Příprava Kovových Slitin Vzácných Zemin

Nov 24, 2023

Zanechat vzkaz

V roce 1826 Švéd Musander poprvé použil kovový sodík a draslík k redukci bezvodého chloridu ceru k výrobě kovového ceru s mnoha nečistotami. V roce 1875 W. Hillebrand a T. Norton poprvé použili elektrolýzu chloridové roztavené soli k získání malých množství smíšených kovů ceru, lanthanu a praseodymu, neodymu. Koncem 1930 byly vyvinuty procesy tepelné redukce kovů a elektrolýzy roztavené soli k výrobě průmyslových čistých kovů vzácných zemin z halogenidů vzácných zemin. Metoda kovové tepelné redukce fluoridu vápenatého spočívá ve smíchání a zhutnění bezvodého fluoridu vzácných zemin s částicemi kovového vápníku překračujícími teoretické množství o 10-15 %, vložit jej do tantalového kelímku, umístit do vysokovakuové elektrické pece, naplnit s inertním plynem a provádějí redukční reakci při teplotě 50-100 stupně vyšší, než je teplota tání strusky a kovu. Udržujte při reakční teplotě asi 15 minut, poté ochlaďte na pokojovou teplotu, odstraňte strusku a odstraňte kov, s mírou regenerace kovu 95-97 %. Výrobek však obsahuje 0.1-2% vápníku a 0.{10}}% tantalu (obsah tantalu v redukovaném skandiu a luteciu je až 2 % nebo více) jako vysoké nečistoty, jako je kyslík a fluor. Je třeba jej dále podrobit vysokému vakuovému přetavování a destilaci (nebo sublimaci), aby se odstranily nečistoty. Tato metoda může produkovat lanthanoidové kovy jiné než samarium, europium, ytterbium a thulium.
Běžně používaná redukční činidla v procesu chloridové tepelné redukce jsou lithium nebo vápník. Vzhledem k nižší reakční teplotě lze použít titanové a molybdenové kelímky, které jsou levnější než tantalové, a mohou snížit znečištění kelímku na kovu.

Příprava kovů vzácných zemin ze skupiny yttria metodou mezislitiny: Určitý podíl hořčíku a chloridu vápenatého se přidá do vsázky redukční pece za vzniku slitin hořčíku vzácných zemin a strusky CaF2 CaCl2 s nízkou teplotou tání. Při redukci bezvodého YF3 vápníkem se kovový vápník a hořčík vloží do kelímku (obrázek 3), zatímco YF3 a CaCl2 se vloží do horní plnicí nálevky. Reakční nádoba je utěsněna a vakuována do 10-2 hořáků, poté naplněna plynným argonem a zahřátá na 950 stupňů, aby YF3 a CaCl2 mohly spadnout do kelímku. Materiál pece prochází redukčními a legovacími reakcemi podle následujícího vzorce. Po držení po dobu {{10}} minut se kelímek vyjme, aby se získala slitina yttria a hořčíku obsahující 24 % hořčíku. Vakuová destilace této slitiny při určité rychlosti ohřevu na 950 stupňů. Získaná houba yttrium obsahuje méně než 0,01 % vápníku a hořčíku s čistotou kovu přibližně 99.5-99,7 %. Houba yttrium se přetaví ve vakuové obloukové peci, aby se získal hustý kov s výtěžností 90-94 %. Metoda redukce lanthanu (ceru) oxidu samaria, oxidu europia, oxidu ytterbia a oxidu thulia redukuje Sm2O3, Eu2O3, Yb2O3 a Tm2O3 při vysoké teplotě a vysokém vakuu za použití kovů s nižším tlakem par, jako je lanthan, cer a dokonce i cer smíšené kovy vzácných zemin jako redukční činidla. Současně lze destilací získat odpovídající kovy. Slinutý prášek R2O3 s kovovým redukčním činidlem promícháme a slisujeme s čistým povrchem (bez oxidového filmu) do bloku. Za podmínek vakua 10-3 hořáků a 1300-1600 stupňů lze dosáhnout vysoké výtěžnosti kovu redukční destilací po dobu 0.5-2 hodin. Zařízení pro redukční destilaci je znázorněno na obrázku 4. Tato metoda je také vhodná pro výrobu kovového dysprosia, holmia a erbia, ale vyžaduje vyšší teplotu a stupeň vakua. Redukční reakce Eu2O3 je intenzivní a redukční teplota je o 100-500 stupně nižší než u oxidů redukovaného samaria, ytterbia a thulia. Operace by měla být prováděna v inertní atmosféře.