Ettevalmistusmeetod suure puhtusega haruldaste muldmetallide metallide jaoks
Haruldane mure on perioodilises tabelis üldine termin 17 metallielemendi jaoks, sealhulgas lantaniidielementi, skandium ja yttrium. Elementide vahel sarnaste omaduste tõttu on eraldamine ja puhastusprotsess keeruline ning ühte haruldaste muldmetallide toodet pole lihtne hankida.
Kõrgpuhustusega haruldaste muldmetallide metalle saab kasutada magnetiliste materjalide, optiliste funktsionaalsete materjalide, katalüütiliste materjalide, pritsmete sihtmärkide jmsina ning valmistada integreeritud vooluringideks, anduriteks, mäluks, optoelektroonilisteks ekraaniseadmeteks ja muudeks toodeteks. Neid kasutatakse laialdaselt elektroonika, kommunikatsiooni, vedelkristallide väljapanekute, uute energiasõidukite, tööstusseadmete, meretehnika, lennunduse ja muude põldude alal.
Haruldaste muldmetallide kasutamise uuringute pideva süvenemisega muutuvad haruldaste muldmetallide puhtuse nõuded üha kõrgemale. Praegu on haruldaste muldmetallide peamised ettevalmistamismeetodid vaakum sulatamine, vaakumdestiilmatsioon, tahke elektrolüüs, tsooni sulamine jne.
(1) vaakum sulamismeetod
Madala aururõhuga haruldaste muldmetallide metallid, näiteks skandium, yttrium, lantaan, tseerium, praseodüüm, neodüüm, gadoliinium, terbium ja lutetium, sulatatakse ja puhastatakse vaakumkraadil rohkem kui 1,33 x 10-4 Pa ja temperatuur kõrgem kui 1,33 x {2}} Pa ja temperatuur. kui metalli sulamispunkt 200 ~ 1000 kraadi võrra. Sel juhul saab destilleerida kõrge aururõhuga lisandid, nagu leeliselised metallid, leeliselised maametallid, fluoriidid ja madala valentsed oksiidid, kuid kõrge keemise punktidega, näiteks tantaalum, raud, vanaadium ja kroomium, lisandite eemaldamist, nagu ka kõrge keemise punkt on vaene. Vaakumi sulamine on efektiivne suure aururõhuga lisandite (F, CA, Mg jne) eemaldamiseks enamikust haruldastest muldmetallidest. Üldiselt kasutatakse vaakumitingimustes elektrilist kaare- või elektronitala või induktsiooniahju kuumutamist.
(2) Vaakumdestilleerimismeetod
Vaakumdestilleerimise tehnoloogia olemus on destilleerimise submatiseerimine, mis kasutab haruldaste muldmetallide puhastamiseks vaakumoludes iga elemendi aururõhu erinevust. See meetod nõuab metalli puhastamiseks suurt aururõhku, et saada praktiline destilleerimine või sublimatsioonikiirus, ja see tuleb läbi viia temperatuuril madalamal kui selle oksiidide kaasdistimine või sublimatsioonitemperatuur. Seda kasutatakse peamiselt raskete haruldaste muldmetallide puhastamiseks.
Yttrium, gadoliinium, terbium ja lutetium destilleeritakse ja puhastatakse vaakumkraadil 1,33 × 10- ⁴ ~ 1,33 × {5 {5}} ⁷ PA ja temperatuur 1600 ~ 1725 kraadi ja skandium, dysprosium, dysprosium, dysprosium, dysprosium, dysprosium, ja skandium , Holmium, erbium, Thulium, samarium, euroopium ja ytterbium destilleeritakse ja puhastatakse temperatuuril 1550 ~ 1650 kraadi. Sellistes tingimustes jäävad tiiglisse metalli lisandid madala aururõhuga, näiteks tantaal ja volfram ning ühendid, mis sisaldavad süsinikku, lämmastikku ja hapnikku. Seda meetodit kasutatakse sageli koos vaakumi sulamisega.
(3) tahke oleku elektrolüüsi meetod
Tahkis-olekus elektrolüüsimeetod, mida tuntakse ka kui tahkis-elektromigratsiooni meetodit, viitab haruldaste muldmetallide lisandite migratsioonile alalisvoolu elektrivälja toimimisel, eriti metalli sulamistemperatuuri lähedal, kus liikuvus on kõrge. Iga lisandi elemendi efektiivse laengu ja difusioonikoefitsiendi erinevuste tõttu on ka iga elemendi migratsiooni suund ja liikuvus erinevad.
Haruldaste muldmetallide metallvarras juhitakse otsevoolu läbi ülikõrge vaakum- või inertse atmosfääri ja hoitakse 100-200 kraadi madalamal kui metalli sulamistemperatuur 1-3 nädalateks. Kõrge temperatuuri ja alalisvoolu elektrivälja toimimisel rikastatakse erinevaid lisandielemente kuni katsevarda mõlemasse otsa nende erineva efektiivse laengu, difusioonikoefitsiendi ja liikuvuse tõttu. Lõika katsevarda kaks otsa ära ja keskmist sektsiooni saab uuesti elektromigratsiooni abil puhastada. Laboris kasutatakse elektromigratsioonimeetodit lantaan, tseerium, praseodüüm, neodüüm, gadoliinium, terbium, yttrium ja lutetium ning selliste lisandite nagu süsiniku, hapniku ja lämmastiku eemaldamise mõju on märkimisväärne.
Tahke oleku elektrolüüsimeetodis kasutatavad seadmed on suhteliselt lihtsad ja võivad tõhusalt eemaldada interstitsiaalsed lisandid, millel on haruldaste muldmetallide negatiivne efektiivne laeng, näiteks gaasi lisandid ja mittemetallilised lisandid. Sellel on hea eemaldamise mõju ka metalli lisanditele. Sellel meetodil on aga pika puhastustsükli, madala saagise ja suure energiatarbimise puudused.
(4) Tsooni sulamismeetod
Haruldaste muldmetallide metallist vardad sulatatakse tsoonide sulatusahjus mitu korda väga aeglasel kiirusel (näiteks 0. 4mm/min Yttriumi puhastamisel). Sellel on oluline mõju selliste metalli lisandite nagu raua, alumiinium, magneesium, vask ja nikkel, kuid see on hapniku, lämmastiku, süsiniku ja vesiniku jaoks ebaefektiivne. Lisaks on teatav mõju ka elektrolüütilisel rafineerimisel ja tsooni sulamise-elektromigratsiooni kombineeritud meetodil.
Lisaks on ka muid meetodeid, näiteks sula soola ekstraheerimise meetod ja kaare sulamise lõõmutamise ümberkristallimismeetod. Sula soola ekstraheerimismeetod muudab lisandite elementide suhet, pöördudes kõrgel temperatuuril sulasassaga haruldaste muldmetallidega, nii et lisandid sisenevad sula soola, saavutades sellega puhastamise eesmärgi. Kaaride sulamise lõõmutamismeetod soojendab proovi kaare ahjus ja lõõmub seda temperatuuril pisut madalamal kui proovi sulamistemperatuur, et kasvatada terade kasvatamist ja puhtuse parandamiseks.
Alates selle asutamisest 1958. aastal on HNRE viinud läbi põhjaliku uurimistöö ja tööstusliku paigutuse suure puhtusega haruldaste muldmetallidega. HNRE on maailma juhtiv tasemel, puhastades, puhastamisel ja rakendamisel materjali arendamisel kõrge puhtusastmega haruldaste muldmetallide. Nautides "Skandiumi kuninga maailma" mainet.