[发明专利]一种直接热还原连续制备金属钐的方法

说明书

技术领域

本发明属于有色金属冶金技术领域，特别涉及一种直接热还原连续制备金属钐的方法。

背景技术

金属钐(Sm)是轻稀土金属的重要产品之一，具有特殊的物化性质。它的熔点1074℃、沸点1794℃，硬度45～65HB、密度7.536g/ml，延展性好而易于加工成材。钐具有很强的金属化学性，在一定外界条件作用下，易与氧、氢、氮、硫、碳等相互作用而生成相应的化合物(Sm₂O₃、SmH₃、SmN等)，与某些金属可生成合金(如SmCo等)，与酸碱作用可生成不同金属盐类(SmCl₃，Sm₂(SO₄)₃、SmNO₃等)。如以上金属钐化合物、合金和盐类等都具有很好的实用技术和经济价值。

近年来，金属钐在稀土永磁材料、合金的变质剂、钢铁的净化剂和原子能等领域中得到越来越广泛的应用。例如，由于钐原子中的轨道矩和自旋矩对磁矩均具有良好的影响，可制成SmCo₅，Sm₂Co₁₇和Sm₂Fe₁₇N_x等稀土钐永磁材料，广泛应用在军工行波器和环行器。由于SmCo型能量密度大，可制成磁体阀门用于核电站的密封阀门，降低泄露。钐永磁材料还广泛应用在经络磁疗器、手术器械和医疗磁片等生物医疗领域。还有含钐的发火合金用于工业汽灯、焊枪点火器和火矩点火装置等；钐在炼钢和炼铁过程中可以脱氧除硫，从而提高钢及铁性能；钐还可制成棒用于反应堆内控制热中子量的材料，吸收热中子就可调节原子的分裂速度；Sm₂O₃也可用于核子反应堆上的陶瓷保护层的组分，或用于控制原子锅炉中的核反应，效果很好。从上世纪80-90年代，我国生产Sm己达到工业化水平，己形成规模化生产，可满足国内外市场的需求。2000年以来，我国Sm的生产工艺及设备更加完善，并己成为Sm的生产大国，产量居世界之首。

目前，我国金属钐主要制备方法是稀土金属还原蒸馏法，即以稀土镧(或铈、镨、钕)或镧铈合金为还原剂，Sm₂O₃为原料在低于1Pa的真空条件下1200～1250℃高温还原90min，然后冷凝、蒸馏分离得到金属钐。该方法的工艺及设备较成熟，己工业化应用。但是该方法存在着生产容量小、钐产品单位产量低，造成需求量快增时，必须使用很多台还原炉设备才能满足需求、引起设备投资大、作业繁杂、生产费用高和管理不便等问题。同时该方法以稀土金属为还原剂，存在着生产成本高等缺点。针对以上问题，为提高金属钐产量，降低其生产成本，必须快速开发金属钐制备新方法。近年来开发出Sm₂O₃高温熔盐电解法、钙热还原法制备金属钐或钐合金，但是以上方法均存在着产品质量低、生产效率低、生产成本高等问题，而无法工业化应用。

发明内容

针对现有稀土真空还原-蒸馏法制备金属钐生产及研究所存在的缺点和不足，本发明提出了一种直接热还原连续制备金属钐的方法，即在动态惰性气体或氮气中进行高温还原，生成的高温钐蒸汽被流动的惰性气体或氮气携带走，冷凝得到金属钐。本发明提供一种在“相对真空”条件下，采用金属热还原法连续炼钐的方法，实现了钐的低成本连续生产，解决传统的稀土真空还原-蒸馏法制备金属钐所存在能耗高、还原罐寿命短以及生产成本高等问题；本发明方法反应速度快，还原效率高，同时实现了钐的连续生产。