用于生产金属钐的稀土氟化物体系电解工艺的制作方法

1.本发明专利涉及稀土氟化物熔盐体系电解工艺，一种专门电解生产金属钐的工艺技术，属于稀土火法冶金技术领域。


背景技术：

2.稀土金属及其合金由于其独特的物理、化学性质被广泛应用于电子、制导、航空、磁材等高新技术领域。作为我国的重要战略资源，稀土金属需求量越来越大。金属钐是用做钐钻系永磁体的原料，钐钻永磁体因为其具有的尺寸优势被用在轻型电子设备中，并且其在高温下所具有的独特功能受到了广泛的关注。此外钐具有核性质，可用作原子能反应堆的结构材料、屏敝材料和控制材料，使核裂变产生巨大的能量得以安全利用。
3.从技术角度，金属真空热还原蒸馏工艺和高温熔盐电解工艺是生产稀土金属及合金的主要方法。由于钐元素的变价特性无法用熔盐电解法进行工业生产。目前比较成熟的方法是利用金属钐高蒸气压的特点，在真空蒸馏炉中以金属镧作为还原剂，将氧化钐还原为金属钐。
4.真空热还原蒸馏工艺为间歇式生产方法，主要工艺流程为：原辅材料
→
配料
→
混匀
→
压成料块
→
装炉
→
真空还原
→
蒸馏
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冷凝
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熔铸
→
包装
→
入库。不但周期长、操作复杂、电能及原料成本高，而且单炉的产量也小。该工艺需要专业的大型生产设备，所需要的配套设施多；整个过程还需要惰性气体保护，是一个高危险的工艺过程。
5.目前稀土氟化物熔盐体系电解槽为上插阴、阳极结构。在此条件下钐元素作为变价阳离子在电解反应区表现为反复地得电子、失电子，二次反应使电流效率极低，无法有效形成大批量的熔融金属产品。所以，目前上插阴、阳极电解槽不适用生产金属钐。通过采用特殊材料改变电极配置方式、形成液态阴极或者固-液态阴极电解槽结构，可以使电解产物-液态金属钐保留于呈现阴极状态的接收器内，显著降低单质金属钐被二次氧化的趋势，可以实现电解生产过程的连续稳定运行。
6.与还原蒸馏工艺相比较，熔盐电解工艺具有操作简单、配套设备简单、连续生产定期出炉等优势。特别是生产成本大幅降低，有助于钐钴永磁材料应用领域的进一步扩大。
7.相关生产金属钐技术的专利很多。其中专利cn85100748a涉及一种以氯化衫为原料室温水溶液电解制备稀土金属衫的方法；专利cn204097548u涉及一种金属衫大型蒸馏炉，将单炉金属量50-100kgsm提高到大于200kg；为了缩短制造周期，专利cn 110117752b公开了一种制备钐铁合金的方法。但是采用稀土熔盐电解工艺技术生产金属钐的专利尚无报道。


技术实现要素：

8.针对上述稀土氟化物电解生产金属钐的技术特点，本专利的目的在于提供一种液态阴极或者固-液态阴极结构的电解槽。电解槽以石墨材料作为主要的炉膛砌筑材料，另外选择能够抵抗高温氟化物熔盐侵蚀的陶瓷材料置于炉膛关键部位。
9.电解质熔盐体系为lif-smf
3-sm2o3三元体系，其中smf3的含量为70-90%。电解原料为sm2o3，或者smf3与sm2o3的混合物，其中smf3的配料比例为0-50%。
10.电解槽的正常运行温度为1000-1200℃，正常工作电流为8-12ka。单炉月产量大于5000kgsm。
具体实施方式
11.实施例一采用炉膛内径φ500mm圆形电解槽，电极配置为上插分体石墨阳极、上插固态阴极（φ80mm钨棒）及液态阴极接收器（钨-陶瓷的复合坩埚）。电解质配比为smf3：lif：sm2o3＝70：10：2。将混合均匀的氧化钐和氟化钐连续匀速地加入到熔融的电解质表面，慢慢溶于电解质中，通以平均电流8ka直流电进行电解。每四小时出炉一次，每批次金属大约30公斤。为了提高电流效率，相关工艺条件波动越小越好。如加入电解原料时应当尽可能保持连续、均匀等。获得的金属钐产品中平均含碳量约300ppm。
12.实施例二采用炉膛内径φ650mm圆形电解槽，电极配置为上插分体石墨阳极及液态阴极接收器（钨-陶瓷的复合坩埚）。电解质配比为smf3：lif：sm2o3＝70：10：2。将混合均匀的氧化钐和氟化钐连续匀速地加入到熔融的电解质表面，慢慢溶于电解质中，通以平均电流10ka直流电进行电解。每四小时出炉一次，每批次金属大约40公斤。为了提高电流效率，相关工艺条件波动越小越好。如加入电解原料时应当尽可能保持连续、均匀等。获得的金属钐产品中平均含碳量约300ppm。


技术特征：
1.用于生产金属钐的稀土氟化物体系电解工艺，是将稀土原料加入到稀土电解槽，通过整流设备将直流电输送到槽体熔盐中，电解得到稀土金属钐。2.其特征在于，所述稀土原料中包括氧化钐及氟化钐。3.如权利要求1所述用于生产金属钐的稀土氟化物体系电解工艺，其特征在于，所述稀土氟化物熔盐中还包括氟化锂、氧化钐、氟化钐。4.如权利要求3所述用于生产金属钐的稀土氟化物体系电解工艺，其特征在于，所述稀土氟化物熔盐中氟化钐的比例为70-90%。5.如权利要求1所述用于生产金属钐的稀土氟化物体系电解工艺，其特征在于，电解槽为液态阴极结构，或者固-液态阴极结构。6.如权利要求1所述用于生产金属钐的稀土氟化物体系电解工艺，其特征在于，电解槽工作电流为8-12ka规模。7.如权利要求1所述用于生产金属钐的稀土氟化物体系电解工艺，其特征在于，电解槽运行温度为1000-1200℃范围。8.如权利要求1所述用于生产金属钐的稀土氟化物体系电解工艺，其特征在于，电解槽为连续加料、定期间歇出金属的操作方式。

技术总结
本发明涉及一种稀土氟化物熔盐体系电解工艺，它专门适用于生产金属钐，属于稀土火法冶金技术领域。本发明所述电解质熔盐体系为LiF-SmF


技术研发人员：任永红 冯蕾 郝建新 何洁
受保护的技术使用者：内蒙古益飞铽冶金科技有限公司
技术研发日：2022.02.12
技术公布日：2022/5/6