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真空蒸馏法提纯稀土金属-基本原理

立志当早,存高远
真空蒸馏法提纯稀土金属-基本原理
真空蒸馏法是制备高纯稀土金属常用的方法,也是目前产业化较成功的
方法之一。

综合来看,该方法的生产效率和稀土金属收率较高,设备投资小,提纯效果明显,适宜于规模化生产。

基本原理
稀土金属的真空蒸馏提纯是利用某些稀土金属蒸气压高这一特性,在高温真空下蒸馏,使稀土金属与杂质分离,从而达到金属提纯的目的。

蒸馏过程可以由升华或蒸发形戒严令完成,这取决于稀土金属的蒸气压与熔点之间的关系。

若金属(如Sm、Eu、Yb 等)在低于其熔点下的蒸气压较高,能够获得足够大的蒸馏速度,则可采用升华进行提纯;若需要把金属(比如Dy、Er 等)加热到其熔点之上才能使金属的蒸气压达到较高值,获得较高的蒸馏速度,则应采用蒸发提纯。

在金属蒸馏过程中,当金属的蒸气压很小(Pa≤0.133Pa),而且蒸馏系统真空度很高时的条件下,纯金属的蒸发可以视为“分子蒸发”,其单位面积
(cm2)和一定时间(s)内的蒸发量(g),即最大蒸速度We 可以用朗格缪尔方程表示:
式中a——冷凝系数,一般金属等于1;Pe——蒸发温度下金属的蒸气压,Pa;T——蒸发温度,K;M——蒸发金属的分子量。

实际上在稀土
金属蒸馏的提纯的过程中Pe>0.133Pa,而且金属蒸汽冷凝为固体过程中,由于冷凝速度的限制,金属蒸气在蒸发器上方聚集产生回凝,这使得朗格缪尔方程的计算结果与实际结果存在偏差。

这可以通过修正Pe 来减小计算误差,如。

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