Metodo di preparazione dei metalli delle terre rare di alta purezza
La terra rara è un termine generale per 17 elementi metallici tra cui elementi di lantanide, scandium e ittrio nella tavola periodica. A causa delle proprietà simili tra elementi, il processo di separazione e purificazione è complicato e non è facile ottenere un singolo prodotto di terre rare.
I metalli delle terre rare di alta purezza possono essere utilizzati come materiali magnetici, materiali funzionali ottici, materiali catalitici, bersagli di sputtering, ecc. E trasformati in circuiti integrati, sensori, memoria, dispositivi di visualizzazione optoelettronica e altri prodotti. Sono ampiamente utilizzati in elettronica, comunicazioni, display di cristalli liquidi, nuovi veicoli energetici, attrezzature industriali, ingegneria marina, aerospaziale e altri campi.
Con l'approfondimento continuo della ricerca sull'applicazione dei metalli delle terre rare, i requisiti per la purezza dei metalli delle terre rare stanno diventando sempre più in alto. Al momento, i principali metodi di preparazione dei metalli delle terre rare di alta purezza sono la fusione del vuoto, la distillazione del vuoto, l'elettrolisi solida, la fusione della zona, ecc.
(1) Metodo di fusione del vuoto
I metalli delle terre rare con bassa pressione di vapore, come scandium, ittrio, lantanio, cerio, praseodimio, neodimio, gadolinio, terbio e lutetium, sono fusi e purificati in grado di vuoto maggiore di 1,33 × 10-4 PA e una temperatura superiore rispetto al punto di fusione del metallo di 200 ~ 1000 gradi. In questo caso, le impurità con un'elevata pressione di vapore, come metalli alcali, metalli di terra alcalina, fluoruri e ossidi a basso valore, possono essere distillati, ma l'effetto di rimozione delle impurità con alti punti di ebollizione come Tantalum, ferro, vanadio e cromio è scarso. La fusione del vuoto è efficace per rimuovere le impurità con alta pressione di vapore (F, Ca, Mg, ecc.) Dalla maggior parte dei metalli delle terre rare. Generalmente, l'arco elettrico o il fascio di elettroni o il ricordo del riscaldamento del forno a induzione vengono utilizzati in condizioni di vuoto.
(2) Metodo di distillazione del vuoto
L'essenza della tecnologia di distillazione del vuoto è la distillazione-sconfitta, che utilizza la differenza nella pressione del vapore di ciascun elemento per purificare i metalli delle terre rare in condizioni di vuoto. Questo metodo richiede una grande pressione di vapore per la purificazione del metallo al fine di ottenere una distillazione pratica o una velocità di sublimazione e deve essere effettuata a una temperatura inferiore alla co-distillazione o alla temperatura di sublimazione dei suoi ossidi. È usato principalmente per la purificazione di pesanti metalli delle terre rare.
YTTRIUM, GADOLINIO, TERBIO e LUTETIO sono distillati e purificati a un grado di vuoto di 1,33 × 10- ⁴ ~ 1 .33 × 10- ⁷ Pa e una temperatura di 1600 ~ 1725 gradi e scandium, Dysprosium, Dysprosium , Holmium, Erbio, Thulium, Samarium, Europium e Itterbio sono distillati e purificati a 1550 ~ 1650 gradi. In tali condizioni, le impurità dei metalli con bassa pressione di vapore come tantalum e tungsteno e composti contenenti carbonio, azoto e ossigeno rimarranno nel crogiolo. Questo metodo viene spesso utilizzato insieme allo scioglimento del vuoto.
(3) Metodo di elettrolisi a stato solido
Il metodo di elettrolisi a stato solido, noto anche come metodo di elettromigrazione a stato solido, si riferisce alla migrazione delle impurità nei metalli delle terre rare sotto l'azione di un campo elettrico a corrente continua, in particolare vicino al punto di fusione del metallo, dove la mobilità è alta. A causa delle differenze nella carica effettiva e nel coefficiente di diffusione di ciascun elemento di impurità, anche la direzione di migrazione e la mobilità di ciascun elemento sono diverse.
Un'asta di metallo di terra rara viene passata attraverso la corrente continua in un vuoto ultra-alto o atmosfera inerte e mantenuta a 100-200 grado inferiore al punto di fusione del metallo per 1-3 settimane. In base all'azione dell'alta temperatura e del campo elettrico a corrente continua, vari elementi di impurità sono arricchiti lungo l'asta di prova ad entrambe le estremità a causa della loro diversa carica, coefficiente di diffusione e mobilità. Tagliare le due estremità dell'asta di prova e la sezione centrale può essere nuovamente purificata mediante elettromigrazione. In laboratorio, il metodo dell'elettromigrazione viene utilizzato per purificare il lantanio, il cerio, il praseodimio, il neodimio, il gadolinio, il terbio, il ittrio e il lutetium e l'effetto della rimozione di impurità come carbonio, ossigeno e azoto è notevole.
L'attrezzatura utilizzata nel metodo di elettrolisi a stato solido è relativamente semplice e può effettivamente rimuovere impurità interstiziali con una carica efficace negativa nei metalli delle terre rare, come impurità del gas e impurità non metalliche. Ha anche un buon effetto di rimozione sulle impurità dei metalli. Tuttavia, questo metodo ha gli svantaggi del lungo ciclo di purificazione, a bassa resa e consumo di energia elevata.
(4) Metodo di fusione della zona
Le aste di metallo di terra rara sono una zona sciolta più volte in un forno di fusione di zona a una velocità molto lenta (come 0. 4mm/min quando si purificano il ytttrio). Ha un effetto significativo sulla rimozione di impurità dei metalli come ferro, alluminio, magnesio, rame e nichel, ma è inefficace per ossigeno, azoto, carbonio e idrogeno. Inoltre, anche il metodo combinato per la raffinazione elettrolitica e il metodo combinato di fusione di zone per purificare le terre rare hanno un certo effetto.
Inoltre, ci sono alcuni altri metodi, come il metodo di estrazione del sale fuso e il metodo di ricristallizzazione della ricottura di fusione ad arco. Il metodo di estrazione del sale fuso cambia il rapporto degli elementi di impurità contattando i metalli delle terre rare con sale fuso ad alta temperatura, in modo che le impurità entrino nel sale fuso, raggiungendo così lo scopo della purificazione. Il metodo di ricristallizzazione della ricottura di fusione dell'arco riscalda il campione in un forno ad arco e lo ricordi a una temperatura leggermente inferiore al punto di fusione del campione per coltivare grani e migliorare la purezza.
Da quando è stato fondato nel 1958, HNRE ha effettuato ricerche approfondite e layout industriale di metalli delle terre rare ad alta purezza. L'HNRE è al livello principale del mondo nell'estrazione, nella purificazione e nello sviluppo del materiale dell'applicazione di metalli delle terre rare di alta purezza. Godendo della reputazione di "re di scandium nel mondo".