©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net金属钐材料的生产应用及市场中国有色工程设计研究总院(北京10000)○林河成1、前言金属钐(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10740C,沸点17940C,硬度45～65HB,密度71536g�ml,延展性好而易于加工成材。它的金属化学性很强,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(如Sm2O3,SmH3和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(如SmCl3,Sm2(SO4)3和Sm(NO3)3)等。如上的金属钐化合物,合金和盐类等具有实用的技术和经济价值。因此,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获得了较好的应用,发展前景看好。80—90年代,我国生产Sm已达到工业化水平,且具有规模化的生产,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,并已成为Sm的生产大国,产量居世界之首。因此,加速了我国Sm的更广泛地应用打下了坚实的基础,估计今后Sm的生产发展更为迅速。目前,我国生产金属钐的工艺技术,主要是采用金属还原蒸馏法,其工艺及设备较成熟,易于工业化。产品质量较好,产量较大。从发展看,该方法将仍是今后的主要生产方法。2、金属钐的生产发展211生产钐的原辅材料(1)原料目前,我国生产钐的原料是氧化钐(Sm2O3),它是处理包头稀土精矿(REO≥50%,Sm2O31109%),四川稀土精矿REO≥50%,Sm2O31109%),山东稀土精矿(REO≥50%,Sm2O30173%),独居石精矿(REO≥60%,Sm2O33%)和江西龙南离子矿(REO≥92%,Sm2O32134%)等所得的氯化稀土,再用P507萃取法分离除去La→Nd及Tb→Lu(Y)后获得Sm、Eu、Gd富集物,最后用P507提取钐而制得Sm2O3。Sm2O3的质量:Sm2O3≥99%,含稀土杂质为≤110%,含非稀土杂质为小于0115%。(2)辅材料辅材料是作为还原氧化钐生成金属钐的还原剂,主要包括纯金属镧、铈和富镧的稀土金属(RE)等三种。为了保证产品钐的质量及还原较好,一般多用纯La为好。212还原金属钐的原理如以Sm2O3和La为原辅材料,采用还原蒸馏法生产Sm,其基于在Sm被还原后的蒸气压较高,且其它杂质的蒸气压很低,使Sm还原后蒸馏被收集于冷凝器内,与其它杂质分离而获得了纯金属钐。在还原中的化学反应式为:Sm2O3+2La=2Sm+La2O3213生产工艺及设备几十年来,在我国稀土科研人员的努力研制下,完成了生产工艺及设备的成果,且已用还原蒸馏法进行工业化生产Sm。下面选用以纯镧(La)和富(RE)为还原剂的工艺及设备分述于后。(1)纯镧还原氧化钐生产金属钐以Sm2O3≥99%为原料,用纯La作还原剂。先将Sm2O3进行焙烧除去少量水分,再与切成小屑的La进行配料及充分混匀。在压机下压成料块后,装入钨制成的坩埚内(其上部设有冷凝器收集Sm)再放在真空感应炉中进行还原蒸馏而制得金属钐产·71·2007年6月(季刊)·综合报道·©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net品。其工艺条件是:还原剂(La)过量20—30%;压料块压力918—49×103Pa;还原蒸馏温度1300—14000C;冷凝Sm温度300～5000C;还原真空度小于01133Pa;还原反应时间约50分钟。主要的工艺过程为:原辅材料→配料→混匀→压成料块→装炉→真空还原→蒸馏→冷凝→熔铸→包装→入库(纯Sm产品)。主要化学反应式如下:Sm2O3(S)+2La(L)=2Sm(g)↑+La2O3(S)式中(S),(L)和(g)分别表示固液气态。主要设备:混料机,压料块机,装有钨坩埚的真空感应炉,铸锭机和包装器等。工艺指标:纯Sm纯度≥99%;Sm的回收度为大于95%;生产Sm110千克需用纯La1116千克。工艺特别:Sm的纯度和回收度较高;过程简便,作业较易;设备易于解决,特别选用真空感应炉的升温快,易于控制温度。因坩埚容量小,生产量较小。还原剂La生成La2O3渣可回收利用,降低产品成本。生产中无有害污染物产生。因此,目前多用此法生产Sm是较为适宜的。(2)富镧还原氧化钐生产金属钐用Sm2O3≥99%为原料,以富镧(含La≥88%)作还原剂(RE)。将原料经焙烧除去水份后,再与切成小屑块的富La(RE)进行配料和混合均匀。用压机把混合料压成料块,将其装入用钼制的坩埚内放于真空感应炉中进行还原及蒸馏。在冷...
