真空·稀土 | 一文了解稀土金屬提純中用到的真空技術
根據中國稀土行業協會的最新數據，春節以來，我國稀土市場受疫情影響十分明顯。2月上旬，絕大部分稀土企業停工停產，到了2月中旬，慢慢活躍，下旬復工范圍才逐漸擴大。到了3月下旬，全球新冠肺炎疫情日益嚴重，稀土產品市場終端需求疲軟，在缺乏需求支撐的大背景下，稀土市場成交冷清，雖然供應商挺價，但全系稀土產品的價格依然穩重有降。
稀土金屬提純中用到的真空技術
眾所周知，稀土對世界各國經濟增長有舉足輕重的貢獻，它們有許多特殊功能，是稀土永磁材料、磁致冷材料、稀土發光材料等新功能材料的基礎原料，除了冶金、石油化工等傳統產業之外，稀土也廣泛應用于磁性、光纖通訊、超導等材料領域，并且占據重要地位，促進了新興高技術產業和現代軍事技術的發展。
提純難度大
稀土金屬共有17種化學元素，由鑭系元素和同族鈧、釔元素組成，由于元素間性質接近，所以分離提純工藝復雜，單一稀土產品的獲取不易實現。
在稀土制備的過程中，真空環境是不可或缺的。隨著稀土金屬研究的不斷深入，對其純度的要求也越來越高。目前，提純稀土金屬的方法主要有電解精煉、真空重熔、真空蒸餾、區域熔煉、熔鹽萃取、固態電遷移等。下面，讓我們一起來了解一下其中涉及的真空技術吧。
真空蒸餾技術
真空蒸餾技術的本質就是蒸餾-升華，利用各元素蒸汽壓的差異，在真空條件下提純稀土金屬。
這種方法對提純金屬的要求是要有較大的蒸汽壓，以利于獲得實際應用的蒸餾或升華速率，并且要在低于其氧化物共蒸餾或升華的溫度下進行，主要用于重稀土金屬的提純。
在生產中，蒸餾溫度升高，蒸餾速度隨之提高。此外，金屬蒸汽的冷凝速度是稀土金屬提純的另一個因素，如果冷凝速度比蒸餾速度大，就會產生回流現象，而冷凝速度與冷凝器的溫度、面積有關，且在冷凝速度一定的情況下，冷凝器溫度與表面積成反比關系。
該方法成本低、有較高的效率，再加上我國對稀土材料的需求不斷增長，所以真空蒸餾技術是目前廣泛應用并且具有規模生產能力的稀土提純處理方法之一。
真空蒸餾主要分為（1）還原-蒸餾技術，影響還原-蒸餾的主要因素有蒸餾溫度、保溫時間、壓錠密度、真空度、還原劑過量洗漱等；（2）真空蒸餾提純技術，利用稀土金屬與雜質在某一溫度下蒸汽壓的差別，在高溫高真空下加熱處理，使稀土金屬與雜質分離，從而得到高純稀土金屬。
真空蒸餾生產設備可以是真空感應爐、真空電阻爐。其中，真空感應爐具有升溫、降溫速率快的優點，但其對溫度控制精度不及真空電阻爐。所以，真空感應爐適用于對溫度控制要求較低的大規模生產，而真空電阻爐的升溫、降溫速率慢，溫度控制精度高，因此，便于控制還原-蒸餾區和冷凝區的溫度，已經廣泛應用于工業生產。
真空重熔
真空重熔對大多數稀土金屬去除蒸汽壓高的雜質（F、Ca、Mg等）均是有效的。一般在真空條件下采用電弧或電子束、感應爐加熱重熔。
對于蒸汽壓低的稀土金屬，真空重熔作為其進一步提純的方法，是目前普遍應用且規模較大的提純稀土金屬的方法，真空重熔后的稀土金屬純度通常可以提高2%~3%，達到99%~99.5%。
影響真空重熔效果的主要因素有重熔溫度、真空度、雜質性質等。
結語
由于稀土金屬的制備往往是在高溫、高真空條件下進行的，而稀土元素高溫化學活性很強，極易與C、N等多種元素生成化合物。所以，盡管真空技術在稀土金屬的提純中至關重要，但任何單一技術的效果都不是太理想。
應該在綜合考慮雜質的種類、純度要求和對雜質的去除效果等因素后，統籌考慮采用哪幾種工業提純方法相互補充，互相結合來去除雜質。比如真空蒸餾-高真空熔煉配合，可使稀土產品品質穩定，并可進一步提高稀土金屬純度；鈣熱還原-電弧爐重熔制備低C、N、O的高純稀土金屬，等等。
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