Thảo luận về ứng dụng và sản xuất công nghiệp của các hợp chất flo hóa hiếm [Diễn đàn Khoáng sản Hiếm SMM]

Vào ngày 29 tháng 5, tại Diễn đàn Công nghiệp Đất hiếm SMM (lần thứ 2) năm 2025 do Công ty TNHH Công nghệ và Thông tin SMM (SMM) tổ chức, ông Liang Xingfang, Phó Giám đốc Viện Nghiên cứu Đất hiếm Sơn Đông, đã thảo luận về chủ đề "Ứng dụng và Sản xuất Công nghiệp của Fluorua Đất hiếm".

Phần 1: Đặc điểm và Ứng dụng Chính của Fluorua Đất hiếm

Đặc điểm Cấu trúc của Nguyên tố Đất hiếm

1. Scandi, Yttri và các nguyên tố Lantanid có cùng cấu hình electron ngoài cùng, dẫn đến các tính chất hóa học tương tự.

2. Số lượng electron trong quỹ đạo 4f dao động từ 0 đến 14 từ Lantan đến Luteti.

3. Quỹ đạo 4f được che chắn bởi các electron ngoài cùng, dẫn đến sự khác biệt trong quá trình chuyển tiếp năng lượng và biến đổi cấu trúc khi mất electron, tạo ra các tính chất riêng biệt.

4. Fluor là một trong những nguyên tố có sức oxy hóa mạnh nhất.

Fluorua Đất hiếm thể hiện sự ổn định của liên kết ion mạnh.

Fluorua Đất hiếm là các hợp chất chứa các nguyên tố Đất hiếm và Fluor.

1. Fluorua Đất hiếm nhị phân: Kết hợp trực tiếp các nguyên tố Đất hiếm với Fluor;

2. Fluorua Đất hiếm phức tạp: Được pha tạp với các nguyên tố khác để có các chức năng cụ thể;

3. Fluorua Đất hiếm nano: Có kích thước và hiệu ứng bề mặt đặc biệt.

Fluorua Đất hiếm nhị phân

Điểm nóng chảy cao; áp suất hơi thấp; ổn định hóa học và không tan trong nước; có tính chất quang học xuất sắc, có khả năng giảm tổn thất năng lượng trạng thái kích thích và tăng cường đáng kể hiệu suất phát quang chuyển lên.

Fluorua Đất hiếm là các vật liệu quan trọng với các tính chất từ tính, quang học và điện độc đáo.

1. Vật liệu quang học: Vật liệu tinh thể laser, vật liệu quang chức năng, vật liệu huỳnh quang và vật liệu sợi quang;

2. Vật liệu xúc tác: Xúc tác cho quá trình crack dầu mỏ và bảo vệ môi trường;

3. Phụ gia cho vật liệu đánh bóng, vật liệu gốm, chất bôi trơn và vật liệu chống ăn mòn;

4. Nguyên liệu và phụ liệu để sản xuất kim loại hoặc hợp kim Đất hiếm.

Nguyên liệu và phụ liệu để sản xuất kim loại và hợp kim Đất hiếm thông qua các quy trình điện phân muối nóng chảy và khử bằng canxi.

Ứng dụng trong các ngành công nghiệp cao cấp và nhu cầu từ các ngành công nghiệp truyền thống đã thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp florua đất hiếm.

Ông cũng đã trình bày chi tiết về đặc điểm và các ứng dụng chính của các hợp chất florua đất hiếm nhị phân.

Ứng dụng chính của florua đất hiếm trong ngành công nghiệp đất hiếm

1. Nguyên liệu và phụ gia để sản xuất kim loại và hợp kim đất hiếm

Phụ gia cho quy trình điện phân muối nóng chảy: Điện phân REF3+LiF

Nguyên liệu cho quy trình khử calci nhiệt: REF3+Ca

Sản lượng NdFeB của Trung Quốc đạt khoảng 300.000 tấn vào năm 2024.

Để sản xuất các nguyên liệu như hợp kim Pr-Nd, Nd, Ce, hợp kim Gd-Fe và hợp kim Dy-Fe, cần hơn 5.000 tấn florua đất hiếm.

2. Nguyên liệu để khuếch tán biên giới của vật liệu nam châm vĩnh cửu NdFeB, florua dysprosi và florua terbi chủ yếu bị hạn chế bởi các bằng sáng chế của Nhật Bản.

Phần II: Công nghệ sản xuất công nghiệp florua đất hiếm

Trình bày chi tiết về 1. quy trình ướt (đã được Bộ Công nghiệp và Công nghệ thông tin (MIIT) liệt kê là quy trình lạc hậu) và 2. fluorination NH₄HF₂, v.v.

Chia sẻ kinh nghiệm về việc chuẩn bị florua terbi:

• Trộn đều NH₄HF₂ với oxit terbi và đặt trong cốc than chì tinh khiết cao

• Nung chậm từ 0-150℃, duy trì ở 150℃ và loại bỏ amoniac ở 300℃-400℃ (có thể dưới 100ppm)

• Sau khi fluorination NH₄HF₂, fluorinate lại ở 600℃ với khí (argon + hydro florua)

• Chuẩn bị kim loại terbi bằng phương pháp khử nhiệt canxi, với hàm lượng oxy là 230ppm

Thích hợp để chuẩn bị florua đất hiếm của các nguyên tố có giá trị cao như scandi và terbi

3. Fluorination với khí hydro florua

Các điểm chính của kiểm soát quy trình:

Độ dày của vật liệu nung oxit đất hiếm; kênh cho khí hydro florua; sự phối hợp giữa chế độ tăng nhiệt độ và tốc độ dòng khí hydro florua; vấn đề lớn nhất là sự tiếp xúc kém giữa chất rắn và khí trong phản ứng rắn-khí; làm thế nào để giữ cho vật liệu oxit đất hiếm chuyển động để tăng diện tích tiếp xúc với khí hydro florua.

Sự lưu hóa và lăn.

So sánh các công nghệ sản xuất công nghiệp cho các hợp chất florua đất hiếm

Phần III: Các vấn đề và định hướng của các phương pháp sản xuất hợp chất florua đất hiếm hiện tại

◇ Phương pháp florua hidro, phương pháp NH₄HF₂ và quy trình ướt đều có những ưu điểm riêng, tùy thuộc vào đặc tính sản phẩm.

◇ Thiết bị sản xuất các hợp chất florua khô không hoàn toàn hợp lý và mức độ thông minh không cao; có hiện tượng vón cục, phản ứng rắn-khí không hoàn toàn và ứng dụng của các lò lưu hóa; kiểm soát quy trình đối với độ dày vật liệu, tốc độ cấp khí, nhiệt độ phản ứng và thoát hơi nước.

◇ Khả năng chống ăn mòn của vật liệu lót

◇ Các hợp chất florua đất hiếm dễ hình thành các hợp chất oxy florua ở khoảng 780℃

Chúng được khôi phục thành các hợp chất florua đất hiếm trong môi trường có florua hidro ở 1700℃.

◇ Sau khi áp dụng quy trình khử nước ướt + NH₄HF₂ (hoặc phương pháp khí florua hidro)

Fluor hóa bằng NH₄HF₂ + fluor hóa bằng khí florua hidro

Có thể thu được các hợp chất florua đất hiếm có hàm lượng oxy thấp hơn

◇ Độ tinh khiết hóa học cao và tính chất vật lý xuất sắc

Độ tinh khiết cao (4N), độ tinh khiết cực cao (lớn hơn 6N)

◇ Vật liệu nano, vật liệu hợp chất florua đất hiếm có nhiều chức năng.