至少一种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧产物选自以下物质中...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔建国，蔚腊先，徐萌，张升强，王新宇，
申请(专利权)人：包头稀土研究院，
类型：发明
国别省市：