真空·稀土 | 一文了解稀土金屬提純中用到的真空技術
根據(jù)中國稀土行業(yè)協(xié)會的最新數(shù)據(jù)，春節(jié)以來，我國稀土市場受疫情影響十分明顯。2月上旬，絕大部分稀土企業(yè)停工停產(chǎn)，到了2月中旬，慢慢活躍，下旬復工范圍才逐漸擴大。到了3月下旬，全球新冠肺炎疫情日益嚴重，稀土產(chǎn)品市場終端需求疲軟，在缺乏需求支撐的大背景下，稀土市場成交冷清，雖然供應商挺價，但全系稀土產(chǎn)品的價格依然穩(wěn)重有降。
稀土金屬提純中用到的真空技術
眾所周知，稀土對世界各國經(jīng)濟增長有舉足輕重的貢獻，它們有許多特殊功能，是稀土永磁材料、磁致冷材料、稀土發(fā)光材料等新功能材料的基礎原料，除了冶金、石油化工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之外，稀土也廣泛應用于磁性、光纖通訊、超導等材料領域，并且占據(jù)重要地位，促進了新興高技術產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代軍事技術的發(fā)展。
提純難度大
稀土金屬共有17種化學元素，由鑭系元素和同族鈧、釔元素組成，由于元素間性質(zhì)接近，所以分離提純工藝復雜，單一稀土產(chǎn)品的獲取不易實現(xiàn)。
在稀土制備的過程中，真空環(huán)境是不可或缺的。隨著稀土金屬研究的不斷深入，對其純度的要求也越來越高。目前，提純稀土金屬的方法主要有電解精煉、真空重熔、真空蒸餾、區(qū)域熔煉、熔鹽萃取、固態(tài)電遷移等。下面，讓我們一起來了解一下其中涉及的真空技術吧。
真空蒸餾技術
真空蒸餾技術的本質(zhì)就是蒸餾-升華，利用各元素蒸汽壓的差異，在真空條件下提純稀土金屬。
這種方法對提純金屬的要求是要有較大的蒸汽壓，以利于獲得實際應用的蒸餾或升華速率，并且要在低于其氧化物共蒸餾或升華的溫度下進行，主要用于重稀土金屬的提純。
在生產(chǎn)中，蒸餾溫度升高，蒸餾速度隨之提高。此外，金屬蒸汽的冷凝速度是稀土金屬提純的另一個因素，如果冷凝速度比蒸餾速度大，就會產(chǎn)生回流現(xiàn)象，而冷凝速度與冷凝器的溫度、面積有關，且在冷凝速度一定的情況下，冷凝器溫度與表面積成反比關系。
該方法成本低、有較高的效率，再加上我國對稀土材料的需求不斷增長，所以真空蒸餾技術是目前廣泛應用并且具有規(guī)模生產(chǎn)能力的稀土提純處理方法之一。
真空蒸餾主要分為（1）還原-蒸餾技術，影響還原-蒸餾的主要因素有蒸餾溫度、保溫時間、壓錠密度、真空度、還原劑過量洗漱等；（2）真空蒸餾提純技術，利用稀土金屬與雜質(zhì)在某一溫度下蒸汽壓的差別，在高溫高真空下加熱處理，使稀土金屬與雜質(zhì)分離，從而得到高純稀土金屬。
真空蒸餾生產(chǎn)設備可以是真空感應爐、真空電阻爐。其中，真空感應爐具有升溫、降溫速率快的優(yōu)點，但其對溫度控制精度不及真空電阻爐。所以，真空感應爐適用于對溫度控制要求較低的大規(guī)模生產(chǎn)，而真空電阻爐的升溫、降溫速率慢，溫度控制精度高，因此，便于控制還原-蒸餾區(qū)和冷凝區(qū)的溫度，已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)。
真空重熔
真空重熔對大多數(shù)稀土金屬去除蒸汽壓高的雜質(zhì)（F、Ca、Mg等）均是有效的。一般在真空條件下采用電弧或電子束、感應爐加熱重熔。
對于蒸汽壓低的稀土金屬，真空重熔作為其進一步提純的方法，是目前普遍應用且規(guī)模較大的提純稀土金屬的方法，真空重熔后的稀土金屬純度通常可以提高2%~3%，達到99%~99.5%。
影響真空重熔效果的主要因素有重熔溫度、真空度、雜質(zhì)性質(zhì)等。
結(jié)語
由于稀土金屬的制備往往是在高溫、高真空條件下進行的，而稀土元素高溫化學活性很強，極易與C、N等多種元素生成化合物。所以，盡管真空技術在稀土金屬的提純中至關重要，但任何單一技術的效果都不是太理想。
應該在綜合考慮雜質(zhì)的種類、純度要求和對雜質(zhì)的去除效果等因素后，統(tǒng)籌考慮采用哪幾種工業(yè)提純方法相互補充，互相結(jié)合來去除雜質(zhì)。比如真空蒸餾-高真空熔煉配合，可使稀土產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定，并可進一步提高稀土金屬純度；鈣熱還原-電弧爐重熔制備低C、N、O的高純稀土金屬，等等。
上一篇： 如何正確選擇真空爐？
手機網(wǎng)站
真空聚焦公眾號
