金屬釔的研制 

本文提出了在氟化物熔鹽中電解氧化物共析出高品位Y-Mg合金，再經真空蒸餾除Mg得海綿 金屬釔，真空熔鑄制成純度大于99%的高純金屬釔產品的全流程。并研究了各工藝過程的技術條件。

 

關  鍵  詞 ： 金屬釔 熔鹽電解

近年來，稀土金屬在高技術新功能材料的研究與開發中得到越來越廣泛的應用，金屬釔及含釔的鎂合金、鋁合金等由于它們特 有的性質，在核能工業、航天、航空、計算機材料，特殊金屬結構材料等方面有著極其 廣泛的應用前景。如含釔0. 1%～1.0%的 “鐵鉻鋁合金”其高溫抗腐蝕性超過不銹鋼， 合金的抗氧化性大大提高，使用溫度高達 1300～1400℃;當釔與鋯聯合使用時，僅添加100ppm單一金屬釔就可使鋁導線的導電率增加50%1)8

金屬釔冶煉分為金屬熱還原法，熔鹽電 解法兩大類，早在60年代初我國就研制出鉭 坩堝氬氣保護下，于1500～1550℃金屬熱 還原制取金屬釔方法，直收率85%“,由于 還原溫度較高，所以還原設備較復雜，還原條 件在一定程度上受到限制；而熔鹽電解法即 采用熔鹽電解制取稀土中間合金，然后生產 稀土金屬。如氯化物液態鎂陰極制取低品位 含釔35%的Y-Mg合金，真空除Mg得金屬 釔(2)。本試驗采用氟化物熔鹽中電解氧化物 共析出高品位含釔80%的Y-Mg合金，真空 蒸留除Mg,再真空熔鑄獲得大于99%的金 屬釔。與氯化物液態鎂陰極電解法相比，簡化 了槽結構，減少Mg消耗，電解用熔鹽YF? 比 YCl3更穩定可靠，電解出的Y-Mg合金含釔真空蒸餾品位高，減輕了真空蒸餾除Mg的負擔，提高了生產效率。

一、實驗部分

1. 原料

Y?O3/T REO: 99.0%;

T REO: 99.15%;

MgO: CP; YF?/REF3:65%(自制); BaFz: 自制； NH?F:GR;

LiF:  工業級；MgFz;CP。

2. 金屬釔制取工藝

如圖1。

3. 設備

自制敞開式電解爐，ZKLD-1A型單管 爐，JK-200A型真空機組，ZG-0.025A型真空中頻感應爐.

二、結果與討論

1. 陰極電流密度對金屬直收率和電效的影響

圖2 D.對直收率和電效的影響

1-D對Y?Os直收率的影響；2-D對電效的影響

本試驗采用在陰極Y3+,Mg2+共析出的方法，產出含釔較高的Y-Mg合金。熔鹽體系 900～1000℃中，Y3+與Mg2+標準電極電位相差0.193～0.202V,為此采用高陰極電流密度，以使陰極Y3+與Mg2+達到共析出的目的。試驗表明當Di<15A/cm2時，Y3+析出動力不足，合金中含釔僅為61.1%,其重度小于熔鹽重度，造成金屬上浮燃燒，收率下降；當D.加大時，有利于Y3+析出，Y-Mg合金中釔含量增加，重度加大，凝聚性增強，易下沉，分離性能好；當D>36A/cm2時，電解質過熱，合金溶解性太大，造成電效急驟下降，因此我們選用25～30A/cm2范圍較為適宜。

2. 電解質組成選擇

電解質組成是直接關系到電解過程能否 正常進行，產品質量優劣的重要因素。本試驗對YF3、LiF、BaF2、MgF2組成進行了探索。YF?含量太低(<72%),Y?O3溶解減慢，熔鹽中的Y3+析出，F在陽極產生火花，“鈍化”陽極，不利于熔鹽組份長期使用；YF?含量太高 (>80%),電解質熔點升高，粘度增大，均使電效下降；LiF作為降低熔點和改善電導的 重要添加劑，但LiF>20%時，電解質揮發太大，不利于熔鹽連續電解；添加BaFz,減少熔鹽揮發損失，提高熔鹽與合金之間的分離程度，但不宜超過10%;MgF2在熔鹽中，能促進氧化稀土溶解，減少YF3含量，降低熔鹽成本，從試驗看，MgF2添加有利電解。

    3. 加料速度選擇

試驗表明，一般電流強度大，加料速度大，電效提高，但稀土氧化物在熔鹽中溶解度有限(Y?O33%～6%wt)37,因此又不可能無限制加大，在選定的的試驗條件下，不超過 5.2g/min; 當加料速度<3.1g/min時，產生陽極效應頻繁，電解狀況不好。

圖3 加料速度對直收率和電效的影響

1-加料速度對Y?O3直收率的影響；2-加料速度對電效的影響

4. 真空蒸餾制度選擇

本試驗選用各階梯升溫真空蒸餾方式，進行爐量、升溫制度、最終蒸餾溫度的探索。在一定爐膛內和抽力系統中隨爐量從250~500g增大，除Mg效果下降，海綿金屬釔中Mg含量由0.7%到3.05%;為了達到高效率，又不降低除Mg效果，在蒸餾爐量提高到500g時，升高最終溫度為1020℃,海綿釔中Mg含量<0.8%,金屬回收率97.86%

5. 真空熔鑄制度選擇

從試驗表明，控制一定真空度和溫度以及各種熔鑄條件，金屬釔中Mg的含量小于0.001%。關鍵是控制升溫和保溫時間，熔鑄時間不能大于75min,否則坩堝內濺出許多火花，金屬損失增大，回收率下降，較好的熔鑄時間是維持在45～50min之內.

三 、金屬釔產品質量

金屬釔產品表面呈黑灰色，斷口星銀灰色光澤，長期放置空氣中表面有點發暗，金屬塑性大，砸不碎：

金屬釔分析結果表 (Y

表1

 

試樣	YzO?    T REO	RE	Fe"	Ca	Mg	C	Si	Al ·	S	P	0
Y-1	99.508	98.399	0.49	0.014	<0.001	0.030	0.005	0.42	<0.01	<0.001	0.63
Y-1	99.469	98.745	0.27	0.005	<0.001	0.033	0.015	<0.37	<0.01	<0.001	0.55

 

*本試驗采用剛玉坩堝盛接合金.手工破碎合金，易造成產品中Al、Fe含量較高，大生產時完全可避免。

四、結論

本試驗采用熔鹽電解——-真空蒸餾法制取金屬釔。電解工藝不產生有毒氣體氯氣，合金品位高，連續試驗獲得氧化釔利用率大于97.66%,電效82.74%;真空蒸餾效率高，除Mg效果好，金屬直收率97.86%;熔鑄后能獲得致密狀金屬釔錠，直收率為97.65%。此法為生產金屬釔提供了一種新方法。

參 考 文 獻

〔1〕稀土編寫組。稀土(下冊).第1版，北京：冶金出版社，1972年

〔2〕湖南冶金研究所.稀土金屬、合金及其材料的制取. 1973年9月

〔3〕杜森林，吳美煌等.稀土氧化物在堿金屬和堿土金屬氟化物熔鹽中的溶解度.稀土，1987(2)