El 29 de mayo, en el Foro de la Industria de los Tierras Raras SMM (2ª edición) 2025 organizado por SMM Information & Technology Co., Ltd. (SMM), Liang Xingfang, subdirector del Instituto de Investigación de las Tierras Raras de Shandong, habló sobre la "Aplicación y Producción Industrial de Fluoruros de Tierras Raras".
Parte 1: Características y Principales Aplicaciones de los Fluoruros de Tierras Raras
Características Estructurales de los Elementos de las Tierras Raras
1. El escandio, el itrio y los lantánidos comparten la misma configuración electrónica más externa, lo que da lugar a propiedades químicas similares.
2. El número de electrones en el orbital 4f varía de 0 a 14 desde el lantano hasta el lutecio.
3. El orbital 4f está blindado por electrones externos, lo que provoca diferencias en la transición de energía y variaciones estructurales durante la pérdida de electrones, dando lugar a propiedades distintas.
4. El flúor es uno de los elementos con el poder oxidante más fuerte.
Los fluoruros de tierras raras presentan una fuerte estabilidad de enlace iónico.
Los fluoruros de tierras raras son compuestos que contienen elementos de las tierras raras y flúor.
1. Fluoruros binarios de tierras raras: Combinación directa de elementos de las tierras raras con flúor;
2. Fluoruros complejos de tierras raras: Impurificados con otros elementos para poseer funciones específicas;
3. Fluoruros de tierras raras a nanoescala: Presentan efectos especiales de tamaño y superficie.
Fluoruros binarios de tierras raras
Alto punto de fusión; baja presión de vapor; químicamente estables e insolubles en agua; excelentes propiedades ópticas, capaces de reducir la pérdida de energía del estado excitado y mejorar significativamente la eficiencia de la luminiscencia de conversión ascendente.
Los fluoruros de tierras raras son materiales importantes con propiedades magnéticas, ópticas y eléctricas únicas.
1. Materiales ópticos: Materiales para cristales láser, materiales fotofuncionales, materiales fluorescentes y materiales para fibras ópticas;
2. Materiales catalíticos: Catalizadores para el craqueo del petróleo y la protección del medio ambiente;
3. Aditivos para materiales de pulido, materiales cerámicos, lubricantes y materiales anticorrosivos;
4. Materias primas y auxiliares para la preparación de metales o aleaciones de tierras raras.
Materias primas y auxiliares para la producción de metales y aleaciones de tierras raras mediante procesos de electrólisis en fundido y reducción calciotérmica.
Las aplicaciones en las industrias de alta tecnología y la demanda de las industrias tradicionales han impulsado el desarrollo de la industria de los fluoruros de tierras raras.
También explicó las características y las principales aplicaciones de los fluoruros binarios de tierras raras.
Aplicaciones Principales de los Fluoruros de Tierras Raras en la Industria de las Tierras Raras
1. Materias primas y materiales auxiliares para la producción de metales y aleaciones de tierras raras
Materiales auxiliares para el proceso de electrólisis en sales fundidas: Electrolito REF3+LiF
Materias primas para el proceso de reducción calciotérmica: REF3+Ca
La producción de NdFeB en China alcanzó aproximadamente 300.000 toneladas en 2024.
Para producir materias primas como aleaciones Pr-Nd, Nd, Ce, Gd-Fe y Dy-Fe, se requieren más de 5.000 toneladas de fluoruros de tierras raras.
2. Las materias primas para la difusión intergranular de los materiales de imanes permanentes de NdFeB, fluoruro de disprosio y fluoruro de terbio, están principalmente restringidas por patentes japonesas.
Parte II: Tecnología de Producción Industrial de Fluoruros de Tierras Raras
Explica 1. el proceso húmedo (que ha sido catalogado como proceso obsoleto por el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información (MIIT)) y 2. la fluoración con NH₄HF₂, entre otros.
Compartir experiencias sobre la preparación de fluoruro de terbio:
• Mezclar NH₄HF₂ con óxido de terbio de manera uniforme y colocarlo en un crisol de grafito de alta pureza
• Calentar lentamente de 0 a 150℃, mantener a 150℃ y eliminar el amoníaco a 300℃-400℃ (puede ser inferior a 100 ppm)
• Después de la fluoración con NH₄HF₂, fluorar de nuevo a 600℃ con gas (argón + fluoruro de hidrógeno)
• Preparar metal de terbio mediante el método de reducción térmica con calcio, con un contenido de oxígeno de 230 ppm
Adecuado para preparar fluoruros de tierras raras de elementos de alto valor, como escandio y terbio
3. Fluoración con gas fluoruro de hidrógeno
Puntos clave del control del proceso:
Espesor de la carga de óxido de tierras raras en el horno; canal para el gas fluoruro de hidrógeno; coordinación entre el régimen de aumento de temperatura y el caudal del gas fluoruro de hidrógeno; el mayor problema es el escaso contacto entre el sólido y el gas en la reacción sólido-gas; cómo mantener el material de óxido de tierras raras en movimiento para aumentar su superficie de contacto con el gas fluoruro de hidrógeno.
Fluidización y rodadura.
Comparación de tecnologías de producción industrial de fluoruros de tierras raras
Parte III: Problemas y direcciones de los métodos actuales de producción de fluoruros de tierras raras
◇ El método del fluoruro de hidrógeno, el método del NH₄HF₂ y el proceso húmedo tienen cada uno sus propias ventajas, dependiendo de las características del producto.
◇ El equipo de producción de fluoruros secos no es del todo razonable, y el nivel de inteligencia no es alto; hay un fenómeno de aglomeración, una reacción sólido-gas incompleta y la aplicación de lechos fluidizados; control de proceso para el espesor del material, el caudal de gas, la temperatura de reacción y el drenaje de vapor de agua.
◇ Resistencia a la corrosión de los materiales de revestimiento
◇ Los fluoruros de tierras raras tienden a formar oxifluoruros a aproximadamente 780℃
Se reducen a fluoruros de tierras raras en una atmósfera de fluoruro de hidrógeno a 1700℃.
◇ Después de adoptar el proceso de deshidratación húmeda + NH₄HF₂ (o método de gas de fluoruro de hidrógeno)
Fluoración con NH₄HF₂ + fluoración con gas de fluoruro de hidrógeno
Se pueden obtener fluoruros de tierras raras con menor contenido de oxígeno
◇ Alta pureza química y excelentes propiedades físicas
Alta pureza (4N), ultra alta pureza (mayor que 6N)
◇ Nanomateriales, materiales compuestos de fluoruros de tierras raras con funciones integrales.
