шихта для получения редкоземельных металлов

Формула изобретения

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.

Фторид редкоземельного металла 11,20 24,34

Хлорид редкоземельного металла 51,62 65,80

Металлический кальций 23,00 24,05т

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности для получения редкоземельных металлов (РЗМ).

Известна шихта для получения редкоземельных металлов, содержащая хлориды редкоземельных металлов и восстановитель - литий [1].

Недостатками шихты являются длительность процесса получения металлов, дороговизна металлического лития, получение металлов в виде губки.

Известна шихта для получения слитков редкоземельных металлов, содержащая их хлориды и восстановитель - кальций [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.

Наиболее близкой к предлагаемой является шихта для получения редкоземельных металлов, содержащая фторид редкоземельных металлов и восстановитель - кальций [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].

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.

По прототипу же температура плавления шлака - фтористого кальция - составляет 1415^oC.

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.

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.

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.

Пример. Восстановительная плавка с заявляемым составом шихты производится в стальных герметичных ретортах и стальных стаканах, футерованных фтористым кальцием на слиток РЗМ 1000 г.

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.

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.

Температура начала реакции восстановления при этом составляет 630^oC.

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.

При оптимальном составе шихты: фторид РЗМ 19,55 мас.%, хлорид РЗМ 56,83 мас.%, кальций 23,62 мас.%, выход в слиток составил 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.

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.%.

Таким образом, введение в шихту хлоридов редкоземельных металлов позволяет проводить восстановительные плавки без использования дорогостоящих танталовых тиглей одноразового использования, снизить энергозатраты и другое.