Шихта для получения редкоземельных металлов

 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к шихте для получения редкоземельных металлов, содержащей фторид редкоземельного металла и металлический кальций в качестве восстановителя. Сущность изобретения: шихта 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 23,00-24,05.

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.

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