การหารือเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้และการผลิตในอุตสาหกรรมของฟลูออไรด์ธาตุหายาก [เวทีสนทนาธาตุหายาก SMM]

เมื่อวันที่ 29 พฤษภาคม ที่ผ่านมา ในงาน2025 SMM (ครั้งที่ 2) Rare Earth Industry Forum ซึ่งจัดโดย บริษัท เอสเอ็มเอ็ม อินฟอร์เมชั่น แอนด์ เทคโนโลยี จำกัด (SMM) นายหลิอาง ซิงฟาง รองผู้อำนวยการสถาบันวิจัยธาตุหายากแห่งมณฑลซานตง ได้หารือเกี่ยวกับหัวข้อ "การประยุกต์ใช้และการผลิตในอุตสาหกรรมของฟลูออไรด์ธาตุหายาก"

ส่วนที่ 1: ลักษณะและการประยุกต์ใช้หลักของฟลูออไรด์ธาตุหายาก

ลักษณะโครงสร้างของธาตุหายาก

1. สแคนเดียม ยิตเทรียม และแลนทานิด มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดเหมือนกัน ทำให้มีสมบัติทางเคมีคล้ายคลึงกัน

2. จำนวนอิเล็กตรอนในออร์บิทัล 4f มีตั้งแต่ 0 ถึง 14 ตั้งแต่แลนทานัม ถึงลูเทเทียม

3. ออร์บิทัล 4f ถูกปกคลุมด้วยอิเล็กตรอนชั้นนอก ทำให้เกิดความแตกต่างในการเปลี่ยนระดับพลังงานและความแตกต่างในโครงสร้างเมื่อสูญเสียอิเล็กตรอน ส่งผลให้มีสมบัติที่แตกต่างกัน

4. ฟลูออรีนเป็นหนึ่งในธาตุที่มีพลังออกซิไดซ์สูงที่สุด

ฟลูออไรด์ธาตุหายากแสดงให้เห็นถึงความเสถียรของพันธะไอออนิกที่แข็งแกร่ง

ฟลูออไรด์ธาตุหายากเป็นสารประกอบที่ประกอบด้วยธาตุหายากและฟลูออรีน

1. ฟลูออไรด์ธาตุหายากแบบไบนารี: การรวมตัวกันโดยตรงของธาตุหายากกับฟลูออรีน

2. ฟลูออไรด์ธาตุหายากแบบซับซ้อน: ผสมกับธาตุอื่นเพื่อให้มีหน้าที่เฉพาะ

3. ฟลูออไรด์ธาตุหายากในระดับนาโน: แสดงให้เห็นถึงขนาดพิเศษและผลกระทบต่อพื้นผิว

ฟลูออไรด์ธาตุหายากแบบไบนารี

จุดหลอมเหลวสูง ความดันไอต่ำ เสถียรทางเคมีและไม่ละลายในน้ำ มีสมบัติทางแสงที่โดดเด่น สามารถลดการสูญเสียพลังงานในสถานะกระตุ้นและเพิ่มประสิทธิภาพการเรืองแสงแบบอัพคอนเวอร์ชันได้อย่างมีนัยสำคัญ

ฟลูออไรด์ธาตุหายากเป็นวัสดุที่สำคัญที่มีสมบัติทางแม่เหล็ก แสง และไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์

1. วัสดุทางแสง: วัสดุเลเซอร์คริสตัล วัสดุที่มีหน้าที่ทางแสง วัสดุเรืองแสง และวัสดุใยแก้วนำแสง

2. วัสดุตัวเร่งปฏิกิริยา: ตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการแตกตัวของน้ำมันและการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม

3. สารเติมแต่งสำหรับวัสดุขัดเงา วัสดุเซรามิก น้ำมันหล่อลื่น และวัสดุป้องกันการกัดกร่อน

4. วัตถุดิบและวัสดุเสริมสำหรับการเตรียมโลหะหรือโลหะผสมธาตุหายาก

วัตถุดิบและวัสดุเสริมสำหรับการผลิตโลหะและโลหะผสมธาตุหายากผ่านกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสโลหะหลอมเหลวและการลดด้วยแคลเซียม

การนำไปใช้ในอุตสาหกรรมระดับสูงและความต้องการจากอุตสาหกรรมดั้งเดิมได้ส่งเสริมการพัฒนาอุตสาหกรรมฟลูออไรด์ธาตุหายาก

เขายังได้อธิบายถึงลักษณะและการนำไปใช้หลักของฟลูออไรด์ธาตุหายากสองชนิด

การนำไปใช้หลักของฟลูออไรด์ธาตุหายากในอุตสาหกรรมธาตุหายาก

1. วัตถุดิบและวัสดุช่วยในการผลิตโลหะและโลหะผสมธาตุหายาก

วัสดุช่วยในกระบวนการไฟฟ้าเคมีโลหะในเกลือร้อน: อิเล็กโทรไลต์ REF3+LiF

วัตถุดิบในกระบวนการลดด้วยแคลเซียม: REF3+Ca

การผลิต NdFeB ของจีนอยู่ที่ประมาณ 300,000 ตันเมตริกในปี 2024

เพื่อผลิตวัตถุดิบ เช่น โลหะผสม Pr-Nd, Nd, Ce, Gd-Fe alloy และ Dy-Fe alloy จำเป็นต้องใช้ฟลูออไรด์ธาตุหายากมากกว่า 5,000 ตันเมตริก

2. วัตถุดิบในการกระจายตัวตามขอบตะกอนของวัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB คือ ฟลูออไรด์ดิสโปรซิอัมและฟลูออไรด์เทอร์เบียม ซึ่งส่วนใหญ่ถูกจำกัดโดยสิทธิบัตรของญี่ปุ่น

ส่วนที่ 2: เทคโนโลยีการผลิตอุตสาหกรรมของฟลูออไรด์ธาตุหายาก

อธิบายถึง 1. กระบวนการเปียก (ซึ่งถูกจัดให้เป็นกระบวนการที่ล้าสมัยโดยกระทรวงอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสารสนเทศ (MIIT)) และ 2. การฟลูออไรเดชันด้วย NH₄HF₂ เป็นต้น

การแบ่งปันประสบการณ์ในการเตรียมฟลูออไรด์เทอร์เบียม:

• ผสม NH₄HF₂ กับเทอร์เบียมออกไซด์ให้เข้ากันและวางในถ้วยหลอมกราไฟต์บริสุทธิ์สูง

• ให้ความร้อนอย่างช้าๆ จาก 0-150℃ ยึดที่ 150℃ และขจัดแอมโมเนียที่ 300℃-400℃ (สามารถน้อยกว่า 100ppm)

• หลังจากการฟลูออไรเดชันด้วย NH₄HF₂ แล้ว ให้ฟลูออไรเดชันอีกครั้งที่ 600℃ ด้วยก๊าซ (อาร์กอน + ไฮโดรเจนฟลูออไรด์)

• เตรียมโลหะเทอร์เบียมด้วยวิธีลดความร้อนด้วยแคลเซียม โดยมีปริมาณออกซิเจน 230ppm

เหมาะสำหรับการเตรียมฟลูออไรด์ธาตุหายากของธาตุที่มีมูลค่าสูง เช่น สแคนเดียมและเทอร์เบียม

3. การฟลูออไรเดชันด้วยก๊าซไฮโดรเจนฟลูออไรด์

ประเด็นสำคัญในการควบคุมกระบวนการ:

ความหนาของวัสดุเตาออกไซด์ธาตุหายาก ช่องทางสำหรับก๊าซไฮโดรเจนฟลูออไรด์ การประสานงานระหว่างระบบการเพิ่มอุณหภูมิและอัตราการไหลของก๊าซไฮโดรเจนฟลูออไรด์ ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดคือการสัมผัสที่ไม่ดีระหว่างของแข็งและก๊าซในปฏิกิริยาของแข็ง-ก๊าซ วิธีการทำให้วัสดุออกไซด์ธาตุหายากเคลื่อนที่เพื่อเพิ่มพื้นที่สัมผัสกับก๊าซไฮโดรเจนฟลูออไรด์

การทำให้เป็นของเหลวและการกลิ้ง

การเปรียบเทียบเทคโนโลยีการผลิตในอุตสาหกรรมสำหรับฟลูออไรด์ธาตุหายาก

ส่วนที่ 3: ปัญหาและทิศทางของวิธีการผลิตฟลูออไรด์ธาตุหายากในปัจจุบัน

◇ วิธีการใช้ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ วิธีการใช้ NH₄HF₂ และกระบวนการเปียก ล้วนมีข้อได้เปรียบของตนเอง ขึ้นอยู่กับลักษณะของผลิตภัณฑ์

◇ อุปกรณ์การผลิตฟลูออไรด์แห้งไม่สมเหตุสมผลโดยสิ้นเชิง และระดับความฉลาดไม่สูง มีปรากฏการณ์การจับตัวเป็นก้อน ปฏิกิริยาระหว่างของแข็งและก๊าซไม่สมบูรณ์ และการใช้เตียงไหล การควบคุมกระบวนการสำหรับความหนาของวัสดุ อัตราการให้อาหารก๊าซ อุณหภูมิปฏิกิริยา และการระบายไอน้ำ

◇ ความทนทานต่อการกัดกร่อนของวัสดุซับ

◇ ฟลูออไรด์ธาตุหายากมีแนวโน้มที่จะเกิดเป็นออกซิฟลูออไรด์ที่อุณหภูมิประมาณ 780℃

จะถูกเปลี่ยนกลับเป็นฟลูออไรด์ธาตุหายากภายใต้บรรยากาศไฮโดรเจนฟลูออไรด์ที่ 1700℃

◇ หลังจากใช้กระบวนการคายน้ำเปียก + NH₄HF₂ (หรือวิธีการใช้ก๊าซไฮโดรเจนฟลูออไรด์)

การฟลูออไรเนชันด้วย NH₄HF₂ + การฟลูออไรเนชันด้วยก๊าซไฮโดรเจนฟลูออไรด์

สามารถได้รับฟลูออไรด์ธาตุหายากที่มีปริมาณออกซิเจนต่ำ

◇ ความบริสุทธิ์ทางเคมีสูงและคุณสมบัติทางกายภาพที่โดดเด่น

ความบริสุทธิ์สูง (4N) ความบริสุทธิ์สูงมาก (มากกว่า 6N)

◇ นาโนวัสดุ วัสดุฟลูออไรด์ธาตุหายากผสมที่มีหน้าที่ครอบคลุม