环保型稀土钨电极坯条制备
我国研制成功新型铁基超导体线材
全 世 界 每 年 使 用 钨 电极 的总 消耗
量超过 １０ ６０吨。但 目前使用的钨
电极 ７ ％以上 仍 然 是 有 放 射 性 污 ０ 染 的钍 钨 电极 ， 重 污染 着 环 境 和 严 危 害人 类健 康 。 “ 多元 复合 稀 土钨 电极及 其制 备技 术 ” 目自主研 制 项 出 的多元 复 合稀 土 钨 电极 材 料 ， 不 但 综合 性 能优 异 ， 而且 由于不 使 用
总第２５ ０８ ９ 期２０ 年
ＴｅｃｈｎｏＩ ｃａＩＴｒ ｏｇｉ ｅｎ
科 技动 态
Ｄ
多翕 复套臻 钨 撅镇 金属？ 罐搂锄ｊ 绿 繇撩
我 国 “ 元复合 稀 土钨 电极 及 多
在建 立 了复合稀 土钨 电极 的烧损
模 型 ， 释 了 电极 烧 损 机 制 ， 示 解 揭 了 多元 复 合 稀 土 产 生 协 同效 应 的
（ 中国科学院 ）
讲 话 气 势汹 汹 。 必 就 是 言 之 有 理 未
放 射性 元 素钍 ， 实现 了该 领域 的无
放射性污染的绿色生产和使用。 由陈蕴博等 ３ 院士 、国家 位
８３ 划新 材料 技术 领域 特种 功 能 ６计
材料技术 主题 专家组周少雄组 长 等 １ 位专家组成 的鉴定委员会认 ３ 为， 该项 目整体技术达到国际领先
水 平 。项 目主要特 点 和创新 点体 现
作 用 机理 ， 出 了利用 稀 土复 合协 提
接掺杂 、 大温度梯度 还原 、 电流 低
垂 熔烧 结 等 工艺 技 术 ， 成 了稀 土 形 钨 电极 的工业 生 产 工 艺 ； 成 创 新 集
研 制 出生 产线 关 键设 备 ， 实现 了高
其制备技术” 成果 日 前通过专家鉴
稀土材料制备方法概述
利用人工智能或计算机模拟方法预报在使用过程中材料 发生的疲劳断裂、抗辐射、腐蚀等的变化。
③ 材料成分结构研究设计
最基本的是原子-电子层次（以10-8cm为尺度） 其次，以原子、电子运动为基础的微观或显微结构。
④ 材料制备与加工的设计
建立相关的知识库、数据库，利用传感器等先进设备及 计算机识别技术对材料加工制备过程做智能控制，用来提高 材料的质量、重现率和成品率。
2、不等价离子取代
不等价离子取代可以产生带电子的空位或陷阱等缺陷。
加入电荷补偿剂或者对化合物中某一可变组分进行价态 改变可以对空位陷阱的缺陷进行电荷补偿。
应用：三价稀土离子与二价碱土金属离子相互取代，产 生具有特异发光性能、电性能及磁性能的稀土新材料。
例：稀土A与可变价的过渡金属离子B形成ABO3和 A2BO4。（eg）
❖ 四、材料设计
❖ 1、材料设计的目的和范围
❖ ① 目的 ❖ 按指定性能指标出发，确定材料成分和相的组合，按生
产要求设计最佳的制备方法和工艺流程，以制得合乎要求的 各种材料。 ❖ ② 工作范围（下图）
❖ 2、材料设计的主要内容
① 材料结构性能关系的研究设计
根据材料的固有性质，利用固体物理、量子化学、分子 动力学及计算机模拟等方法进行预测和设计。
G H T S
只有 G0 时，反应才能自发进行 。
由于稀土氧化物 G 负值很大，所以一般用稀土卤化 物作为原料制备单一稀土金属。
RE nX M R E MnX
❖ REX n--被还原的稀土卤化物。 MX n --还原剂金属
卤化物
M --金属还原剂
❖ 此式即为金属还原稀土卤化物的化学反应方程式。
加上我国氟碳铈矿资源丰富，独居石作为轻稀土原 料的使用有逐渐被氟碳铈矿取代的趋势。
稀土冶炼工艺
稀土冶炼工艺一、前言稀土元素是一类重要的战略资源，广泛应用于国防、航空、电子、通讯等领域。
稀土冶炼工艺是将稀土矿物中的稀土元素提取出来的过程，其精细度和环保性对于稀土产业的发展至关重要。
二、稀土矿物选矿1. 稀土矿物分类根据不同的化学成分和结构特点，稀土矿物可分为氧化物型、硅酸盐型、碳酸盐型等多种类型。
2. 稀土矿物选别在实际生产中，通常采用重选-浮选-化学选别的方式进行稀土矿物提取。
其中，重选主要是通过密度差异进行分离；浮选则是利用气泡吸附性质将有价值的矿物浮起来；化学选别则是通过不同药剂对不同元素进行选择性提取。
三、稀土冶炼工艺流程1. 稀土氧化物制备通过高温反应或溶液沉淀法将原料中的氧化铈转化为氧化铈。
接着，将其他各种稀土元素分离出来，并将其转化为相应的氧化物。
2. 稀土金属制备将稀土氧化物与还原剂在高温下反应，使氧化物还原为相应的金属。
接着，通过真空蒸馏等方式对稀土金属进行提纯。
3. 稀土合金制备将不同比例的稀土金属混合后，在真空或惰性气体保护下进行熔炼。
通过冷却、压制等工艺，制成各种稀土合金。
4. 稀土磁体材料制备将不同比例的稀土合金、铁、硼等材料混合后，在真空或惰性气体保护下进行熔炼。
接着，通过快速凝固、粉末冶金等工艺，制成各种稀土磁体材料。
四、常见问题及解决方法1. 产生大量废水和废气解决方法：采用封闭式生产方式，对废水和废气进行处理和回收利用。
2. 冶炼过程能耗较高解决方法：采用高效节能设备和技术，如余热回收利用、高温热泵等。
3. 产生的稀土冶炼渣难以处理解决方法：采用资源化利用技术，如稀土冶炼渣中提取出的铁、铝等元素可作为其他工业原料使用。
五、结论稀土冶炼工艺是一项技术含量较高的工艺，其环保性和精细度对于稀土产业的发展至关重要。
未来，应加强技术创新和节能减排措施，推动稀土产业的可持续发展。
熔盐电解法制取稀土金属
熔盐电解法制取稀土金属熔盐电解法制取稀土金属(preparation of rare earth metal by molten salt electrolysis)在直流电流作用下，含稀土熔盐电解质中的稀土离子在电解槽阴极获得电子还原成金属的稀土金属制取方法。
这是制取混合稀土金属，轻稀土金属镧、铈、镨、钕及稀土铝合金和稀土镁合金的主要工业生产方法。
有氯化物熔盐电解和氟化物熔盐电解两种方法，工业上主要采用前一种方法。
产品稀土金属的纯度一般为95％～98％，主要作为合金成分或添加剂广泛应用于冶金、机械、新材料等部门。
与金属热还原法制取稀土金属相比，此法具有成本较低、易实现生产连续化等优点。
赫里布兰德(w．Hillebrand)等人在1857年首次用稀土氯化物熔盐电解法制取稀土金属。
1940年奥地利特雷巴赫化学公司(Treibacher Chemische Werke A G )实现了熔盐电解制取混合稀土金属的工业化生产。
1973年西德戈尔德施密特公司(Th．Goldschmidt AG)以氟碳铈镧矿高温氯化制得的氯化稀土为原料，用50000A密闭电解槽电解生产稀土金属。
1902年姆斯马(W．Munthman)提出用氟化物熔盐电解法制取稀土金属。
80年代苏联采用这种熔盐电解法在24000A电解槽中电解生产稀土金属。
中国从1956年开始研究氯化物熔盐电解法，现已发展到用1000、3000和10000A电解槽电解生产混合稀土金属和镧、铈、镨等的规模。
70年代初又开始研究氟化物熔盐电解法，80年代用于金属钕的工业生产，现已扩大到3000A电解槽的生产规模。
氯化物熔盐电解以碱金属和碱土金属氯化物为电解质，以稀土氯化物为电解原料的熔盐电解方法，从阴极析出液态稀土金属，阳极析出氯气。
这种方法具有设备简单、操作方便、电解槽结构材料易于解决等特点，但也存在氯化稀土吸水性强、电流效率低等问题。
RECI3 - KCl是目前较理想的电解质体系，由于NaCI比KCI价廉，所以RECI3 - KCI - NaCl 三元系也是工业上常用的电解质体系。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
１ 实 验 方 法
１ ． １ 坯 条 的 制 备
采用仲钨酸铵（ Ａ Ｐ Ｔ ） 和稀土硝酸盐作 为原料 ， 将 稀 土 硝 酸 盐 配 成 溶 液 与 仲 钨 酸 铵 混 合 制 备 稀 土 掺 杂 前 驱 粉 末。 经过两次氢还原后制得均匀的稀土钨粉 ， 稀 土 钨 粉 分 别 采 用 冷 等 静 压 一 中 频 感 应 烧 结 法 以及 传 统钢 模 压 制 一
基金项 目： “ 十二五” 国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目（ ２ ０ １ ２ Ｂ ＡＥ ０ ６ Ｂ０ ２ ） 收稿 １ ５ １ 期： ２ ０ １ ２ — １ ０ － ３ ０ 作者简 介 ： 王 芦￣（ １ ９ ８பைடு நூலகம்３ 一 ） ， 女， 山西 长治市人 ， 工程 师， 硕士 ， 主 要从事 钨钼材料 等方面 的研 究。
ＮＯＮＦＥ ＲＲＯＵＳ ＭＥ ＴＡＬ Ｓ ＥＮＧｌ ＮＥ ＥＲＩ Ｎ Ｇ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５ — １ ７ ４ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ ０ １
环保 型稀土钨 电极坯条 制备
朗 王芦燕 １ ， ２ 李炳 山 １ ， ２ 彭
世界每 年钨电极 的总消耗量 达上千吨 ，其 中钍 钨 电极约
占７ ０ ％～ ８ ０ ％， 随着 经 济 发 展 ， 市 场 需 求 仍 在 稳 定 增 长 。钍 钨 电极 材 料 ， 在 纯钨基体 中掺杂 ２ ％左 右 的 Ｔ ｈ Ｏ ， 大 大 降 低 了逸 出 功 ， 提 高 了 电子 发 射 性 能 ， 从 而 被 广泛 应 用 。然 而 钍 具 有 放 射 性 污 染 ，在 生 产 和 使 用 过 程 中对 人 类 健 康 和 环 境 均 产 生 危 害 。随着 各 国对 环 境 问题 的 日益 重视 ， 最 终 全 球 停 止 钍 钨 电极 的 生产 和 使 用 是 必 然 趋 势 ，世 界 各 国现 已 竞 相 开 展 了替 代 钍 钨 的 新 型 热 电子 发射 材 料 的研 究［ １ ］ 。北 京 矿 冶 研 究 总 院 开 展 了 复 合 稀 土 钨 电极 的研 究 ， 系 统 探 讨 各 种 稀 土 钨 的焊 接 电弧 机 理 与 烧 损机 制 ，研 究
１ ． 北 京矿 冶研 究 总 院
鹰１ ， ２ 杨 建参 崔云涛 。
北京 １ ０ ０ １ ６ ０ ：
２ ． 北 京 市 工 业部 件 表 面 强 化 与修 复 工 程 技 术 研 究 中心 北 京 １ ０ ２ ２ ０ ６ ：
３ ． 北京工业大学 北京 １ ０ ０ ０ ２ ２
摘要： 对 钢 模 压 制 和 等 静 压 压 制 稀 土 钨 电极 坯 条 进 行 对 比试 验 。 并 比较 垂熔 烧 结 和 中 频烧 结 的效 果 。 结果表 明， 等 静 压 压 制一 中频 烧 结 方 式制 备 的 坯 条 密度 、 组 织更 均 匀 ， 减 少原材料消耗 ２ － ３ ％， 电能消
掌握复合 效应及其规律 ， 研发 多元稀 土钨复合新技术 ， 成
功 制 备 了 综 合 焊 接 性 能 优 于 现 行 钍 钨 电极 的 多 元 复 合 稀 土 钨 电极 ［ ２ － ６ ］ 。 传 统 钨 电极 生 产 中 ， 一般采用钢模压 制成型 ， 垂 熔 烧 结制得方坯条 。 然而， 这 种 方 式 有 一 定 的弊 端 。 一方面 ， 钢 模压制 的方坯 条在“ 归圆” 加 工过程 中变 形程度不 均匀 ，
耗降低 ７ ０ ％ 以上 ， 加 工 性 能及 产 品合 格 率较 传 统 工 艺 更 高 。 制 得 的稀 土 钨 电极 ， ３ ０ Ａ 以上 引 弧成 功 率１ ０ ０ ％， 所得焊缝平整 ， 焊 接 效果 优 良。
关键词 ： 稀土 ； 钨 电极 ； 高效 ； 低能耗 ； 圆坯 条 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｆ １ ２ ４ ； Ｔ Ｆ １ ２ ５ ． ２ ４ 文献 标 志码 ： Ａ 文章编号 ： ２ ０ ９ ５ — １ ７ ４ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ １ ５ — ０ ３
钨 电极 是 一 类 广 泛 应 用 于 氩 弧 焊 、 等 离子体焊接 、 喷 涂、 切 割 技 术 和 冶 金 工 业 中 的关 键 热 源 材 料 。据 统 计 ， 全
不利于后续加 工， 另一方面垂熔烧 结能耗很大 ， 而 且 是 单 根操作 ， 效 率 低 。 因此 ， 需 要 对 此 生 产 方 式 和 工 艺 进 行 改
Ｂ为方条。 由表 １可 知 ， 稀土钨 电极在旋锻加工过程 中， 坯条 Ａ
垂熔是直接通 电于粉末 条坯 自身发热 的烧结法 ， 烧 结
达到稳定不变 。
密， 杂质元素挥发更充分 。 此外， 烧 结时间及温度可根据物 料情况不同， 可调节 的范围更大 ， 烧结过程控制更精确。 两种工 艺获得的坯条按 同种工序 规范，进行工业 化 试验 ，并计算各工序产 品的合格 率， 以比较工艺 的合 理 性， 表 １为加工阶段各 工序产 品成材 率， 表 中 Ａ为 圆条 ，
进 。为实现环保型稀土钨 电极（ 包括单元及多元稀土钨 电 极１ 大规模制造及 应用 ， 采 用 等 静 压 机 压 制 和 中 频 感 应 烧
结炉烧结 ， 对 比不 同压 制 和 烧 结 工 艺 条 件 下 钨 坯 的组 织 、 加 工 性 能 及 其 对 电极 焊 接 性 能 的 影 响 。
有色金属工程 ２ ０ １ ３年 第 ３卷第 ５期 １ ５
形成烧 结颈 ， 烧 结体强度 明显 提高 ， 而密 度增加较慢 。高 温 阶段， 这 是固相烧结 的主要 阶段 ， 扩散 和流动充分进 行 并接近 完成 ， 烧 结体 内的大量 闭孔逐渐缩小 ， 孔隙数量减 少， 烧结体密度 明显增加 。保温一 定时 间后 ， 所有性能均