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中间合金-真空蒸馏法制备高纯金属镝工艺研究


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第 2 卷 第 4期  4

稀 

土 

VO1 4, .2 No.   4

20 0 3年 8月  

Chi e e Ra e Ea t   n s   r   rhs

Au

u t2 0   g s  0 3

中间 合金 一真 空蒸 馏 法 制 备 高纯 金 属镝 工 艺 研 究 
徐  静 , 张  炜 ,   锋 , 肖 赵  斌 , 广 禄 ,   耀 , 宗安  杨 张 李
( 北京 有色 金属 研究 总院 有研 稀土 新材料股 份有 限公 司 , 京  1 0 8 ) 北 0 0 8 



要: 采用中间合金 一真 空蒸馏工艺制备 了高纯金 属镝 , 察了原辅材料纯度对 高纯镝 中主要非稀 土杂 质  考

含 量 的 影 响 , 论 了真 空 蒸 馏 法 对 杂 质 的 去 除 效 果 , 讨 制得 的高 纯镝 中 主 要 非 稀 土 金 属 杂 质 总 和 为 7 .  / , N、 0 5 g C、   0 含 量 分 别 为 3  ̄ / 、 ̄ / 、0 gg  2g g 2 gg 5  ̄ / 。 关 键 词 : 属镝 ; 纯 ; 间 合 金 ; 空 蒸 馏 ; 纯  金 高 中 真 提

中图 分 类 号 : S 3 1  TF 0 . 4

文献 标 识 码 :   A

文 章 编 号 :040 7 (0 30 —0 60  1 0— 2 7 20 )40 3— 3

稀 土金 属 以其 独 特 的光 学 、 电学 及磁 学 特性 在 

本课 题 目标是 制备 出 C 7  / , 5  ̄ / , < O g g N< 0 g g  O< 1 0 g g 其 它 主 要 非 稀 土 金 属 杂 质 总 量 低 于  0 ̄ / , 9 ̄ / 0 g g的高纯 金 属镝 , 我 国稀土 功能 材料 的基 础  为
研 究提供 高纯原 材料 。  

新 材料 领域 中 不断 得 到 新 的应 用 , 高纯 镝 和铽 用  如
于 TbDyF — . e大 磁 致 伸 缩 材 料 , 纯 铽 、 、 用于  高 镝 钆 制备 磁光 靶材 , 高纯 镝 、 、 、 等用于 高光效 金属  钬 铒 铥 卤素灯 等 。在 已经 和正 在开 发的许 多 稀土功 能材料 
中, 高纯 稀土 金属起 着 不可 替代 的作 用 , 土金属 的  稀 高纯化 已成 为稀土 火 法冶金 发 展的重 要课题 之一 。  

1 试 验部 分   
1 1 原辅材 料及预 处理  .

稀土 金属 间化 合物 有 上 千 种 , 至今 尚未 全 部  是
被 开发 的宝库 , 着稀 土 高 新技 术 材 料 的不断 开 发  随
和相 应 产业 的迅 速 发 展 , 高纯 稀土 金 属 的需 求量 也 

本试 验所 用 DyO。 度为 9 . 9  , 析 结果    纯 9 9 5, 分 9 6
见 表 1 还原 剂 金 属 C ; a纯 度> 9  ; 态无 水 HF 9 液  

纯 度 > 9 . 9 ; 渣 剂 C C  为分 析 纯 ; 属 Mg 9 9  造 a1 金  
为 一级还 原镁锭 , 度> 9 .  。 纯 99   为 得 到 纯 度 更 高 的 金 属 镝 , 们 在 9 0C、 我 5 ̄  

越 来 越 大 , 对 其 纯 度 要 求 也 越 来 越 高 , 资 料 报  且 据 道, 目前 用于 T — yF b D — e大 磁 致 伸 缩 材 料 的 高纯 金  属镝 和铽 的量 已达 6 0吨[ , 1 材料 对镝 和铽 的纯 度要  ] 求也 很高 , 大 部分 非 稀土 金 属 杂质 含 量 要求 小 于  如 1 0 g g 气 体 杂 质 N< 5  ̄ / C< 7  ̄ / 0<  0 ̄ / , O g g, 0 g g,
20 gg 为 此 , 们 在 1 9 0 ̄ / , 我 9 3年 就 开 展 了 中 间 合 金 


7 0 和 1 0 ℃分 别 对 C 、 5℃ 20 a Mg和 C C 2 行 了真  a 1进
空蒸馏提 纯 。   1 2 工 艺方 法  .

制 备高纯 重稀 土金 属一 般都是 先 用钙热还 原法  制备 出粗金 属 , 再重 熔 除去过 量钙 和夹 渣 , 然后 进行  真 空蒸馏提 纯 。 由于金 属镝 的蒸气 压较 高 , 融精炼  熔 时 间过长 容 易造 成镝 的蒸 发损 失 , 间短 又难将过  时

真 空 蒸馏 法制 备 高纯 金 属 镝 和铽 的工 艺研 究 , 并 

于 1 9 年 实现 了工业 化 生产 , 品纯 度达 到 了制 备  97 产 磁致 伸缩 材料 和磁光 材料 的要 求 。  

. 

表 1 氧 化 镝 的 化学 成 分 /  ̄ / ) (g g 
Ta e 1 Ch m ialc bl    e c   ompo ii     s ton ofDy2 3 0  

L 2   C 02 P 6 , Nd03 S 0 ̄ E 2   G z   TbO, Ho(3 E 2   T O3 Y 2   L 2   Y2  D 2 / R O  ̄ a0 ̄ e   r   0, 2   m2   uOa dOa ,   2   rO3 m2   bO3 uO3 ) O3 yO3T E /  
1  7 0 1 .  0   .1 0    t1 0 1 .  0   .1 0 5 .  1  5 4   1   3   2   1   0 5 .  9 . 9  9 9 5

收 稿 日期 :0 20 —3 2 0 —42  基 金项 目 : 国家 重 点 基 础 研 究 发 展 规 划 项 目( 9 8 6 3 3  G19 0 1 0 ) 作 者简 介 : 徐 静 (9 3) 男 , 西 运 城 人 , 17一, 山 工程 师 , 究 方 向 为 稀土 金 属 制 备 工艺 及 稀 土 功 能 材 料 . 研  

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第 3 期 



静等 : 中间合金 一真空蒸馏法制备高纯金属镝工艺研 究 

3  7

量C a和 夹 渣 除 净 , 高温 浇 铸 时 也 容 易 造 成铸 模 污 
染, 因此本研 究选 择了 中间合 金法 制备粗 金属镝 。 中  间合金 法虽 然工 艺 和设 备 较 复杂 , 在还 原时 , 但   C F C C 渣 对 金 属 中 的 杂 质 有 一 定 净 化 作 用 , a :? a I   合金夹 渣少 , 真空 蒸馏 后 为海 绵状 , 利 于除去 C 、 有 a  Mg 海绵镝 直接 用 于提纯 , 有浇 铸过 程 , , 没 可避 免铸 

在 自制真 空炉 中进行 ; 空 蒸馏 提 纯 在 高温 高 真 空  真 钽 片炉 中进 行 , 用 WGJ 1型 精 密 光学 高温 计  采 —O
测温 。  
钼冷凝器 

模 的污染 。   真空蒸馏法是 目前能大 量提纯 稀土金属 的主要方 
法, 由于中间合金法 制备 的金属镝 中主要 杂质为高沸 

点坩埚杂质和气体杂 质 C N、 多年来的提纯实践表  、 O,
明, 该法对这些 杂质的去 除非常有效 , 因此 , 本研 究采 

用真空蒸馏法作为金属镝的进一步提纯手段 。  
中间合金一真空蒸馏制备高纯镝工艺过程如下 :  
图 1 蒸 馏 装 置 示 意 图 
Fi 1 Sc e e f   s il ton  qupm e   g.   h m   or ditla i e i nt

首 先 用 HF气 体 氟 化 法 在 3 0 0 ℃~ 7 0C下 将  0 ̄
D: yO。转 化 为 Dy 。 Dy 。在 真 空 电 阻 炉 中 于  F, F 1 5 ℃ 下进 行蒸馏 提纯 。 40  

1 4 分 析方 法  .

D— yMg合 金 制 备 : Ar气 保 护 并 有 C C 和  在 aI
Mg存 在 下 , 1 6  ̄ C 于 0 0C用 a还 原 D F , 到 含 Dy y 。得   约 7  的 D — 5 y Mg 合 金 , yMg合 金 在 7 0C~  D— 0  9 0C下进 行 真 空 蒸 馏 除 去 Mg和过 量 C , 到 海  0 ̄ a得 绵镝 。   真空 蒸馏提 纯 : 将海 绵镝 装入 钨坩 埚 内 , 高温  在 高 真 空 钽 片炉 中 , 1 5  ̄ 4 1 P 于 40 C, × O a下 进 行 蒸  馏 , 钼 冷 凝 器 进 行 收 集 , 到 的 蒸 馏 镝 再 于  用 得 1 5 ℃进行 二次 蒸馏 , 50 得到 最终 产 品高 纯镝 , 蒸馏 装 
置见 图 1  。 1 3 试验设 备  .


I P质谱 法测 定稀 土和 非 稀土 金属 杂质 ;脉 冲  C
红 外法 测定 O、 含量 ; 频红 外法 测定 C含 量 。 N 高  

2 结果 与 讨论   
2 1 中间产品 与最 终产品 分析 结果  . 
表 2和 表 3为 中间 产 品及 最 终 产 品 的分 析 结  果 , 中 : 为 蒸馏 除 Mg后 得 到 的海 绵 镝 ; 其 A B为一  次蒸馏 镝 ; 为二 次蒸馏 镝 。A、 、 C B C所 用 原辅 材料  均 经真 空蒸馏 提纯 。D为 C 、 a Mg经 过提 纯 , y 。 DF、  

C C 未提 纯 制 备 的二 次 蒸 馏 镝 ; 为 原 辅 材 料均  aI E
未 提纯 制备 的金 属镝 ; F为 原辅 材 料 均 未提 纯 制 备  的 二次蒸馏 镝 。  

氟 化 采 用 自制 卧 式 氟 化 炉 ; 纯 D F 提 y 。采 用 
G R一5E 型高 真空 电阻炉 ; Z 0 低温还 原和蒸馏除 Mg  

表 2 金 属 镝 中的 稀 土 杂 质 分 析 结 果 // / ) (g g  *
Ta e 2 Co e     ar   a t  m pu iis i pr par d m e a    bl    nt ntof r e e r h i r te  n  e e   t lDy L  a Ce   Pr   Nd   S m  Eu   Gd   Tb   Ho   Er   Tm  Yb   Lu   Y  Dy/ TREM /  

2 2 讨论  . 2 2 1原辅 材料纯 度 对产 品纯度 的影 响  .. 由 表 3中 A 和 E 的 分 析 结 果 可 知 : a Mg  C、 、 Dy 。C C : 过 提纯 后 制 得 的粗 镝 中 的主 要 杂 质  F 、 a I经

F 、 iAlNiC e S 、 、 、 u及 气 体 杂 质 C、 O 含 量 都 有 明  N、

显降低 。由此可见 , 要制备 纯 度更 高的金 属镝 , 所用 
原辅材 料需 经提纯 处理 或采 用高纯 度 的原材料 。  

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A   B  C   D   E  F 

3  8

0  

Ⅲ  
8  7  7  n  7   弛 

稀 

土 

第2 4卷 

表 3 金 属 镝 中 非稀 土 杂 质分 析 结 果 I  ̄ l ) ( gg 
T b e 3 Co tn   fn n r r   a t  mp rt s i   r p r d me a    a l    n e to   o - a e e r h i u ii   n p e a e   t lDy e
Fe   Si   Ca M g AI       Ni Cu     Ti Cr Zn Pb M n Ta Nb W   M o Na K                   
1  0 4   3   7   1  2 3   3   8   3   1   1  3 1  7 8   4   1   0 5 .  2  2 1  

V 

Z   Co r  

2 2 2真 空蒸馏 对 金属杂 质 的去 除效果  ..

2 2 4 埚材 料对 产 品纯 度 的影 响  .. 坩

由表 2可知 , 蒸气 压 与 D y相 差 较大 的大 部 分 
稀土 金属 杂质 含量在 蒸馏 提纯过 程 中均 有不 同程度 

中间合 金 法 的特 点 是还 原 温 度低 , 坩 埚材 料  对 要 求不高 , 故本 研 究在还 原时 使用 了 Ti 坩埚 , 因此 ,   金 属镝 中 Ti 量较 高 , 由 表 3可 知 , 含 但 真空 蒸馏 对  Ti 的去 除 效 果 非常 明显 , 二 次 蒸 馏 后镝 中 T 可  经 i 降至 1  ̄ / 0 g g以下 , 如还 原时 采用高 熔点 的 w 或 Ta  
坩埚 , 则坩 埚材料 对最 终产 品的 污染 程度会 更小 。  

的降低 , 蒸气压 与 D y相近 的 H 、 r o E 基本 不 能除去 ,  
Tb含 量略 有增 加 是 由于 在 同 一 台设 备提 纯 铽 造成 
    一 一

的污染 。对 于镝 中非稀 土金 属 杂质 , 除坩埚 杂质 外 ,  
由于 其含量 已经很 低 , 表 3中 A、 C的分析 结果  从 B、
一 一     一 一 - -    
1  

看 不出提 纯前 后 杂质 的 明显变 化 , 但对 比 E和 F可  知 , 过 真 空 蒸 馏 , 中 F 、 iC 、 、 、 u Z 、 通 镝 e S 、 a AlNiC 、 n  
1   1   1   1  

5 

3 结论   
1 用 中间合 金 一真空 蒸馏 法制 备 了高 纯镝 , .采   高纯镝中 2 O个 主 要 非 稀 土 金 属 杂 质 总 和 仅 为 
7 . p / , N、 含 量 分 别 为 3  ̄ / 、  ̄ / 、 0 5g g C、 O 2 g g 2 g g  5 ̄ / , 到 了预期 目标 。 0g g达  

v  

Mn Ti 、 的含 量 均 有 所 降低 , a Ni一 Ti 去 除效  C 、    的 3 5 5  1  一 和 果 十分 明显 。 中 2 2 1 2  1  一金属 杂质 总和仅  C O个 主要 非稀土 一    

为 7./ / , 原 时 若 使 用 w 或 Ta坩 埚 , 次蒸  05 gg 还  ̄ 一
馏 镝 中的 2 O个 非 稀 土 金属 杂 质 总和 也 可达 到 这 一 
水平 。  
5 2  5  . . 一     一   5  4  一 . . 一    

2 .高纯镝 中主要 金属 杂 质来 源于 原辅 材料 , 要 

2 2 3 空蒸馏 对气 体 杂质 的去  .. 真 除效果  2 1 5  5  . . 二  

由表 3可知 , 空蒸馏 对 金属镝 中气体 杂质 O、 真  
N、 C的 去 除效 果 十 分 明 显 , 这是 因 为 O、 C在 镝  N、

¨ 弛 m      

进一步降低产品中各种杂质含量 , 所用原辅材料需  经提 纯处理 或采 用高纯 度 的原材 料 。   3 空 蒸 馏 法 对 去 除 金 属 镝 中 的 F 、 iC 、 .真 e S、 a 
AlNiC 、 n Mn Ti C、 O 均 有一 定效 果 , 、 、uZ 、 、 及 N、 对 
F 、 a AINiTi C、 O 比较 明 显 。 eC 、 、 、 及 N、  
参考文献 :   [ ] 邱 巨 峰 .国外 稀 土 应 用 市 场 分 析 与 预 测 [q 1  J .稀 土 信  息 ,9 9 ( ) 1-2 1 9 ,5 :11 .  

弛 在,      真 中主要 以高熔 点化合 物存4 2 m H 空下 , 熔点  在高温   高
化合 物难 于蒸 发而 残 留在 坩∞诣 。 啪 埚底部      

我 们前 期 还研 究 了蒸馏 温 度 、 空 度和 保 温 时  真
间对去 除气体 杂质 的影 响 , 果表 明 : 宜 的蒸馏温  结 适 度和 蒸发 速 率 , 宜 的 保温 时 间和 高真 空 对去 除 气  适 体杂 质是 有 利的 , 特别 是对 除 O 有 利 。  

S u   n  e rng Pr c s   fH i   r t   s o i m   e alby t e M e ho   f t dy o Pr pa i   o e s o   gh Pu iy Dy pr s u M t     h   t do 
I e m e a e A lo ’ Va u nt r di t  l y — — c um   s il to   Ditla i n

XU  n ZH AN G  e , I Ji g, W i X AO  n ZH AO  n, Fe g, Bi YAN G  a Gu ng—u, l ZH ANG  o,   n a   Ya LI Zo g— M
(  ̄rm  d a cd Ma eil  o , i . G n r lR sa c  n t uef r No f ro s t l, lig 1 0 8 , hn ) G e A v n e   t as ? L d , e ea   ee rh I s t t o  n er u   as Be n   0 0 8 C ia   r C i   Me j

Ab t a t The sr c :  met od ofi t r e a e alo   a uum  s ilto   or pr pa i g hi h? h     n e m dit  l y。 c v ditla i n f   e rn   g ? iy d p o i m met lha   purt   ys r s u a  s b en s uded. The i l e e     a m a e i lpu iy a  m purt  emov lby va um  itla in w e e dic s e The e  t i  nfu nc sofr w  t ra  rt   nd i iy r a    cu d s ilto   r  s u s d.  

t tl o t n  fman n n RE mea mp rte n t ehg — u ie   y po im  tlp e ae  so l  0 5t g, n   o a  n e to  i  o —   tli u iisi h   ih p rf d d s r su mea  rp rd i ny 7 . / c i   . g/ a d t ec n e to  , a d O s3  ̄ / 2t /  n   0t/ rs e tv l. h   o tn  fC N  n   i 2 g g, / g a d 5 / g,e p ciey    . g . g
K e   r s: pr i y wo d dys osum  e alhi   rt m t ; gh pu iy;i t r e a e a ly;va um  itla i n e m dit  lo cu d silton;purfc ton iia i  


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