RU2603408C2 - Способ получения сплава неодим-железо и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ получения сплава неодим-железо и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2603408C2 RU2603408C2 RU2015114305/02A RU2015114305A RU2603408C2 RU 2603408 C2 RU2603408 C2 RU 2603408C2 RU 2015114305/02 A RU2015114305/02 A RU 2015114305/02A RU 2015114305 A RU2015114305 A RU 2015114305A RU 2603408 C2 RU2603408 C2 RU 2603408C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- neodymium
- electrolyte
- temperature
- electrolyzer
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- PXAWCNYZAWMWIC-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Nd] Chemical compound [Fe].[Nd] PXAWCNYZAWMWIC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 19
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 17
- PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N neodymium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Nd+3].[Nd+3] PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000011833 salt mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 5
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OYLGJCQECKOTOL-UHFFFAOYSA-L barium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ba+2] OYLGJCQECKOTOL-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 229910001632 barium fluoride Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XRADHEAKQRNYQQ-UHFFFAOYSA-K trifluoroneodymium Chemical compound F[Nd](F)F XRADHEAKQRNYQQ-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 4
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims description 4
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 claims description 4
- 229910000583 Nd alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- ZWKKPKNPCSTXGA-UHFFFAOYSA-N iron neodymium Chemical compound [Fe].[Fe].[Nd] ZWKKPKNPCSTXGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 15
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 238000013461 design Methods 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 5
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- -1 Rare earth fluorides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- UTWHRPIUNFLOBE-UHFFFAOYSA-H neodymium(3+);tricarbonate Chemical compound [Nd+3].[Nd+3].[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O UTWHRPIUNFLOBE-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/34—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of metals not provided for in groups C25C3/02 - C25C3/32
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электролитическому получению сплавов. Получают сплав неодим-железо, содержащий 78-96 мас.% неодима. В электролизер загружают оксид неодима, железо в виде стружки, расплав солевой смеси в качестве электролита через загрузочный карман, в котором устанавливают температуру 725-990°С. Электролиз ведут при температуре электролита 735-1000°С, а выгрузку готового продукта производят через разгрузочный карман, в котором устанавливают температуру 685-950°С. Тепловой режим электролизера регулируют наложением переменного тока на постоянный при рабочей плотности постоянного тока на электродах 0,4-0,8 А/см2 и плотности переменного тока не более 0,8 А/см2. Электролизер снабжен торцевым загрузочным карманом для загрузки сырья и разгрузочным карманом для выгрузки готового продукта и выполнен с возможностью регулирования температурного режима посредством комбинированного источника совмещенного питания постоянного и переменного тока, причем разгрузочный карман готового продукта сообщен с ванной горизонтальным каналом на уровне расплава, а загрузочный карман - на уровне электролита и выполнен с углублением для хранения нерастворенного оксида неодима. Обеспечивается снижение энергетических затрат и повышение стабильности процесса. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к электролитическим способам получения неорганических соединений на основе редкоземельных, редких и рассеянных металлов.
Известен способ и устройство для получения сплава неодим-железо методом электролиза, включающий приготовление солевой смеси, ее сушку, разогрев до жидкого состояния и перелив полученного расплава в электролизер [пат. US 4684448, кл. С25С 3/34; С25С 7/00, опубл. 04.08.1987]. Проведение электролиза осуществляется в ванне с использованием одного катода, сделанного из железа, и одного или нескольких углеродных анодов. Для производства сплава неодим-железо в качестве электролита используют смесь расплавленных солей, включающую 35-76 мас.% фторида неодима, 20-60 мас.% фторида лития, 0-40 мас.% фторида бария и 0-20 мас.% фторида кальция. Анодная плотность тока составляет 0,1-0,4 А/см2, катодная - 0,5-55 А/см2. Температура расплава составляет 770-950°С. Содержание неодима в сплаве составляет 73 мас.%. В пределах вышеуказанной температуры сплав этого состава находится в жидком состоянии и может быть эффективно откачан из приемника электролизера методом вакуумного всасывания.
Недостатками данного способа и устройства для получения сплава неодим-железо являются:
- невозможность промышленной реализации конструкции электролизера за счет стократного различия в рабочей площади анода и катода;
- низкое значение выхода по току (не более 60-65%) на электролизере с вертикальными электродами за счет протекания реакции взаимодействия металлического неодима с выделяющимся оксидом углерода с образованием оксида неодима, что является исходным сырьем;
- высокая вероятность разрушения вакуумной системы электролизера за счет возможного превышения предельного содержания неодима в получаемом сплаве и отсутствия в конструкции электролизера элементов, контролирующих состав сплава неодим-железо;
- частые анодные эффекты из-за высокой плотности тока и отсутствия конструкционных возможностей в электролизере для поддержания постоянной концентрации оксида неодима в электролите, что приводит к перенапряжению на ванне и нестабильному тепловому режиму электролизера, вследствие чего происходит разрушение футеровки.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению являются способ и устройство для получения редкоземельных металлов, включающие составление исходной смеси, подготовку и загрузку в ванну расплавленного электролита [пат. US 5932084, кл. С25С 3/34, опубл. 03.08.1999]. Конструкция электролизера отличается тем, что на дне ванны расположен катод в виде емкости, изготовленной из тугоплавкого металла. Для производства редкоземельных металлов и сплавов в качестве сырья используют карбонаты неодима и других редких металлов. Исходное сырье загружают в электролит при температуре 750-950°С. Электролит включает в себя 50-75 мас.% фторидов редкоземельных металлов, 15-30 мас.% фторида лития и 10-20 мас.% фторида бария, при этом в расплаве могут находиться до 3 мас.% солей щелочных или щелочноземельных металлов и не более 0,2 мас.% влаги. Конструкция установки позволяет регулировать потенциал анода и устанавливать на электролизере напряжение, необходимое для выделения фтора.
Сущность изобретения заключается в том, что, попадая в электролит, карбонаты разлагаются на оксиды металлов и углерода. Находясь в газовой среде, оксиды углерода тормозят электрохимическую реакцию восстановления оксида неодима до металла. Потенциал анода увеличивается и достигает потенциала выделения фтора, при этом протекает реакция разложения фторида неодима. Образующийся фтор реагирует с карбонатами редкоземельных металлов, а неодим взаимодействует с железом с образованием сплава. При этом выделение на графитовом аноде токсичных фторсодержащих газов не происходит, а на катоде образуется сплав неодим-железо. Готовый продукт, по мере накопления, извлекается из электролизера при помощи вакуум-ковша и разливается в изложницы. Процесс протекает при анодной плотности тока 0,6-5,0 А/см2 и катодной плотности тока 5-12 А/см2. Напряжение на ванне составляет 6-10 В.
Недостатками данного способа и устройства для получения сплава неодим-железо являются:
- в конструкции электролизера не предусмотрена аппаратура для контроля состава сплава железо-неодим, а также нет возможности его регулирования. Данное обстоятельство может привести к остановке работы электролизера при увеличении или уменьшении неодима от нормального содержания;
- при загрузке исходное сырье оседает на дне электролизера под действием гравитационной силы и прерывает процесс электролиза до тех пор, пока полностью не перейдет в оксидную форму и не растворится в электролите, что делает данный процесс периодичным;
- высокая вероятность попадания токсичных фторсодержащих газов в атмосферу окружающей среды за счет неполноты протекания реакции взаимодействия выделяющегося фтора с карбонатами редких металлов;
- повышенный расход электроэнергии и перенапряжение на ванне за счет низкой скорости растворения карбоната неодима, что приводит к образованию гетерогенной системы в солевом расплаве и увеличению сопротивления электролита.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение энергетических затрат и повышение стабильности процесса электролиза при получении сплава неодим-железо.
Достигается это тем, что в конструкцию электролизера вводятся торцевые карманы для загрузки сырья и выгрузки готового продукта, проводят регулировку напряжения путем наложения переменного тока на постоянный, уменьшают сопротивление электролита и сокращают количество анодных эффектов за счет особой конструкции загрузочного кармана и состава электролита.
Загрузочный карман имеет специальное углубление для хранения нерастворенного оксида неодима и соединительный канал с рабочим пространством электролизера на уровне электролита. Конструкция кармана позволяет уменьшить количество загрузок исходного сырья и снизить сопротивление электролита в рабочем отделении.
Карман для удаления интерметаллидов находится на противоположной стороне ванны от загрузочного кармана и соединен при помощи горизонтального канала с расплавленным металлом. Температура металлического расплава в кармане должна быть ниже, чем в электролизном отделении ванны на 30-80°С. Снижение температуры ниже ликвидуса приводит к выделению и накоплению интерметаллидов в металлическом расплаве кармана.
Тепловой режим в электролизном отделении ванны регулируется путем наложения переменного тока на постоянный. Температура выделения интерметаллических соединений из жидкой фазы зависит от их состава и определяется ликвидусом системы неодим-железо. Содержание неодима в полученном сплаве находится в интервале от 78 до 96 мас.%. При этом температура в разгрузочном кармане должна быть равна 685-950°С, а в рабочем пространстве - 735-1000°С.
Сравнение заявляемого технического результата с прототипом и другими решениями в данной области техники выявило использование сходных признаков в процессе составления солевой смеси, сушки, разогрева до жидкого состояния и перелива полученного расплава из печи в электролизер, содержащий графитовый анод, катод из тугоплавкого металла и футеровку. Однако наличие в электролизере загрузочного и разгрузочного карманов, а также комбинированного источника питания постоянным и переменным током являются отличными признаками настоящего изобретения. Использование данных отличий позволяет значительно повысить снижение энергетически затрат и достичь повышения стабильности процесса электролиза.
Для нормального ведения процесса электрохимического получения сплава, содержащего 78-96 мас.% неодима, температура электролита в рабочем пространстве электролизера должна составлять 735-1000°С. При повышенных температурах расплава (более 1000°С) срок службы шамотной футеровки и электролизера сокращаются. Снижение температуры ниже 735°С может привести к выделению интерметаллических соединений непосредственно в рабочем пространстве электролизера, при этом для их удаления необходимо будет останавливать электролизер, что нарушит стабильность процесса электролиза и увеличит энергетические затраты.
При существующей технологии ведения электролиза наблюдается значительный перерасход электроэнергии по сравнению с теоретически необходимым. Причиной этого являются анодные эффекты, которые возникают из-за низкой растворимости оксида неодима во фторидном расплаве. Загрузка сырья должна быть небольшой и частой. Это приводит к скачкам напряжения и поломке оборудования, а сам процесс электролиза протекает нестабильно. Для улучшения работы установки предлагается изменить конструкцию электролизера, введя в него загрузочный карман. Углубление, сделанное в дне кармана, заполняется порошком оксида неодима, который постепенно растворяется в электролите независимо от частоты и количества загрузки сырья. Оксид неодима попадает в рабочее отделение только в растворенном виде, и поэтому сопротивление электролита не увеличивается, а, наоборот, уменьшается.
Объем углубления должен соответствовать разовой загрузке оксида неодима и зависит от мощности электролизера. Разовая загрузка оксида неодима определяется теоретически и проверяется опытным путем. Температура в загрузочном кармане должна быть близка к температуре рабочего пространства электролизера, т.е. 725-990°С. Различие температур в рабочем пространстве и в загрузочном кармане электролизера обусловлено потерей тепла через бортовую стенку ванны.
Температура в разгрузочном кармане составляет 685-950°С, т.е. ниже, чем в электролизном отделении ванны. Снижение температуры ниже, чем в рабочем пространстве электролизера, приводит к выделению интерметаллических соединений на дне кармана. Периодически их удаляют при помощи специального устройства. Если состав металлического сплава не меняется, то и состав интерметаллических соединений остается постоянным. Интервал температуры разгрузочного кармана 685-950°С обусловлен тем, что при температуре ниже 685°С будет происходить полное застывание сплава в разгрузочной зоне, а при температуре выше 950°С не будет протекать выделение интерметаллических соединений. В обоих случаях выгрузка сплава железо-неодим будет невозможна, что отрицательно влияет на стабильность процесса.
Для поддержания постоянства температуры или для вариативности теплового режима настоящая установка содержит комбинированный источник совмещенного питания постоянного и переменного тока. При этом рабочая плотность постоянного тока на электродах составляет 0,4-0,8 А/см2, а плотность переменного может быть не более 0,8 А/см2. Интервал плотности постоянного тока 0,4-0,8 А/см2 обусловлен тем, что при плотности постоянного тока ниже 0,4 А/см2 прилагаемой электрической энергии будет недостаточно для разложения исходного сырья и процесс электролиза будет неэффективен, а при плотности постоянного тока выше 0,8 А/см2 высока вероятность возникновения анодного эффекта, как и при той же плотности переменного тока.
Тепловой режим предлагаемой конструкции электролизера поддерживается и регулируется путем наложения переменного тока на постоянный, что позволяет использовать автоматическую систему для регулирования и поддержания необходимой температуры в рабочем пространстве электролизера. Стабилизация получения лигатуры неодим-железо позволяет сократить число технологических нарушений и снизить трудозатраты на обслуживание электролизеров.
На фиг. 1 представлен электролизер для получения сплава неодим-железо, содержащего 78-96 мас.% неодима. Электролизер состоит из стальной футерованной ванны 10, шамотной футеровки ванны 2, угольной подины 14, катода из тугоплавкого металла 4, железного токоподвода к катоду 15, кармана для удаления интерметаллидов (разгрузочного кармана) 3, загрузочного кармана 12, графитового анода 8, токоподвода к аноду 1, бортовой огнеупорной неэлектропроводной футеровки 11. Крышка рабочего пространства электролизера 6 имеет отверстие 7 для загрузки исходного материала (железо) и аптейк для отвода газов 9, образующихся в процессе электролиза. В ванне размещаются электролит 13 и катодный металл 5.
На фиг. 2 представлена схема реализации предлагаемого изобретения. После сушки и расплавления солевой смеси в камерной печи 16 расплавленный электролит переливают в ванну. Затем в электролизер опускают анод и закрывают крышкой. Анод и катод при помощи токоподводов подключаются к источнику питания 17 и подают электрический ток. При этом межэлектродное расстояние и подаваемый переменный ток должны быть максимальными. Регулировка анода осуществляется при помощи специального устройства 21. После этого в загрузочный карман электролизера загружают порошкообразный оксид неодима 19. Степень заполнения углубления на дне кармана осуществляется при помощи щупа 18. Расплавленный исходный сплав и железо в виде стружки 22 вводятся через отверстие в крышке и через электролит попадают в приемник катода. Термопара 20 находится в электролите и осуществляет обратную связь с источником питания. Если температура электролита ниже заданной, то переменный ток увеличивают, и, наоборот, если температура выше, то подаваемый ток уменьшают. При наполнении приемника сплавом неодим-железо в разгрузочный карман вставляется труба вакуумного откачивания. После этого в системе создается вакуум, и готовый сплав удаляется из электролизера.
Для производства сплава неодим-железо в качестве электролита используют смесь расплавленных солей, состоящую из 58-64 мас.% фторида неодима, 34-40 мас.% фторида натрия, 0-4 мас.% фторида бария и 0-2 мас.% фторида лития. Содержание неодима в получаемом сплаве может колебаться от 78 до 96 мас.%.
Интервал содержания фторида неодима в электролите 58-64 мас.% обусловлен тем, что при содержании фторида неодима менее 58 мас.% или более 64 мас.% в полученной смеси расплавленных солей не будет протекать растворение оксида неодима в той степени, которая необходима для стабильного ведения процесса и устранения анодных эффектов.
Интервал содержания фторида натрия в электролите 34-40 мас.% обусловлен тем, что при содержании фторида натрия менее 34 масс % или более 40 мас.% в полученной смеси расплавленных солей не будет протекать растворение оксида неодима в той степени, которая необходима для стабильного ведения процесса и устранения анодных эффектов.
Интервалы содержания фторида бария 0-4 мас.% и фторида лития 0-2 мас.% обусловлены тем, что при данных содержаниях достигаются необходимые для стабильного ведения процесса электролиза физико-химические свойства электролита (электропроводность, вязкость, температура плавления). При больших содержаниях фторида лития и фторида бария будет нарушаться стабильность процесса электролиза за счет изменения количества тепла, выделяемого электролизером, и возможного перегрева или застывания ванны.
Интервал содержания неодима 78-96 мас.% в получаемом сплаве обусловлен тем, что при содержании неодима в сплаве неодим-железо менее 78 мас.% или более 96 мас.%, в пределах обозначенных температур, сплав неодим-железо находится в твердом состоянии и не может быть эффективно откачан из разгрузочного кармана.
Пример осуществления изобретения. Исходные вещества (марка х.ч.) подвергаются сушке в сушильном шкафу при температуре 300-350°С в течение 2 часов для удаления влаги. После сушки солевую смесь плавят в камерной печи при температуре 720-750°С, затем полученный электролит переливают в ванну. Исходный сплав неодим-железо, содержащий 90-93 мас.% неодима, также плавят в муфельной печи при температуре 750-800°С и, через электролит, направляют в молибденовый приемник катода. Железо, по мере его расходования, добавляют в сплав в виде стружки размером 0,2-1,0 мм. После этого в загрузочный карман электролизера загружают порошкообразный оксид неодима с избытком и включают комбинированный источник питания серии EAC/R. В начале опыта сила переменного тока должна быть максимальной. Сила тока и напряжение контролируются при помощи амперметра (0-50 А) и вольтметра (0-30 В) марки ES9P. Время каждого опыта - 6 часов. Содержание оксида неодима постоянное и составляет 1,5 мас.%. Во время электролиза выделение фторсодержащих газов не обнаружено. Полученные результаты приведены в таблице 1.
Claims (2)
1. Способ получения сплава неодим-железо, содержащего 78-96 мас.% неодима, включающий составление солевой смеси, ее сушку, разогрев до жидкого состояния с получением расплава солевой смеси, причем расплав солевой смеси состоит из фторида неодима - 58-64 мас.%, фторида натрия - 34-40 мас.%, фторида бария - до 4 мас.% и фторида лития - до 2 мас.%, загрузку в электролизер оксида неодима, железа в виде стружки и расплава солевой смеси в качестве электролита проводят через загрузочный карман, в котором устанавливают температуру 725-990°С, ведут электролиз с получением сплава железо-неодим при температуре электролита в рабочем пространстве электролизера 735-1000°С, а выгрузку готового продукта производят через разгрузочный карман, в котором устанавливают температуру 685-950°С, причем тепловой режим электролизера регулируют наложением переменного тока на постоянный при рабочей плотности постоянного тока на электродах 0,4-0,8 А/см2 и плотности переменного тока не более 0,8 А/см2.
2. Электролизер для получения сплава неодим-железо, содержащего 78-96 мас.% неодима, содержащий стальную футерованную ванну с расплавом, угольную проводящую подину, катод из тугоплавкого металла, размещенный на подине, и графитовый анод, подвешенный на стальной штанге, при этом он выполнен с торцевым загрузочным карманом для загрузки сырья, разгрузочным карманом для выгрузки готового продукта и с возможностью регулирования температурного режима посредством комбинированного источника совмещенного питания постоянного и переменного тока, причем разгрузочный карман готового продукта сообщен с ванной горизонтальным каналом на уровне расплава, а загрузочный карман - на уровне электролита и выполнен с углублением для хранения нерастворенного оксида неодима.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015114305/02A RU2603408C2 (ru) | 2015-04-17 | 2015-04-17 | Способ получения сплава неодим-железо и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015114305/02A RU2603408C2 (ru) | 2015-04-17 | 2015-04-17 | Способ получения сплава неодим-железо и устройство для его осуществления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015114305A RU2015114305A (ru) | 2016-11-10 |
| RU2603408C2 true RU2603408C2 (ru) | 2016-11-27 |
Family
ID=57267625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015114305/02A RU2603408C2 (ru) | 2015-04-17 | 2015-04-17 | Способ получения сплава неодим-железо и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2603408C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771049C2 (ru) * | 2017-08-01 | 2022-04-25 | Бостон Электрометаллурджикал Корпорейшн | Электролитическое получение химически активных металлов из металлооксидного сырья, содержащего оксид целевого химически активного металла,электролизом в расплавленном оксидном электролите |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115398040A (zh) * | 2020-02-10 | 2022-11-25 | 罗切斯特大学 | 用于高能效电解池的系统和方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5118396A (en) * | 1989-06-09 | 1992-06-02 | The Dow Chemical Company | Electrolytic process for producing neodymium metal or neodymium metal alloys |
| US5810993A (en) * | 1996-11-13 | 1998-09-22 | Emec Consultants | Electrolytic production of neodymium without perfluorinated carbon compounds on the offgases |
| US5932084A (en) * | 1995-10-25 | 1999-08-03 | Santoku Metal Industry Co., Ltd. | Process for producing rare earth metals |
| WO2011092516A1 (en) * | 2010-02-01 | 2011-08-04 | National Nuclear Laboratory Limited | Novel method for steel production |
-
2015
- 2015-04-17 RU RU2015114305/02A patent/RU2603408C2/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5118396A (en) * | 1989-06-09 | 1992-06-02 | The Dow Chemical Company | Electrolytic process for producing neodymium metal or neodymium metal alloys |
| US5932084A (en) * | 1995-10-25 | 1999-08-03 | Santoku Metal Industry Co., Ltd. | Process for producing rare earth metals |
| US5810993A (en) * | 1996-11-13 | 1998-09-22 | Emec Consultants | Electrolytic production of neodymium without perfluorinated carbon compounds on the offgases |
| WO2011092516A1 (en) * | 2010-02-01 | 2011-08-04 | National Nuclear Laboratory Limited | Novel method for steel production |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГРЕБНОВ В.А. и др. Получение неодима электролизом из расплавов. Известия Томского политехнического университета. 2007. Т.311, N3, с.76-79. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771049C2 (ru) * | 2017-08-01 | 2022-04-25 | Бостон Электрометаллурджикал Корпорейшн | Электролитическое получение химически активных металлов из металлооксидного сырья, содержащего оксид целевого химически активного металла,электролизом в расплавленном оксидном электролите |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015114305A (ru) | 2016-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2713024A (en) | Process for the continuous feeding of electrolytic aluminum cells | |
| UA65558C2 (en) | A process for the electrolytic production of metals | |
| KR102666307B1 (ko) | 전해 방법, 장치 및 생성물 | |
| CN203999841U (zh) | 电解池、电解池系统和电解池组件 | |
| CN105200458B (zh) | 一种制备碳化钛的方法 | |
| RU2603408C2 (ru) | Способ получения сплава неодим-железо и устройство для его осуществления | |
| RU2620319C2 (ru) | Электролитическая ячейка для производства редкоземельных металлов | |
| RU2621207C1 (ru) | Способ получения сплава на основе алюминия и устройство для осуществления способа | |
| JP7129828B2 (ja) | 溶融塩電解方法および、金属マグネシウムの製造方法 | |
| Beck | Production of aluminum with low temperature fluoride melts | |
| WO2013170310A1 (en) | Drained cathode electrolysis cell for production of rare earth metals | |
| US6837982B2 (en) | Maintaining molten salt electrolyte concentration in aluminum-producing electrolytic cell | |
| RU2734610C1 (ru) | Способ получения сплава титан-железо и устройство для его осуществления | |
| RU2453639C1 (ru) | Электролизер для получения металлического лития | |
| Ali et al. | Anode spike formation in prebaked aluminium reduction cells | |
| Martinez et al. | Manufacturing of dysprosium-iron alloys by electrolysis in fluoride-based electrolytes. Electrolysis in a laboratory-scale cell | |
| JP2020193378A (ja) | 溶融塩電解方法および、金属マグネシウムの製造方法 | |
| RU2812159C1 (ru) | Способ получения алюминия электролизом раствора глинозема в криолите | |
| RU2332527C1 (ru) | Способ питания алюминиевых электролизеров | |
| RU2154127C1 (ru) | Способ питания сырьем алюминиевого электролизера и устройство для его реализации | |
| JP2020003265A (ja) | 溶融塩中の水量推定方法及び、溶融金属の製造方法 | |
| JPS63118089A (ja) | チタン，チタン合金の製造方法 | |
| RU2616752C1 (ru) | Способ пуска алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом | |
| CN108456897B (zh) | 用于电解制备含铝合金的铝源、制备方法及使用其制备含铝合金的方法 | |
| Meirbekova et al. | Effect of current density and phosphorus impurities on the current efficiency for aluminum deposition in cryolite-alumina melts in a laboratory cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20190506 |