[发明专利]一种高纯稀土金属及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及优质金属材料制造领域，具体地说是一种高纯稀土金属及其制备方法和用途。

背景技术

我国对稀土元素在钢中应用的研究始于上个世纪50年代后期。关于稀土元素在钢中应用的研究，在理论及实践上取得了一定的突破，在稀土钢的应用方面取得了很多成果。大量的研究与生产经验表明，稀土元素对钢以及合金的组织和力学性能具有重要的影响。比如，稀土具有深脱氧、深脱硫的作用，稀土可以变质和细化夹杂物，稀土可以抑制晶粒长大，从而提高金属材料的韧塑性、疲劳性能、耐磨性、耐蚀性和耐热性等。

但是稀土在钢中应用最大的问题在于稀土元素不能持续稳定的发挥作用，并且还存在许多负面影响。比如，上世纪七八十年代，大量稀土钢的应用过程中产生了大型夹杂物聚集，导致钢的性能不稳定甚至恶化；生产过程中稀土钢与耐火材料反应，导致水口结瘤，影响生产顺行，甚至导致严重的生产事故等。

究其原因，在于目前国内稀土金属执行标准(如GB/T 4153-2008等)对稀土金属产品的纯净度要求不高，相对宽泛，无法满足装备制造用金属材料对稀土金属添加剂的质量要求，从而导致性能不稳定、负面作用凸显等问题。因此，发明一种超高纯净度稀土金属并保证其制备工艺的稳定可靠至关重要。

具体而言，目前稀土金属产品的国家标准中主要强调Mg、Zn、Pb、Fe、C等杂质元素的含量，而这些微量元素在钢的危害性不大，有的甚至是钢中主元素；反之，对金属材料影响较大的氧元素在目前的稀土金属标准及商业化产品中并没有规定，从而导致，稀土金属产品的纯净度只片面地注重Mg、Fe、C等杂质元素的控制，而忽略了氧含量控制。并且，目前商业化稀土产品完全是在开放的与空气接触的环境下进行电解和凝固的，因此稀土金属中的氧含量常常高达0.1％以上甚至更高，氧一般和稀土化合形成稀土氧化物，这部分稀土氧化物在添加到钢中时，就会以夹杂物的形式存在，从而恶化钢的性能，尤其是耐磨性、耐热性、耐蚀性和低温韧性。因此，从稀土金属产品的角度而言，如何更有效地降低其中的氧含量，对提升稀土金属产品的质量至关重要。

从制备工艺角度而言，现有的稀土金属制备工艺是以稀土氧化物或氧化物氟盐作为原料，通过电解的方法制备出液态稀土金属，进而将稀土金属凝固成块状而走向商品化。在稀土金属从液态到固态的凝固过程中，通常采用开放式浇注、无保护凝固的工艺，全流程均与空气接触，从而导致稀土金属氧化严重，氧含量较高。因此，开发保护性稀土金属凝固制备工艺是保证获得高纯净稀土金属产品的基础与保障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高纯净稀土金属及其制备方法和用途，为装备制造与优质钢铁材料提供添加剂，净化钢水，细化晶粒，变质夹杂，稳定提升钢铁材料的性能，避免稀土添加剂在钢铁材料中产生夹杂物粗大、堵塞水口、恶化性能等负面作用。

基于此目的，本发明的技术方案是：

一种高纯稀土金属，按重量百分比计，稀土金属总含量大于99.5％，氧含量O≤0.02％。

所述的高纯稀土金属，稀土金属为镧、铈或镧和铈的混合物。

所述的高纯稀土金属，镧和铈的混合物中，镧和铈的质量比例为1:(1～5)。

所述的高纯稀土金属的制备方法，包含如下步骤：

1)电解步骤：采用稀土氧化物或稀土氧化物氟盐作为原材料，利用电解方法将稀土金属还原成熔融状态；

2)凝固步骤：将温度在800℃以上的电解熔融状态的稀土金属，在电解质保护状态下或惰性气体保护状态下，在密闭容器中或在真空容器中，进行凝固。

所述的高纯稀土金属的制备方法，稀土金属在隔绝空气的环境中进行凝固。

所述的高纯稀土金属的制备方法，当稀土金属纯净度需要进一步提升时，采用真空感应熔炼炉对稀土金属进行重熔和进一步提纯。

所述的高纯稀土金属的制备方法，稀土金属为镧、铈或镧和铈的混合物。

所述的高纯稀土金属的用途，该稀土金属用作连铸或者模铸优质的结构钢、合金钢、特殊钢、铝合金或镁合金的添加剂。

本发明的设计思想是：