本文提出了在氟化物熔盐中电解氧化物共析出高品位Y-Mg合金，再经真空蒸馏除Mg得海绵 金属钇，真空熔铸制成纯度大于99%的高纯金属钇产品的全流程。并研究了各工艺过程的技术条 件。

关  键  词 ： 金属钇 熔盐电解

近年来，稀土金属在高技术新功能材料  的研究与开发中得到越来越广泛的应用，金 属钇及含钇的镁合金、铝合金等由于它们特 有的性质，在核能工业、航天、航空、计算 机材料，特殊金属结构材料等方面有着极其 广泛的应用前景。如含钇0. 1%～1.0%的 “铁铬铝合金”其高温抗腐蚀性超过不锈钢， 合金的抗氧化性大大提高，使用温度高达 1300～1400℃;当钇与锆联合使用时，仅添  加100ppm单一金属钇就可使铝导线的导电率增加50%1)8

金属钇冶炼分为金属热还原法，熔盐电 解法两大类，早在60年代初我国就研制出钽 坩埚氩气保护下，于1500～1550℃金属热 还原制取金属钇方法，直收率85%“,由于 还原温度较高，所以还原设备较复杂，还原条 件在一定程度上受到限制；而熔盐电解法即 采用熔盐电解制取稀土中间合金，然后生产 稀土金属。如氯化物液态镁阴极制取低品位 含钇35%的Y-Mg合金，真空除Mg得金属 钇(2)。本试验采用氟化物熔盐中电解氧化物 共析出高品位含钇80%的Y-Mg合金，真空 蒸留除Mg,再真空熔铸获得大于99%的金 属钇。与氯化物液态镁阴极电解法相比，简化 了槽结构，减少Mg消耗，电解用熔盐YF₃ 比 YCl3更稳定可靠，电解出的Y-Mg合金含钇真空蒸馏品位高，减轻了真空蒸馏除Mg的负担，提高 了生产效率。

一、实验部分

1. 原料

Y₂O3/T    REO:99.0%;

T     REO:99. 15%;

MgO:CP;    YF₃/REF3:65%( 自制); BaFz: 自制； NH₄F:GR;

LiF:工业级；  MgFz;CP。

2. 金属钇制取工艺

如图1。

3. 设备

自制敞开式电解炉，ZKLD- 1A型单管 炉，JK-200A型真空机组，ZG-0.025A型真 空中频感应炉.

二、结果与讨论

1. 阴极电流密度对金属直收率和电效的影响

图2 D.对直收率和电效的影响

1-D对Y₂Os直收率的影响； 2-D对电效的影响

本试验采用在阴极Y³+,Mg²+共析出的 方法，产出含钇较高的Y-Mg合金。熔盐体系 900～1000℃中，Y³+与Mg²+标准电极电位 相差0.193～0.202V,为此采用高阴极电流 密度，以使阴极Y³+与Mg²+达到共析出的目 的。试验表明当Di<15A/cm²时，Y³+析出动  力不足，合金中含钇仅为61.1%,其重度小  于熔盐重度，造成金属上浮燃烧，收率下降； 当D.加大时，有利于Y³+析出，Y-Mg合金中  钇含量增加，重度加大，凝聚性增强，易下沉， 分离性能好；当D>36A/cm²时，电解质过  热，合金溶解性太大，造成电效急骤下降，因 此我们选用25～30A/cm²范围较为适宜。

2. 电解质组成选择

电解质组成是直接关系到电解过程能否 正常进行，产品质量优劣的重要因素。本试验对YF3、LiF、BaF2、MgF2组成进行了探索。 YF₃ 含量太低(<72%),Y₂O3溶解减慢，熔盐中 的Y³+析出，F在阳极产生火花，“钝化”阳 极，不利于熔盐组份长期使用；YF₃含量太高 (>80%),电解质熔点升高，粘度增大，均使 电效下降；LiF作为降低熔点和改善电导的 重要添加剂，但LiF>20%时，电解质挥发太 大，不利于熔盐连续电解；添加BaFz,减少熔 盐挥发损失，提高熔盐与合金之间的分离程 度，但不宜超过10%;MgF2在熔盐中，能促 进氧化稀土溶解，减少YF3含量，降低熔盐成 本，从试验看，MgF2添加有利电解。

3. 加料速度选择

试验表明， 一般电流强度大，加料速度 大，电效提高，但稀土氧化物在熔盐中溶解度 有限(Y₂O33%～6%wt)37,因此又不可能无 限制加大，在选定的的试验条件下，不超过 5 . 2g/min; 当加料速度<3 . 1g/min时，产生  阳极效应频繁，电解状况不好。

图3 加料速度对直收率和电效的影响

1-加料速度对Y₂O3直收率的影响； 2-加料速度对电效的影响

4. 真空蒸馏制度选择

本试验选用各阶梯升温真空蒸馏方式， 进行炉量、升温制度、最终蒸馏温度的探索。 在一定炉膛内和抽力系统中随炉量从250~  500g增大，除Mg效果下降，海绵金属钇中 Mg含量由0 . 7%到3 . 05%;为了达到高效率，又不降低除Mg效果，在蒸馏炉量提高到 500g时，升高最终温度为1020℃,海绵钇中 Mg含量<0 .8%,金属回收率97 .86%

5. 真空熔铸制度选择

从试验表明，控制一定真空度和温度以 及各种熔铸条件，金属钇中Mg的含量小于 0.001%。关键是控制升温和保温时间，熔铸 时间不能大于75min,否则坩埚内溅出许多 火花，金属损失增大，回收率下降，较好的熔 铸时间是维持在45～50min之内.

三 、金属钇产品质量

金属钇产品表面呈黑灰色，断口星银灰 色光泽，长期放置空气中表面有点发暗，金属 塑性大，砸不碎：

金属钇分析结果表 (Y

表1

*本试验采用刚玉坩埚盛接合金.手工破碎合金，易造成产品中Al、Fe含量较高，大生产时完全可避免。

四、结论

本试验采用熔盐电解——-真空蒸馏法制 取金属钇。电解工艺不产生有毒气体氯气，合 金品位高，连续试验获得氧化钇利用率大于 97.66%,电效82.74%;真空蒸馏效率高，除 Mg效果好，金属直收率97.86%;熔铸后能 获得致密状金属钇锭，直收率为97.65%。此

法为生产金属钇提供了一种新方法。

参 考 文 献

〔1〕 稀土编写组。稀土(下册).第1版，北京：冶金出版社， 1972年

〔2〕 湖南冶金研究所.稀土金属、合金及其材料的制取. 1973年9月

〔3〕 杜森林，吴美煌等.稀土氧化物在碱金属和碱土金属 氟化物熔盐中的溶解度.稀土，1987(2)