镧热还原氧化钐动力学影响因素的研究

摘要

稀土金属钐的制备采用镧热还原氧化钐的方法。随着稀土钐—钴磁性材料的开发和快速发展，对原料金属钐的需求不断增长，金属钐的生产规模不断扩大，规模化生产条件下的一些基础性的研究工作有待深入。在金属钐的规模化生产过程中，温度梯度、物料自身重力是影响反应的重要因素，导致了坩埚内各部位物料的反应程度有很大的差异，降低了金属镧的利用率，影响产物金属钐的收率，在一定程度上制约了稀土金属钐生产发展的需要。为此，开展了本项目的研究工作。 本文首先对镧热还原氧化钐过程的动力学控速环节进行了分析探讨，提出钐的扩散是反应的控速环节，并对相关文献的试验结果给予了合理的理论解释。 对镧热还原氧化钐的反应产物(镧渣)进行取样，采用热重法和化学分析法分析不同部位镧渣的成分组成，利用SEM和光学显微镜观察了镧渣的微观组织形貌，并用X射线能谱仪对镧渣微区进行了成分分析。研究了规模化生产金属钐条件下，温度梯度和物料重力作用等因素对镧的扩散规律、金属钐收率规律的影响，并在上述研究结果的基础上，进行了优化试验。 通过分析镧渣的化学成分，得到了镧渣中未反应金属镧的含量分布规律和金属镧的非平衡扩散规律。镧渣中未反应金属镧的含量分布规律：沿坩锅轴向线上镧的含量从坩锅底部到上部逐渐增大，且沿坩锅中轴向线的镧含量均相应的高于边轴向线上的镧含量。金属镧的非平衡扩散规律：(1)金属镧的扩散具有方向性，与产物金属钐的扩散方向一致。在单个料块内，金属镧的扩散方向是由内向外；从坩埚内反应物料整体来看，金属镧的扩散方向是由底部向上。金属镧的扩散方向性可能和反应中间产物镧—钐合金有关。(2)金属镧发生了非平衡扩散迁移。单个料块内，金属镧在料块的芯部亏空，在料块的表面富集；从坩埚内反应物料整体来看，镧有从底部往上部物料扩散的趋势，并在最上部物料中发生了明显的富集。 金属镧的扩散是非平衡扩散，用计算的参数△La表征镧渣中镧的扩散量，给出了镧的非平衡扩散规律图线。试验结果分析表明：金属镧扩散的方向性和坩锅内存在的温度梯度是造成镧的非平衡扩散的主要因素。 通过镧渣的化学成分分析和孔隙率测定，得到了物料重力作用的影响。坩锅底部物料由于受到上部物料的重力作用，发生“烧结堆料”现象，孔隙率降低，抑制了产物金属钐的蒸发—扩散速度，造成金属钐收率较低。 利用SEM和光学显微镜观察了镧渣的微观组织形貌，并用X射线能谱仪对反应产物镧渣微区进行了成分分析，研究了由镧带入的杂质Si、Al的行为。结果表明：杂质Si、Al对氧化钐有还原作用，但Si、Al的还原性弱于镧。 优化试验结果：(1)针对金属镧非平衡扩散造成单个料块芯部金属镧亏空的现象，进行了优化装料试验—采用压制料块(金属镧配比高)和小块料混合装料(金属镧配比低)的方法，金属钐收率提高了2.2％。(2)针对坩埚底部物料发生的“烧结堆料”现象，采用坩埚底部装小块料的方法，金属钐收率提高了1.8％。 本课题的研究结果能为扩大稀土金属钐的生产规模、提高金属镧的利用率和金属钐的收率、最终降低生产成本提供重要的指导作用。

目录

文摘

英文文摘

独创性说明及关于论文使用授权的说明

引 言

1文献综述

2镧热还原氧化钐过程动力学定性分析

3温度梯度和物料重力等因素的影响

4硅、铝杂质的行为探讨

5优化试验

结 论

参考文献

在学研究成果

致 谢