logo
Лекции по МРМ

5.1.9.3. Электролитическое получение редкоземельных металлов

Разработаны различные способы получения лантаноидов электролизом в расплавах солей. Среди них более распространен электролиз безводных хлоридов РЗЭ в расплавах хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов. Этим способом в производственных масштабах получают преимущественно мишметалл (сплав церия, лантана, неодима и др.), а также церий, иногда лантан, неодим и другие металлы цериевой группы. В процессе электролиза эти металлы выделяются на катоде в расплавленном состоянии, поскольку они имеют сравнительно низкие точки плавления.

Металлы подгруппы иттрия электролизом не получают, так как эти металлы имеют высокие точки плавления (от 1350 до 1700 °С). При данных температурах фториды будут интенсивно испаряться, и конструкционные материалы будут быстро выходить из строя.

Электролиты для получения мишметалла или металлов цериевой группы большей частью содержат смесь 50 % КС1 + 50 % СаС12, отвечающую эвтектике с точкой плавления 660 °С, или смесь 50 % КС1 + 50 % NaCl, плавящуюся при 658 °С. В расплавах этих солей хлориды лантаноидов хорошо растворимы. Ванна содержит примерно 58 – 60 % LnCl3, остальное - хлориды щелочных и щелочноземельных металлов. Рекомендуются небольшие добавки фтористого кальция.

Для получения мишметалла используют электролизеры различных конструкций. Внутренняя футеровка ванны - из огнеупорной керамики. Пространство между футеровкой и стальным кожухом заполнено теплоизолирующей засыпкой. У дна ванны введены водоохлаждаемые катоды. В центре - графитовый анод. Температуру электролита - 800 - 900 °С поддерживают за счет тепла, выделяющегося при прохождении тока через расплав.

Электролиз ведут при напряжении 10 - 15 В и силе тока 1000 - 2000 А (в зависимости от размера электролизера). Выход по току составляет примерно 50 - 70 %.

Жидкий мишметалл либо вычерпывают ковшом, либо выпускают все содержимое ванны в стальные изложницы, нагретые до 500 - 550 °С. После расслоения и остывания электролит возвращается в процесс.

Получаемый мишметалл или церий содержит 94 - 99 % суммы РЗЭ и ряд примесей: углерод, кальций, алюминий, до 1% кремния, 1,0 - 2,5 % железа и др. Чистоту металла можно повысить применением для изготовления электродов металлов, не взаимодействующих с лантаноидами (молибден и особенно тантал), использованием для футеровки тигля чистых оксидов магния и бериллия, а также проведением электролиза в атмосфере инертного газа.