一种固相下提纯粗稀土金属的方法技术

一种在固相下去除粗稀土金属中一种或多种非金属杂质的方法，主要步骤是用金属箔片将粗稀土金属和与粗稀土金属直接接触的吸气剂紧密包裹后置于加热容器中，调节反应气氛后，在一定温度下反应，加热过程中粗稀土金属的非金属杂质扩散进入吸气剂中，从而达到提纯粗稀土金属的目的，冷却后将吸气剂与稀土金属分离即可。本方法能在固相下有效去除稀土金属中的非金属杂质，而且对稀土金属的形状、杂质含量要求很低，对体系的反应条件，如真空度、温度等的要求也非常低，操作简单，流程少，极有在工业上大量提纯稀土金属的潜力。

【技术实现步骤摘要】
—种固相下提纯粗稀土金属的方法
本专利技术涉及金属提纯领域，更具体地涉及一种在固相下从粗稀土金属中去除一种或多种非金属杂质的方法。
技术介绍
近年来，高纯稀土金属广泛用于电子工业、超导体工业、半导体工业、核工业以及其他高精尖产业，且其需求量大量增加。但稀土金属与非金属杂质，如C、H、0、N、F等，有很强的结合能力，而且非金属杂质会严重影响稀土金属的电、磁等性能，因此稀土金属提纯技术一直是研究者们追求的热点。稀土金属的提纯技术主要有区域熔炼法、电子束熔炼法、真空蒸馏法、固相电迁移法、电解精炼法，以及这些方法的结合。其中在低温固相下提纯稀土金属的方法只有固相电迁移法，该方法是目前深度提纯稀土金属的有效方法，且对去除间隙杂质和部分金属杂质都有较好的效果。但是该方法不仅生产周期长、效率极低，并且对原料形状、杂质含量、操作条件的要求太高，无法满足批量生产的要求，目前还只存在于实验室中。另外一种常用的固相下提纯金属的方法是外吸气法，该方法是利用与金属基体中间隙杂质结合力很强的活性物质将体系中的杂质气体分压降至极低，从而使金属基体中的杂质气体析出，实现金属的提纯效果。但外吸气法主要用于提纯熔点较高的VIB、VIIB族元素，如Nb、V、Ta等，对提纯稀土金属的应用非常少。此外Kamihira 等人(Materials Transactions, JIM, VOL.34, N0.3, 1993)尝试使用钙做脱氧剂提纯稀土金属镧、镨、钕、钆、铽和镝，他们将稀土金属和钙一起置于氧化钙坩埚里，共同密封在 氩气气氛的铁制容器内，加热并保持体系温度850°C和870°C超过12小时，整个过程中稀土被包裹在钙的熔体和蒸汽内。但是实验结果表明，在高于钙熔点的温度下提纯效果并不明显，甚至对于稀土金属铽和镝，热处理后金属基体中氧含量有增加趋势。这很有可能是由于熔融的钙与稀土形成合金，这样即使钙吸收了稀土中的杂质氧形成氧化钙，杂质氧也无法最终从固态的稀土金属中释放出来。所以液相外吸气法对提纯稀土金属没有明显效果。
技术实现思路
本专利技术目的是引入一种在固相下去除粗稀土金属中非金属杂质的方法。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下:一种在固相下去除粗稀土金属中非金属杂质的方法，包括以下步骤:I)用金属箔片将粗稀土金属和与粗稀土金属直接接触的吸气剂紧密包裹后置于加热容器中；2)将加热容器的反应气氛调节为真空或者惰性气氛；3)在(0.1-1) Tmin温度下热处理I~6000分钟，Tmin指粗稀土金属熔点与吸气剂熔点中的最低熔点；4)将粗稀土金属与吸气剂分离。进一步地，所述粗稀土金属包括稀土金属单质或合金中的一种或者几种。稀土合金范围较广，不易一一列出，常用稀土合金有磁性材料钐铁合金，钕铁合金和镝铁合金等，还有储氢材料镧镍合金等。进一步地，所述粗稀土金属中的非金属杂质包括C、H、O、N。非金属杂质主要以间隙原子的形式存在于稀土金属晶格中，在粗稀土金属为固相时，非金属杂质扩散速度也明显大于原子半径相对较大的金属杂质。进一步地，所述吸气剂主要包括钙、钡、钇、钛、锆的单质或其合金中的一种或者几种。吸气剂对非金属杂质的亲和力远大于对金属杂质，因此吸气剂能去除粗稀土金属中的非金属杂质。进一步地，步骤I)所述金属箔片的熔点高于步骤3)所述热处理温度。进一步地，步骤I)所述加热容器是管式炉或真空烘箱。进一步地，步骤3)中的Tmin指一个摄氏温度(单位为。C)，它指粗稀土金属熔点与吸气剂熔点的最低熔点。粗稀土金属与吸气剂紧密接触，提纯过程中粗稀土金属和吸气剂都保持固态，即加热温度低于其熔点。由于高温下杂质扩散速率较快，优先地选取加热温度不低于0.5TminO进一步地，步骤2)在真空气氛时，真空度不高于IO3Pa,此处的真空度指绝对真空度。进一步地，步骤2)在惰性气氛下，优先地选取惰性气体作为保护气氛，惰性气氛的压力范围不低于102Pa。进一步地，热处理时间需根据样品尺寸、加热温度和杂质在该温度下的扩散速率而定，一般在(0.1-DTmin温度下热处理时间大于I分钟，小于6000分钟。为了提纯的充分进行，优先地选取热处理时间大于60分钟,小于6000分钟。进一步地，步骤4)中将粗稀土金属与吸气剂分离一般是在其冷却后进行。本专利技术中粗稀土金属可以是任何可加工得到的形状和尺寸，只要其有表面，即可与吸气剂接触进行提纯。本专利技术中反应前吸气剂中非金属杂质的含量应低于处理温度下反应平衡时对应杂质的含量，且吸气剂的量要足够大，优先地，至少比理论计算得到的质量大10%。本专利技术能在固相下有效去除粗稀土金属中的非金属杂质，而且对粗稀土金属的形状、杂质含量要求很低，对体系的反应条件，如真空度、温度等的要求也非常低，操作简单，流程少，极有在工业上大量提纯稀土金属的潜力。该方法也可用于包含稀土金属的混合物或合金的提纯。该方法亦可用于去粗稀土金属中除C、H、O、N以外的非金属杂质，如F等。【具体实施方式】下面通过具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案，但是保护范围不局限于此。实施例1将待提纯的粗稀土金属礼(氧含量1600mass ppm,氮含量400mass ppm,氢含量450mass ppm),锯成2*2*10mm 的长方体,取一块。将吸气剂乾(氧含量8000mass ppm,氮含量1000mass ppm,氢含量500mass ppm)锯成相同大小，取两块。将礼块夹在两块乾之间，用钽片紧密包裹，置于管式炉中加热，加热温度1100°C(相当于0.84Tmin)。管式炉中绝对真空度为IO1Pa,加热时间12h。反应后去掉钇块，打磨钆块表面，检测得氧含量降至约30massppm,氮含量降至40mass ppm,氢含量IOmass ppm。实施例2将待提纯的粗稀土金属镨(氧含量3000mass ppm),车成直径2mm的圆柱,取长度IOmm的一块。取吸气剂钙(分析纯)体积大约是钆块的两倍，切成小块若干。将钆块夹在钙的小块中间，用镍片紧密包裹，置于真空烘箱中加热，加热温度700°C(相当于0.83Tmin)。烘箱中中绝对真空度为IO3Pa,加热时间12h。反应后去掉包裹在镨表面的钙，打磨镨块表面，检测得氧含量降至约200mass ppm。实施例3将待提纯的粗稀土金属钆(氢含量450mass ppm)，锯成2*2*10mm的长方体，取一块。将吸气剂T1-Zr合金锯成相同大小，取两块。将钆块夹在两块合金之间，用镍片紧密包裹，置于真空烘箱中加热，加热温度131°C(相当于0.lTmin)。管式炉中绝对真空度为IO1Pa,加热时间24h。反应后去掉合金块，打磨钆块表面，检测得氢含量降至约80mass ppm。实施例4将待提纯的粗稀土金属(氧、氢含量分别是1600mass ppm和400mass ppm),锯成2*2*10mm的长方体，取一块。粗稀土金属主要由钐铁合金和钐组成。取吸气剂Ti合金锯成相同大小，取两块；取吸气剂钙(分析纯)体积大约是钆块的两倍，切成小块若干。将钆块夹在两块Ti片之间，另外 几个面均与钙块密切接触，用钽片紧密包裹，置于管式炉中加热，加热温度839°C(相当于Tmin)。管式炉中充入高纯氩气，并密封，压强为IO2Pa,保温时间lmin。反应后去掉Ti块和钙块，打磨钆块表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在固相下去除粗稀土金属中非金属杂质的方法，包括以下步骤：1）用金属箔片将粗稀土金属和与粗稀土金属直接接触的吸气剂紧密包裹后置于加热容器中；2）将加热容器的反应气氛调节为真空或者惰性气氛；3）在（0.1?1）Tmin温度下热处理1～6000分钟，Tmin指粗稀土金属熔点与吸气剂熔点中的最低熔点；4）将粗稀土金属与吸气剂分离。

【技术特征摘要】
1.一种在固相下去除粗稀土金属中非金属杂质的方法，包括以下步骤: 1)用金属箔片将粗稀土金属和与粗稀土金属直接接触的吸气剂紧密包裹后置于加热容器中； 2)将加热容器的反应气氛调节为真空或者惰性气氛； 3)在(0.1-1) Tmin温度下热处理I~6000分钟，Tmin指粗稀土金属熔点与吸气剂熔点中的最低熔点； 4)将粗稀土金属与吸气剂分离。2.如权利要求1所述在固相下去除粗稀土金属中非金属杂质的方法，其特征在于，所述粗稀土金属包括稀土金属单质或合金中的一种或者几种。3.如权利要求1所述在固相下去除粗稀土金属中非金属杂质的方法，其特征在于，所述非金属杂质指C、H、O、N。4.如权利要求1所述在固相下去除粗稀土金属中非金属杂质的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：田丰，李星国，王志强，颜世宏，李国玲，李里，
申请(专利权)人：北京大学，有研稀土新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：