收藏词条 编辑词条 稀土金属提纯
稀土金属提纯(purification of rare earth metal)脱除工业纯稀土金属中的金属和气体杂质，产出高纯稀土金属的过程。用熔盐电解法和金属热还原法制得的稀土金属纯度一般为98％～99.5％，需要经过提纯进一步除去其中的杂质，才能获得高纯金属产品。高纯稀土金属的纯度一般为99.9％～99.99％，主要用作研究稀土金属、合金及功能材料性能的原料。
稀土金属常用的提纯方法有真空蒸馏、区域熔炼、固态电解、悬浮区熔一固态电解联合法、电解精炼等方法，单用任何一种方法都不能把杂质脱除干净，为获得高纯的稀土金属产品，往往需选用两种以上相配合的提纯方法。在选择提纯方法时，需考虑要求除去杂质的有效率、装置的效率、金属的收率、生产成本等因素。
真空蒸馏法 利用各物质在同一温度下，蒸气压和蒸馏速度不同来获得纯物质的一种经典方法。此法对除去低沸点、高蒸气压杂质效果较好。
真空蒸馏是在真空中频感应炉或真空电阻炉中进行的。首先将工业纯稀土金属装入冷凝器相联接的钽或钼制坩埚内，密封好即可抽真空。在真空条件下可起降低金属的沸点，加速蒸馏速度及提高除杂质效果的作用，因此真空度一般都保持在6．66×10-8Pa以上。蒸馏温度一般控制在1773～2273K。在此蒸馏条件下，稀土金属和低沸点、高蒸气压杂质挥发进入冷凝器，而低沸点、高蒸气压杂质在1173～1273K下不冷凝与稀土金属分离。一些高沸点金属如钼、钛、铌、钽等则留在坩埚中。一些与稀土金属蒸气压相近的钒、铁、铬等在真空蒸馏中难以除去，但采用多孔钨过滤器或向被提纯金属中添加少量钨与真空蒸馏法相配合的方法，就可有效地除去这些杂质。真空蒸馏完毕后，冷却至473K温度以下，破坏真空从炉中取出蒸馏装置，从冷凝器中取出金属。所得稀土金属中的各杂质含量一般小于10-2％～15×10-3％。此法目前多用于金属钐、铕、镱、铥的提纯。
区域熔炼法 利用杂质在主成分的固体和液体中溶解度的差别，来获得纯物质的方法。此法是在高真空条件下，在一根被提纯的稀土金属锭料上产生一个或几个小熔区，熔区从一端向另一端缓慢移动。在熔融金属中溶解度大的杂质富集在熔区移动方向一端，而溶解度小的杂质则富集在另一端，从而达到提纯的目的。按需要重复多次区域熔炼，直至获得所需纯度产品为止。区域熔炼不能用于在熔点附近具有蒸气压高的金属提纯，除气体杂质效果差，但能有效地除去铁、铝、镁、铜、镍等杂质。这种方法只能制取尺寸比较小的高纯稀土金属锭，且生产率低，可用于提纯在熔点附近具有蒸气低的稀土金属，如钇、镧、铈和钆等。
固态电解法又称电传输、电泳、离子迁移或电迁移法。是利用杂质离子在电场作用下顺序迁移的原理来提纯金属的。此法已广泛用于实验室规模制取纯稀土金属。它具有设备比较简单，能有效地除去微量金属和非金属杂质等优点，但作业周期长、产率低。这种提纯方法对稀土金属的提纯程度可用电传输方程来描述：
式中C0为杂质初始浓度(质量分数ω)，％；C(x，∞)为在时间t～∞时沿长度z处的杂质浓度(质量分数ω)，％；v为电传输速率，cm2／(h•V)；E为电场强度，A，／cm2；D为扩散系数，10-5cm2／s；l是试样长度，cm。
从上式看出，可用尽可能长的料棒，增加电场强度(提高电流密度)和提纯比v／D)来提高提纯效果。固态电解法已用于镧、铈、镥、钇和钆等稀土金属的提纯，一般经过2次提纯处理可除掉98％的氧，总杂质可脱除90％以上。
悬浮区熔-固态电解联合法一种将区熔与固态电解结合的提纯方法。实质是一种在电场作用下的区域熔炼法，利用杂质在液固两相中溶解度的差异、杂质离子向阳极迁移和蒸气压高的杂质挥发等原理来实现提纯金属的。稀土金属中的气体杂质和碳靠电传输脱除，而钙、钠、硅、铁等非稀土杂质则靠区熔脱除。联合法较其中任一种方法的提纯效果都好，生产周期短。当用联合法提纯钇时，将钇料棒垂直固定在水冷铜板之间，在真空下通入直流电将钇料棒加热到稍低于钇的熔点温度下，控制适宜的电流密度和电场电压及熔区移动速度，经过10次提纯处理，即可得到首部是单晶、中部是粗晶、尾部是多晶的钇锭。钇中各金属杂质可降至1×10-2％以下，气体杂质可脱出70％以上。
熔盐电解精炼法 以工业纯稀土金属棒或其合金为阳极，钨棒为阴极，金属熔盐为电解质，在惰性气氛的密封镍制或钨制的电解槽中，通过电化学作用，使工业纯稀土金属或其合金溶解，在阴极上析出纯金属的方法。
采用KCl—RECl3、NaCl•KCl—RECl3、LiCl—RECl3或LiF—REF3，LiCl—LiF—REF3等电解质体系。通过对电解温度、电流密度、槽电压等电解工艺条件的控制，使稀土金属中的杂质不从阳极上溶饵或不在阴极上析出，就可以达到提纯的目的。如用熔盐电解法制得的Y—Ni合金(含Y51.2％、Ni46.2％)作阳极，在纯LiCl—YCl3电解质体系中经9个周期的熔盐电解精炼，约有90％的钇从阳极溶解而转到阴极上析出，电流效率为65％～87％，产品纯度可达99.9％以上。
展望 随着电子、光学和光电子及新功能材料的发展，对高纯稀土金属的需求量日益增加；以及为发现稀土金属及其化合物的潜在特性，特别是它们的光、电、磁等特性，需要制取更高纯度的稀土金属供研究之用。导致人们对制取高纯稀土金属的重视，一些新的有效的稀土金属提纯方法，如光激励精炼法以及由两种以上提纯方法组合的联合提纯方法可能问世。