Discussão sobre a Aplicação e Produção Industrial de Fluoretos de Terras Raras [Fórum de Terras Raras da SMM]

Em 29 de maio, no 2025 SMM (2ª) Fórum da Indústria de Terras Raras organizado pela SMM Information & Technology Co., Ltd. (SMM), Liang Xingfang, Diretor Adjunto do Instituto de Pesquisa de Terras Raras de Shandong, discutiu o tema "Aplicação e Produção Industrial de Fluoretos de Terras Raras".

Parte 1: Características e Principais Aplicações dos Fluoretos de Terras Raras

Características Estruturais dos Elementos de Terras Raras

1. Escândio, ítrio e os lantanídeos compartilham a mesma configuração eletrônica mais externa, resultando em propriedades químicas semelhantes.

2. O número de elétrons no orbital 4f varia de 0 a 14, do lantânio ao lutécio.

3. O orbital 4f é blindado por elétrons externos, levando a diferenças na transição de energia e variações estruturais durante a perda de elétrons, resultando em propriedades distintas.

4. O flúor é um dos elementos com o poder oxidante mais forte.

Os fluoretos de terras raras apresentam forte estabilidade de ligação iônica.

Os fluoretos de terras raras são compostos que contêm elementos de terras raras e flúor.

1. Fluoretos binários de terras raras: Combinação direta de elementos de terras raras com flúor;

2. Fluoretos complexos de terras raras: Dopados com outros elementos para possuírem funções específicas;

3. Fluoretos de terras raras em nanoescala: Exibem efeitos especiais de tamanho e superfície.

Fluoretos binários de terras raras

Alto ponto de fusão; baixa pressão de vapor; quimicamente estáveis e insolúveis em água; excelentes propriedades ópticas, capazes de reduzir a perda de energia no estado excitado e aumentar significativamente a eficiência da luminescência de conversão ascendente.

Os fluoretos de terras raras são materiais importantes com propriedades magnéticas, ópticas e elétricas únicas.

1. Materiais ópticos: Materiais para cristais laser, materiais fotofuncionais, materiais fluorescentes e materiais para fibras ópticas;

2. Materiais catalíticos: Catalisadores para cracking de petróleo e proteção ambiental;

3. Aditivos para materiais de polimento, materiais cerâmicos, lubrificantes e materiais anticorrosivos;

4. Matérias-primas e auxiliares para a preparação de metais ou ligas de terras raras.

Matérias-primas e auxiliares para a produção de metais e ligas de terras raras através de processos de eletrólise em sal fundido e redução calciotérmica.

As aplicações nas indústrias de ponta e a demanda das indústrias tradicionais têm promovido o desenvolvimento da indústria de fluoretos de terras raras.

Ele também detalhou as características e as principais aplicações dos fluoretos binários de terras raras.

Principais Aplicações dos Fluoretos de Terras Raras na Indústria de Terras Raras

1. Matérias-primas e materiais auxiliares para a produção de metais e ligas de terras raras

Materiais auxiliares para o processo de eletrólise em sal fundido: Eletrólito REF3+LiF

Matérias-primas para o processo de redução calciotérmica: REF3+Ca

A produção chinesa de NdFeB atingiu aproximadamente 300.000 toneladas em 2024.

Para produzir matérias-primas como liga Pr-Nd, Nd, Ce, liga Gd-Fe e liga Dy-Fe, são necessárias mais de 5.000 toneladas de fluoretos de terras raras.

2. As matérias-primas para a difusão de grão de materiais de ímãs permanentes de NdFeB, fluoreto de disprósio e fluoreto de térbio, são principalmente restritas por patentes japonesas.

Parte II: Tecnologia de Produção Industrial de Fluoretos de Terras Raras

Detalha 1. o processo úmido (que foi listado como processo obsoleto pelo Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação (MIIT)) e 2. a fluoração com NH₄HF₂, etc.

Compartilhamento de experiência na preparação de fluoreto de térbio:

• Misture NH₄HF₂ com óxido de térbio uniformemente e coloque em um cadinho de grafite de alta pureza

• Aqueça lentamente de 0-150℃, mantenha a 150℃ e remova a amônia a 300℃-400℃ (pode ser inferior a 100ppm)

• Após a fluoração com NH₄HF₂, fluore novamente a 600℃ com gás (argônio + fluoreto de hidrogênio)

• Prepare metal de térbio pelo método de redução térmica com cálcio, com um teor de oxigênio de 230ppm

Adequado para a preparação de fluoretos de terras raras de elementos de alto valor, como escândio e térbio

3. Fluoração com gás fluoreto de hidrogênio

Pontos-chave do controle do processo:

Espessura da carga de óxido de terras raras no forno; canal para o gás fluoreto de hidrogênio; coordenação entre o regime de aumento de temperatura e a vazão do gás fluoreto de hidrogênio; o maior problema é o fraco contato entre o sólido e o gás na reação sólido-gás; como manter o material de óxido de terras raras em movimento para aumentar sua superfície de contato com o gás fluoreto de hidrogênio.

Fluidização e rolamento.

Comparação das tecnologias de produção industrial de fluoretos de terras raras

Parte III: Problemas e Direções dos Métodos Atuais de Produção de Fluoretos de Terras Raras

◇ O método do fluoreto de hidrogênio, o método do NH₄HF₂ e o processo úmido têm suas próprias vantagens, dependendo das características do produto.

◇ O equipamento de produção de fluoretos secos não é totalmente razoável, e o nível de inteligência não é elevado; há fenômeno de aglomeração, reação sólido-gás incompleta e aplicação de leitos fluidizados; controle de processo para espessura do material, taxa de alimentação de gás, temperatura de reação e drenagem de vapor de água.

◇ Resistência à corrosão dos materiais de revestimento

◇ Os fluoretos de terras raras tendem a formar oxifluoretos a cerca de 780℃

São reduzidos a fluoretos de terras raras em uma atmosfera de fluoreto de hidrogênio a 1700℃.

◇ Após a adoção do processo de desidratação úmida + NH₄HF₂ (ou método do gás fluoreto de hidrogênio)

Fluoração com NH₄HF₂ + fluoração com gás fluoreto de hidrogênio

Podem ser obtidos fluoretos de terras raras com menor teor de oxigênio

◇ Alta pureza química e excelentes propriedades físicas

Alta pureza (4N), ultra-alta pureza (superior a 6N)

◇ Nanomateriais, materiais compósitos de fluoretos de terras raras com funções abrangentes.