【知識】金屬釹的生產及渣處理

一、金屬釹生產工藝

以氟化釹為原料的鈣熱還原法生產週期短、產品品質穩定。無論還原或蒸鈣鑄錠都要在中頻爐中進行，設備投資高。如果氟化釹的濕法生產過程中極難度過濾的問題得到解決氟化釹的成本低於氧化釹的成本，這個方法必然顯示出它的生命力。

為適應以氯化釹為原料而進行電解，最好加入鎂來降低陰極產品的熔點，使其在釹的熔點以下進行，減少氯化物電解質的揮發損失。這對於具備氯化釹生產能力的稀土廠是有益的。據稱採用這種方法生產的釹也能滿足釹鐵硼生產要求。因為含氧高，在建立釹的國標時，只好認為是需另訂一種標準的產品，行家們還認為氯化物易於吸潮，電解持久性差，且放出有害的氯氣，為其不足之處。因而缺乏競爭力，個別廠家用氯化釹為原料，電解釹鐵合金，自用於釹鐵硼的生產，所生產的釹鐵合金成分的一致性差。

用氧化釹作為原料，以氟化物為電解質，採用熔鹽電解法生產金屬釹，因氟化物沸點高，可在釹的熔點以上驚醒電解。該法設備投資少，工藝簡單，國內很多地方引進研究單位的技術，一哄而上，出現了產大於銷，競相出口，虧本銷售，以次充好的局面，導致有些單位無法生存下去。

二、氧化物電解釹生產

（一）設備

氧化物電解釹用調壓器、整流器配套，提供電解的直流電。整流器為矽整流，最大輸出電壓為36伏，電流為3000安培。也有採用72伏輸出，兩台電解槽串聯電解。這樣不僅主電路複雜化，而且因爐子運行情況不一，給操作帶來困難，但其好處是升溫快。我們在生產實踐中也遇到升溫的困難，主要是由於電解質的導電性不好所致，調整電解質的組成很容易得到解決。否則，就是把溫度升上去了，電解效果也不會好。電解槽的正常電解電流有一千多安培和二千多安培兩種規模。前者日產金屬釹30公斤左右，後者日產量可達50公斤。

（二）原料和電解質

氧化釹為草酸鹽煆燒所得，可滿足國標規定要求，實踐證明國標中未作規定的含碳和氯根必須加以嚴格控制，若因貯存使灼堿超標並不影響點解效果。用碳銨沉澱，灼燒所得到的氧化釹，點解效果不好。

電解質採用NdF3－LiF體系，組分不盡相同。這種電解質的美中不足是NdO3溶解度小，約4％，給操作帶來困難。尋求對Nd2O3具有較大溶解度的多元系電解質，是一項很有意義的基礎工作。用作電解質的氟化釹和氟化鋰容易導致金屬釹中含Si超標，應加強品質管制。NdF3的製備有濕法和火法之分，若能從反萃液直接或稍加預處理用濕法製備氟化釹，極度過濾的問題有所突破，比目前將反萃取液用草酸沉澱、煆燒製成氧化釹後，再用濕法制成氟化釹，生產成本將會低得多。用火法製備氟化釹雖然有高一些，品質比較好，大中型企業正在準備採用這種方法。

（三）電解槽和電極材料

電解槽和陽極用石墨加工，目前還找不到比石墨更好的材料，陰極用鉬棒製作，金屬釹難免含有微量鉬。個別廠家因用戶對含鉬提出了要求，便改用鎢棒，產品中勢必含有微量鎢。釹鐵硼的研究表明，含微量的鉬或鎢對磁性有影響，用鈮作陰極材料就成了最佳的選擇。因釹硼含少量鈮，對它的性能有好的影響。

（四）電極過程

溶於電解質中的氧化釹產生電離:Nd2O3＝2Nd3＋＋3O2－

陰極過程：Nd3＋＋3e＝Nd

陽極過程：2O2－－4e＝O2

高溫下氧立即與石墨反應：O2＋2C＝2CO↑

副反應也會發生，從量上看微乎其微。陰極上析出的金屬收集在下部的坩堝中，定期取出鑄錠。石墨陽極要定期更換，採用怎樣的結構尺寸，使加工量小、成本低、更換方便、導電性好，這都是實際竅門。

（五）操作

操作分築爐、開爐、電解、出金屬、包裝等環節。據陰陽極的區配關係和熱平衡的需要，把爐子築好之後，啟動前要充分烤燒，可加入預先熔化好的電解質或用直流電弧開爐。前者要增加化料設備，後者雖不要化料設備，但對電解質有影響，電極也會受到損傷。在正常電解階段，保持在規定的溫度和電流範圍內進行電解，並均勻地加入所需要的原料。當電解到坩堝中盛有足夠的金屬量時，人工用鈦或不銹鋼勺子取出金屬鑄錠。出一爐金屬，要幾把勺子交替使用，儘量減少勺子對金屬的污染。按國標規定，金屬鑄錠要小於一公斤才能使金屬方便地從金屬模具脫離出來，不僅要注意模具的形式，而且在鑄錠後要使金屬在收縮狀態時，模具處於膨脹狀態，出金屬後，被帶出的電解質返回電解槽。將爐內電解質補加到規定的液位，進行下一階段的電解。產品經分析合格後，包裝入庫。將金屬塊用塑膠袋包好再用紙包裹，裝桶注蠟。有的廠家用複合塑膠袋真空包裝比較方便，但搬運時袋子可能破損。

三、幾點看法

a.金屬釹的品質，已經頒佈了國標，釹的相對純度分別為99%和95%的兩個檔次，每個檔次主要是按碳的含量分為三個級別，A級含碳量不大於0.05%，B級含碳量不大於0.10%，C級含碳量不大於0.15%。目前國內生產廠家B級品約70%－80%，其餘主要為C級品，A級品極少，只有個別廠家聲稱產品含碳量較低。釹鐵硼廠家一般不分析金屬釹的含碳量，但都希望含碳量越低越好。至今尚未見到金屬釹含碳影響釹鐵硼性能的報導。某研究單位在這方面做了一些工作，但沒公開發表。他們在釹鐵硼生產過程中，工藝本身有增碳，其結論是金屬釹含碳在0.08%左右為宜，而且還認為釹鐵硼一點碳也不含，反而對磁性有不利的影響。用戶對金屬釹的優劣，主要是以能否生產出性能良好的永磁材料為最終裁判。對金屬釹的品質深入而科學的認識，如何進一步降低含碳量還有待人們去探索。

b.市場問題金屬釹主要用作釹鐵硼（含銨30%左右）的原料，據有關資料報導，國內釹鐵硼生產能力達800噸/年的規模。因外銷形勢不好，國內推廣應用不夠，年實際產量不足100噸，使金屬釹的生產能力遠遠超過了需求。積極開展推廣應用，對於生產金屬釹的行業極為重要。有的鄉鎮企業，憑著銷售方面的優勢，在有限的市場裏，低價出售金屬釹，以求生存。特別是供電條件差、原料來源不穩定，品質保證體系差的企業，在免稅期滿後更是難以維持下去。有競爭，就有優勝劣汰。市場疲軟，競爭就更加激烈。

c.生產改進的方向 提高品質、降低成本、改善生產條件，是金屬釹生產的改進方向。為此必須從一下幾個方面去努力。①對原料氧化釹不僅要達到國標的要求，還必須對含碳和氯量提出適當的規定；②對電解質的含矽量必須進行控制；③選擇最佳的陰極材料；④改進石墨陽極的結構；⑤降低產品的含碳量；⑥實現連續定量加料；⑦實現規模經濟。


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