RU2103402C1 - Charge for producing rare-earth metals - Google Patents

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy. SUBSTANCE: charge to produce rare-earth metals containing rare-earth metal chloride and calcium metal as reducing agent is supplemented with rare-earth metal chloride, so weight percentage of component is the following: rare-earth metal fluoride, 11.20-24.34; rare-earth metal chloride, 51.62-65.80; and calcium metal, 23.00-24.05. EFFECT: enlarged resource of starting components.

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности для получения редкоземельных металлов (РЗМ). The invention relates to metallurgy, in particular for the production of rare earth metals (REM).

Известна шихта для получения редкоземельных металлов, содержащая хлориды редкоземельных металлов и восстановитель - литий [1]. A known mixture for producing rare earth metals, containing rare earth metal chlorides and a reducing agent is lithium [1].

Недостатками шихты являются длительность процесса получения металлов, дороговизна металлического лития, получение металлов в виде губки. The disadvantages of the charge are the duration of the process of obtaining metals, the high cost of metallic lithium, the receipt of metals in the form of a sponge.

Известна шихта для получения слитков редкоземельных металлов, содержащая их хлориды и восстановитель - кальций [2]. A known mixture for producing ingots of rare earth metals, containing their chlorides and a reducing agent is calcium [2].

Недостатками шихты являются высокая гигроскопичность и склонность к гидролизу хлоридов редкоземельных металлов, необходимость применения дорогостоящих танталовых тиглей для проведения плавок, что удорожает себестоимость выплавляемых металлов. The disadvantages of the mixture are high hygroscopicity and a tendency to hydrolysis of rare-earth metal chlorides, the need to use expensive tantalum crucibles for melting, which increases the cost of smelting metals.

Наиболее близкой к предлагаемой является шихта для получения редкоземельных металлов, содержащая фторид редкоземельных металлов и восстановитель - кальций [3]. Closest to the proposed is a mixture for the production of rare earth metals containing rare earth metal fluoride and a reducing agent is calcium [3].

Недостатками шихты являются использование дорогостоящих фторидов редкоземельных металлов, высокий расход электроэнергии для достижения перегрева расплава при проведении плавок, с целью снижения вязкости шлака и хорошего разделения металла и шлака; необходимость применения дорогостоящих танталовых тиглей одноразового использования [3]. The disadvantages of the charge are the use of expensive rare earth fluorides, high energy consumption to achieve overheating of the melt during melting, in order to reduce the viscosity of the slag and good separation of metal and slag; the need to use expensive disposable tantalum crucibles [3].

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что шихта дополнительно содержит хлорид редкоземельного металла при следующем содержании ингредиентов, мас.%:
Фторид редкоземельного металла - 11,2-24,34
Хлорид редкоземельного металла - 51,62-65,80
Металлический кальций - 23,00-24,05
В отличие от прототипа, дополнительное введение в состав реакционной шихты хлорида редкоземельного металла в заявляемых пределах позволяет получать слитки редкоземельного металла, а шлак после проведения восстановительной плавки - с более низкой температурой плавления. Температура плавления шлака, состоящего из фтористого и хлористого кальция, в заявляемом способе составляет не более 800^oC.The essence of the claimed invention lies in the fact that the mixture additionally contains rare earth chloride in the following ingredients, wt.%:
Rare earth metal fluoride - 11.2-24.34
Rare earth metal chloride - 51.62-65.80
Metallic calcium - 23.00-24.05
In contrast to the prototype, the additional introduction of rare earth chloride to the composition of the reaction mixture within the claimed limits allows to obtain rare earth metal ingots, and the slag after the reduction smelting has a lower melting point. The melting point of the slag, consisting of fluoride and calcium chloride, in the present method is not more than 800 ^o C.

По прототипу же температура плавления шлака - фтористого кальция - составляет 1415^oC.According to the prototype, the melting point of the slag - calcium fluoride - is 1415 ^o C.

Введение в шихту хлорида редкоземельных металлов менее 51,62 мас.% приводит к повышению температуры плавления шлака, к необходимости перегрева продуктов плавки, плохому разделению металла и шлака, снижению выхода металлов в слиток. The introduction of rare earth metal chloride into the charge of less than 51.62 wt.% Leads to an increase in the melting temperature of the slag, to the need for overheating of the melting products, poor separation of metal and slag, and a decrease in the yield of metals in the ingot.

Введение в шихту хлоридов редкоземельных металлов более 65,80 мас.% приводит к уменьшению теплового эффекта реакции, к образованию легкоплавкой эвтектики и растворению футеровки реакционного стакана при контакте с жидким шлаком, например, с футеровкой из фтористого кальция. The introduction of rare earth metal chlorides into the charge of more than 65.80 wt.% Leads to a decrease in the thermal effect of the reaction, to the formation of a low-melting eutectic and to dissolution of the lining of the reaction beaker in contact with liquid slag, for example, with a lining of calcium fluoride.

Таким образом, заявляемый состав шихты существенно отличается от прототипа, неизвестен из мировой практики и позволяет удешевить и упростить аппаратурное оформление, увеличить производительность процесса восстановления (масштаб плавки), снизить энергозатраты, что подтверждает высокий изобретательский уровень заявляемого технического решения. Thus, the claimed composition of the charge differs significantly from the prototype, is unknown from world practice and allows you to reduce the cost and simplify the hardware design, increase the performance of the recovery process (smelting scale), reduce energy consumption, which confirms the high inventive step of the claimed technical solution.

Пример. Восстановительная плавка с заявляемым составом шихты производится в стальных герметичных ретортах и стальных стаканах, футерованных фтористым кальцием на слиток РЗМ 1000 г. Example. Recovery smelting with the claimed composition of the charge is carried out in steel sealed retorts and steel cups lined with calcium fluoride on an REM ingot of 1000 g.

Компоненты шихты готовят следующим образом: водную пульпу карбонатов редкоземельных элементов обрабатывают плавиковой кислотой с недостатком фтор-иона от стехиометрии. Карбонаты берутся в избытке в заявляемых пределах. Пульпа фильтруется, к влажному осадку, содержащему фториды РЗМ и карбонаты РЗМ, добавляется хлорид аммония с избытком от стехиометрии 10 мас.%, и смесь прокаливается в печи при температуре не менее 500^oC в течение 2 ч. В процессе прокалки происходит обезвоживание кристаллогидратов фторидов РЗМ и образование хлоридов РЗМ с получением смеси фторидов и хлоридов менее гигроскопичных, чем хлориды РЗМ.The components of the mixture are prepared as follows: an aqueous pulp of rare earth carbonates is treated with hydrofluoric acid with a lack of fluorine ion from stoichiometry. Carbonates are taken in excess within the claimed limits. The pulp is filtered, ammonium chloride with an excess of stoichiometry of 10 wt.% Is added to a wet cake containing REM fluorides and REM carbonates, and the mixture is calcined in an oven at a temperature of at least 500 ^o C for 2 hours. During calcination, dehydration of fluoride crystalline hydrates REM and the formation of REM chlorides to produce a mixture of fluorides and chlorides less hygroscopic than REM chlorides.

Полученная по вышеописанному способу смесь безводных солей РЗМ тщательно смешивается со стружкой или крупкой металлического кальция и загружается в футерованный фтористым кальцием стальной реакционный стакан. Стакан помещается в стальную реторту, последнюю герметично закрывают, вакуумируют, заполняют аргоном и помещают в печь с последующим нагревом до температуры 600^oC, с выдержкой при этой температуре 0,5 ч, с дальнейшим повышением температуры в печи до температуры плавления редкоземельных металлов.The mixture of anhydrous salts of rare-earth metals obtained by the above method is thoroughly mixed with chips or grains of calcium metal and loaded into a steel reaction beaker lined with calcium fluoride. The glass is placed in a steel retort, the latter is sealed, vacuumized, filled with argon and placed in a furnace, followed by heating to a temperature of 600 ^o C, holding at this temperature for 0.5 h, with a further increase in temperature in the furnace to the melting point of rare-earth metals.

Температура начала реакции восстановления при этом составляет 630^oC.The temperature of the onset of the reduction reaction is 630 ^o C.

После охлаждения до комнатной температуры металл вместе со шлаком и футеровкой извлекают из стакана. Слиток отделяют от шлака, шлак поступает на дальнейшую переработку, футеровка возвращается для футерования стакана последующей восстановительной плавки. After cooling to room temperature, the metal together with the slag and lining is removed from the glass. The ingot is separated from the slag, the slag is fed for further processing, the lining is returned to lining the glass of the subsequent reduction smelting.

При оптимальном составе шихты: фторид РЗМ 19,55 мас.%, хлорид РЗМ 56,83 мас.%, кальций 23,62 мас.%, выход в слиток составил 90%. With the optimal composition of the charge: REM fluoride 19.55 wt.%, REM chloride 56.83 wt.%, Calcium 23.62 wt.%, The ingot yield was 90%.

Увеличение доли хлоридов РЗМ в шихте свыше 65,8 мас.% приводило к образованию легкоплавкой эвтектики с футеровкой реторты фтористым кальцием и взаимодействию со стальным реакционным стаканом. An increase in the proportion of REM chlorides in the charge of more than 65.8 wt.% Led to the formation of a low-melting eutectic with lining of the retort with calcium fluoride and interaction with a steel reaction beaker.

Уменьшение доли хлоридов в шихте менее 51,62 мас.% приводило к плохому разделению металла и шлака и снижению выхода металла в слиток - менее 80 мас.%. A decrease in the proportion of chlorides in the charge of less than 51.62 wt.% Led to poor separation of metal and slag and a decrease in the yield of metal in the ingot - less than 80 wt.%.

Таким образом, введение в шихту хлоридов редкоземельных металлов позволяет проводить восстановительные плавки без использования дорогостоящих танталовых тиглей одноразового использования, снизить энергозатраты и другое. Thus, the introduction of rare-earth metal chlorides into the charge allows reducing smelting without the use of expensive disposable tantalum crucibles, reducing energy costs and more.

Claims (1)

Шихта для получения редкоземельных металлов, содержащая фторид редкоземельного металла и металлический кальций в качестве восстановителя, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хлорид редкоземельного металла при следующем соотношении ингредиентов, мас. A mixture for producing rare earth metals containing rare earth metal fluoride and calcium metal as a reducing agent, characterized in that it additionally contains rare earth metal chloride in the following ratio of ingredients, wt. Фторид редкоземельного металла 11,20 24,34
Хлорид редкоземельного металла 51,62 65,80
Металлический кальций 23,00 24,05тRare earth metal fluoride 11.20 24.34
Rare Earth Chloride 51.62 65.80
Metallic calcium 23.00 24.05 t