羅 滿

（神華蒙西煤化股份有限公司，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

1 我國(guó)稀土行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

稀土工業(yè)以及稀土的應(yīng)用從上世紀(jì)60年代開始發(fā)展起來(lái)的，稀土雖然屬于小行業(yè)產(chǎn)品，但是卻是不可再生的重要戰(zhàn)略資源，在新能源和新材料等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。作為稀土生產(chǎn)大國(guó)和出口大國(guó)，在高端稀土產(chǎn)品上卻依舊要依靠進(jìn)口，這主要受到了稀土材料制備技術(shù)的限制，嚴(yán)重影響著我國(guó)稀土行業(yè)的發(fā)展。必須要開發(fā)高效清潔分離技術(shù)和高純度的制備技術(shù)，進(jìn)行一體化大規(guī)模生產(chǎn)，制備獲得高純度的稀土金屬，加強(qiáng)對(duì)稀土高頻、磁傳感、激光晶體和閃爍晶體等新稀土材料和低成本穩(wěn)定批量生產(chǎn)的綠色制備技術(shù)的研究與應(yīng)用，才能改變現(xiàn)狀，使我國(guó)從稀土儲(chǔ)量大國(guó)變成高端稀土產(chǎn)品出口強(qiáng)國(guó)[1]。

2 稀土和稀土金屬

稀土的名稱原由是因?yàn)橄⊥临Y源在當(dāng)時(shí)很珍貴，其氧化物難以溶于水中，這是因?yàn)橄⊥林泻康慕饘僭囟嗲艺急却?，性質(zhì)和土不像，是屬于性質(zhì)活躍的金屬資源。稀土是稀土金屬或稀土元素的簡(jiǎn)稱，化學(xué)周期表中從57到71的15個(gè)鑭系元素，以及和鑭系元素同族性質(zhì)相似的輕元素，即21號(hào)元素和39號(hào)元素，這些化學(xué)元素和稀土元素在化學(xué)性質(zhì)上相似，且共同存在于一些礦物質(zhì)中。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，為滿足技術(shù)工藝和應(yīng)用所需，可以按照性質(zhì)間的細(xì)微差距對(duì)稀土元素進(jìn)行分類，主要可以分成輕稀土和重稀土兩大類，輕稀土主要是指鈰組稀土，重稀土指的是釔組稀土，根據(jù)萃取難易程度還可以將稀土分成輕、中和重三組元素，輕元素可以被弱酸萃取，中稀土可以被地酸萃取，重稀土可以被中度酸萃取、按照稀土在硫酸復(fù)合鹽中溶解的難易程度也可以分成鈰組、鋱組和釔組。

3 稀土金屬常見的制備工藝

我國(guó)稀土金屬的制備工藝包括萃取分離、火法生產(chǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中主要生產(chǎn)技術(shù)有熔鹽電解法和金屬熱還原法，由稀土材料中的氯化物、氟化物和氧化物來(lái)制備稀土金屬和其他復(fù)合金屬。其中熔鹽電解法是制備混合稀土金屬的主要方法，尤其被應(yīng)用在對(duì)熔點(diǎn)高的重稀土金屬制備中，利用電解法制取低熔點(diǎn)的稀土金屬合金，再用蒸餾的方式制取純稀土金屬。采用熔鹽電解法來(lái)制取稀土金屬，主要是在氯化物體系和氟化物-氧化物體系中進(jìn)行。本文以利用熔鹽電解法制取稀土金屬鑭、利用中間合金法制取稀土金屬釔為例對(duì)稀土金屬常見制備技術(shù)進(jìn)行剖析。

3.1 利用熔鹽電解法制備金屬鑭

首先，為取得良好的經(jīng)濟(jì)效益在制備之前要合理選擇電解質(zhì)，一般將二元或多元氯化物熔體作為電解質(zhì)，其作用是可以改善電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)，且其分解電壓比稀土氯化物高，可以選擇的電解質(zhì)有酸堿金屬和酸堿金屬氯化物。其次合理選擇陰陽(yáng)極，使氯化鑭熔體電離的鑭離子和氯離子在電極板上放電得到金屬鑭和氯氣，在經(jīng)過一系列氧化還原反應(yīng)后生成金屬鑭。整個(gè)工藝流程中需要注意的是，按照合理比例配制電解質(zhì)，然后放入到電解槽中電解，在交直流作用下電解質(zhì)融化。隨著電解進(jìn)程的推進(jìn)，在電解溫度下為避免電解質(zhì)發(fā)生揮發(fā)導(dǎo)致電解質(zhì)損失，在電解過程中需要不斷加入氯化鑭和電解質(zhì)保持電解質(zhì)熔體體積不變，最后將電解出來(lái)的金屬鑭及時(shí)從電解槽中取出，放入鑄模中國(guó)形成錠，最后清洗金屬鑭表面[2]。

3.2 利用中間合金法制備金屬釔

金屬釔屬于重稀土金屬，其熔點(diǎn)較高所以不適合采用氯化物熔鹽電解法制備，不但會(huì)造成電解質(zhì)揮發(fā)損失嚴(yán)重，還會(huì)使設(shè)備發(fā)生腐蝕。為此可采用在還原無(wú)聊中加入低熔點(diǎn)高蒸汽壓的金屬元素和助溶劑來(lái)降低還原反應(yīng)的溫度，然后再用真空蒸餾法去除合金中用來(lái)降低溫度的低熔點(diǎn)高蒸汽壓的金屬元素。

在制備過程中，用來(lái)降低反應(yīng)溫度的金屬元素，比如本文以鈣元素和鎂元素為例，在制備前需要先在一定溫度下真空蒸餾提純，避免雜質(zhì)進(jìn)入而影響后面的制作。然后將這兩種元素放在坩堝中加熱反應(yīng)，在融化后緩慢加入氯化鈣和氟化釔，最后取出坩堝在冷卻后取出還原產(chǎn)物，得到合金，在合金中將金屬釔提取出來(lái)，并在碾碎成小塊后真空蒸餾將合金中的鎂元素和其他雜質(zhì)去除。最后繼續(xù)升溫、保溫后可得到高純度的海綿釔[3]。

4 稀土綠色制備技術(shù)、工藝及其應(yīng)用情況

4.1 分離制備技術(shù)和工藝

稀土金屬元素的分離萃取是進(jìn)行金屬制備生產(chǎn)的關(guān)鍵一步，在經(jīng)過多年的發(fā)展以后我國(guó)分離冶金工業(yè)得到了發(fā)展，新的制備技術(shù)和工藝的出現(xiàn)提高了稀土材料產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。

比如研發(fā)出的新型離心萃取機(jī)械和數(shù)字化流量系統(tǒng)設(shè)備，提高了稀土材料萃取分離工作的效率和質(zhì)量，新的萃取設(shè)備分離速度較快且穩(wěn)定性好，還有綠色污染少、占地少、自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于重稀土分離方面的工藝，利用萃取新工藝體系生產(chǎn)出更高純度的金屬產(chǎn)品，同時(shí)還降低了生產(chǎn)成本。此外全新粒子吸附型稀土原地金礦工藝的研究與發(fā)展，采用原地控制金礦和分類分流工藝，不但提高了工藝生產(chǎn)的速度、穩(wěn)定性，提高了資源的利用率，而且還避免因?yàn)榘钡貙?duì)環(huán)境的污染，有利于山體穩(wěn)定，為生產(chǎn)高端稀土產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。

4.2 納米稀土材料的研究與發(fā)展

納米稀土材料中包括稀土永磁納米顆粒、稀土拋光材料、稀土催化材料、稀土發(fā)光材料等，以稀土永磁納米為例，以表面活性劑和有機(jī)溶劑為介質(zhì)進(jìn)行球磨，成功制備出高性能的稀土永磁納米顆粒，該技術(shù)可以在常溫條件下進(jìn)行，生產(chǎn)步驟簡(jiǎn)化、生產(chǎn)技術(shù)難度不高，但是生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品性能卻很好。

4.3 超高純度稀土金屬制備技術(shù)

我國(guó)于2014年提出了超高純稀土金屬及合金節(jié)能環(huán)保制備技術(shù)課題，該課題項(xiàng)目通過對(duì)電解槽的改造，利用低電解槽進(jìn)行電解，結(jié)合智能控制技術(shù)對(duì)電解過程進(jìn)行自動(dòng)化控制。該新型綠色制備技術(shù)一方面減少了能源的消耗，同時(shí)也減少了有害物的產(chǎn)出量。這種節(jié)能環(huán)保的電解槽和稀土高提純技術(shù)、裝備等結(jié)合起來(lái)，使生產(chǎn)出的金屬產(chǎn)品具有高純度，為生產(chǎn)高端稀土產(chǎn)品提供技術(shù)支持。

4.4 稀土材料的新應(yīng)用

這幾年隨著對(duì)稀土材料研究的深入，稀土高端產(chǎn)品的出現(xiàn)和推廣，稀土材料有了新的應(yīng)用，比如對(duì)高效稀土熒光粉的大規(guī)模制備和推廣應(yīng)用，擺脫了依賴進(jìn)口的局面。稀土異戊橡膠這一合成天然橡膠的出現(xiàn)，被應(yīng)用在食品包裝、醫(yī)療器械等領(lǐng)域，推動(dòng)了我國(guó)橡膠行業(yè)的發(fā)展。此外，含鑭、含鈰元素的稀土PVC熱穩(wěn)定劑的研發(fā)，該復(fù)合型熱穩(wěn)定劑作為綠色環(huán)保產(chǎn)品得到了廣泛的推廣應(yīng)用，可見于管材、建筑板材等PVC制品加工領(lǐng)域中。

5 結(jié)論

綜上所述，這幾年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是冶金工業(yè)中各種新技術(shù)、新工藝和新材料的出現(xiàn)，對(duì)于稀土材料的制備也提高了重視程度，在稀土金屬材料制備、稀土工藝和稀土材料應(yīng)用方面都取得了一定進(jìn)步，但是和其他高國(guó)家相比我國(guó)在高端稀土產(chǎn)品出口方面還是很弱。為成為稀土出口強(qiáng)國(guó)，就必須要做好對(duì)稀土制備技術(shù)工藝的研究，改進(jìn)制備生產(chǎn)工藝，加強(qiáng)稀土高端產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)和應(yīng)用。