第一章 稀有金屬鍺銦鈦冶金

稀有金屬錯、銦、鈦冶金昆明理工大學冶金與能源工程學院二0一二年九月稀有金屬錯、銦、鈦冶金（24學時）第一單元稀有金屬概論（3學時）第二單元錯冶金（3學時）第一節(jié)錯的性質(zhì)、應用以及錯工業(yè)的發(fā)展和展望第二節(jié)制取錯的各種途徑第三單元錮冶金（3學時）第一節(jié)錮的性質(zhì)、應用及錮工業(yè)的發(fā)展和展望第二節(jié)制取錮的各種途徑第四單元第一章鈦冶金（3學時）第一節(jié)鈦的性質(zhì)、應用及鈦工業(yè)的發(fā)展和展望（1學時）第二節(jié)制取鈦的各種途徑（1學時）第三節(jié)海綿鈦的工業(yè)生產(chǎn)方法（1學時）第二章鈦渣和人造金紅石生產(chǎn)（3學時）第一節(jié)電爐熔煉鈦渣的基本理論第二節(jié)熔煉鈦渣的工藝和設備第三節(jié)選擇性浸出制取人造金紅石第三章粗四氯化鈦的生產(chǎn)（3學時）第一節(jié)氯化冶金概況第二節(jié)沸騰氯化工藝流程和設備第四章粗四氯化鈦的精制（2學時）第一節(jié)精制四氯化鈦的原理第二節(jié)精制四氯化鈦的工藝實踐第五章鎂還原法生產(chǎn)海綿鈦（1學時）第一節(jié)鎂還原反應過程的特點第二節(jié)鎂還原四氯化鈦的工藝實踐第六章鈦白（二氧化鈦）生產(chǎn)（3學時）第一節(jié)鈦白的主要性質(zhì)、用途和品種第一節(jié)硫酸法生產(chǎn)鈦白第二節(jié)氯化法生產(chǎn)鈦白教學參考書1、王吉昆何藹平《現(xiàn)代鍺冶金》冶金工業(yè)出版社2005.2、（俄）nM.0EflOPOB.P.X.AKqyPUH.銦的化學手冊[M].北京大學出版社，20053、王樹楷.《銦冶金》.北京：冶金工業(yè)出版社.20064、莫畏羅方承等《鈦冶金第二版》冶金工業(yè)出版社19985、孫康《鈦提取冶金物理化學》冶金工業(yè)出版社20016、李洪桂《稀有金屬冶金學》冶金工業(yè)出版社1990.7、吳炳乾《稀土冶金學》中南工業(yè)大學出版社1997.第一單元稀有金屬概論（3學時）1.1稀有金屬的概念中文名稱：稀有金屬英文名稱：raremetal，less-commonmetal定義：地殼中豐度很低或分布稀散或不容易經(jīng)濟地提取的金屬。對“稀有金屬”包括的范圍，目前在學術上尚沒有統(tǒng)一的劃分標準。根據(jù)我國慣例，一般認為它包括周期表中約59個金屬（包括人造元素）。表1中的哪些元素屬于稀有金屬呢？表1元素周期表^Lanthanides58Ce59Pr60Nd61Pm62Sm63Eu64Gd65Tb66Dy67Ho68Er69Tm70Yb71Lu**Actinides90Th91Pa92U93Np94Pu95Am96Cm97Bk90Cf99Es100Fm101Md102No103Lr稱它們?yōu)椤跋∮薪饘佟庇袥]有嚴格的科學標準呢?稀有金屬，通常指在自然界中含量較少或分布稀散的金屬，它們難于從原料中提取，在工業(yè)上制備和應用較晚。但在現(xiàn)代工業(yè)中有廣泛的用途。中國稀有金屬資源豐富，如鎢、鈦、稀土、釩、鋯、鉭、鈮、鋰、鈹?shù)纫烟矫鞯膬α?，都居于世界前列，中國正在逐步建立稀有金屬工業(yè)體系。1.2稀有金屬共同特點一般人們?nèi)菀桌斫鉃椤跋∮薪饘佟钡墓餐攸c是在地殼中的豐度很小，這種理解是沒有足夠科學根據(jù)的。因為有些稀有金屬的豐度并不小。如鈦的豐度為0.60%，在地殼中占第十位，比常見元素碳（豐度為0.02%）多數(shù)倍到數(shù)十倍。稀有金屬鋯（豐度為0.017%）、釩（豐度為9x10-3%）比常見的鋅（豐度為8.3x10-3%）、銅（豐度為4.7x10-3%）、鉛（豐度為1.6x10-3%）多數(shù)倍。即使豐度較小的鎢、鉬、恰也比銻多一倍左右。故豐度的大小不是稱它們?yōu)橄∮薪饘俚闹饕?。將它們稱為“稀有金屬”是歷史原因造成的。某些稀有金屬由于在地殼中比較分散，或其礦物沒有特別引人注目的特征，因而被人們發(fā)現(xiàn)較遲、研究較少；某些稀有金屬則由于制取較困難，因而其生產(chǎn)和應用都較遲，如稀有金屬中發(fā)現(xiàn)最早的鉬也是1778年才被發(fā)現(xiàn)，其它稀有金屬絕大部分在十九世紀和二十世紀初才被發(fā)現(xiàn)，錸則在1924年才被發(fā)現(xiàn)；至于它們的應用則比常用的金屬更遲得多，許多稀有金屬到二十世紀中期才大量應用，有的直到目前還沒有找到廣泛用途。這些在歷史上就給人們形成了“稀有”的概念，故當時稱為稀有金屬。但隨著科學技術的發(fā)展，人們對稀有金屬的研究、生產(chǎn)、應用日益增加，對某些稀有金屬而言，“稀有”二字已失去了其原有的含義，也有許多稀有金屬被劃為普通金屬之列，如有些國家將鈦、鎢就不列為稀有金屬，也有的將鎳、鉆、格等列為稀有金屬?？傊?，“稀有金屬”這個概念主要是歷史上的原因造成的，而且其包括的范圍也隨具體條件而變。稀有金屬最初的概念是和那些在技術方面不用或少用的金屬聯(lián)系在一起的。但是，目前稀有金屬中的許多金屬，早巳成為現(xiàn)代技術中很普通的金屬。許多工業(yè)部門，如果不使用稀有金屬，它們根本無法存在。表2列舉了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的金屬（共70種），其中有41種屬于稀有金屬。表2現(xiàn)代冶金工業(yè)簽產(chǎn)的金屬①（劃杠的系稀有金屬）"15.…—元素周期系中的族兀索符號總數(shù)其中稀有金腐破質(zhì)INli,K,RbfCs,Ag,Au8空,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra,菖92111Al,ScfLa,Gel?In,T[76IVTi>Zr,Hf,箜，Sf,Pb54VVtNbtTa,AjSb,Bi63理W,Se,鳥Fo65現(xiàn)Mn,Re_2LFe,Co,Ni,RUjRh,Pd,Os「Ir,Pt9翎系元素從速?尼宣（奐）1414鋼系元素Th,U,Pu■■3合計7041①產(chǎn)品包括金屬、合金.化合物。

?3地亮的平均化學成分《MURA.ii.it譜克拉g類的研旋)十進級(a&>%化學元素和它們的含量，(M)%I10^59*:;'?:-r0.Si：47.227?ft'AlFeCaNaKMg8.806U03.602.642.602.16:UE1~1QTTiHC0.60(0.15)oaoIYMaPSBaClStRbFZr0.090.080.050.050.04&0.040.0310.0270,020CrVCuN0.020.0150.010-01V1L?HNiLiZnCeSnCoY8*10-*6.5*10'#5.10-*4.5?偵7斯皿-，3.偵32.8?10-*NdLaPbGaNbGd2*5'10-a1*8?10=3i.e.iQ-a1*10*VI10T?ILTh.CsPrSmGeBeScAs8-10^*7'IO"17*10~47-10-*7-10'46*10-46*10*45-10'*DyErYbUTlMoHf4.5*10*4*10~43-10-43*10"*3-10-43*10^43*2-10~4BBrHoEuW?Luy3*10~<1.6*10-41.3*10-*1.2*10-*1-1Q'4VITuSeCdSbIBi6-10-5(5?10-a)(4<10^3)(3*10'8)(2*10-a)AgIn(K0'5)(in)u?10-日HgOsPdTe7*10'65-10-*1-10-*ERuPtAuRhReIr(5*10-1)5*10-75ni-iq-tmLX少于10-*AcRaPaPo'Pu(6mo-10l?10-la(2-10-14)1.10'lsRn表3列出了各種元素的克拉克值。各種元素在表中按十進制分組：排在第一個十進級的是克拉克值大于10的元素；排在第二個十進級的是10至l之間的元素；第三個十進級是l到0.1之間的元素，依次類推。由此可見，元素在地殼中的分布極不均衡，分布最廣的8種元素共占地殼成分的99%。從表中還可以看到，大多數(shù)稀有金屬在地殼中含量很少，但是，其中許多金屬的分布量卻比過去人們熟知的一些金屬多得多。比如，鈦在分布表中占第十位；鋯、釩、鋰、鈰以及許多其它稀有金屬的分布量都多于鉛、砷、錫、汞，銀、金等普通金屬。此外，有些金屬由于它們的分散性，不能或很難形成獨立的礦物和礦床，而被列為地殼中極稀有的金屬。比如，鎵在地殼中的含量多于錫、砷和汞。但是，鎵不能形成獨立的礦物，而以分散狀態(tài)存在于其它礦物晶格之中?？墒清a、汞和砷卻能形成礦物和礦床，因而在地殼中反而分布較廣?？梢?，在地殼中分布量少是一些稀有金屬的特征，但并非是全體稀有金屬的共同特點。稀有金屬，通常指在自然界中含量較少或分布稀散的金屬，它們難于從原料中提取，在工業(yè)上制備和應用較晚。但在現(xiàn)代工業(yè)中有廣泛的用途。中國稀有金屬資源豐富，如鎢、鈦、稀土、釩、鋯、鉭、鈮、鋰、鈹?shù)纫烟矫鞯膬α?，都居于世界前列，中國正在逐步建立稀有金屬工業(yè)體系。稀有金屬主要用于制造特種鋼、超硬質(zhì)合金和耐高溫合金，在電氣工業(yè)、化學工業(yè)、陶瓷工業(yè)、原子能工業(yè)及火箭技術等方面。稀有金屬的名稱具有一定的相對性，隨著人們對稀有金屬的廣泛研究，新產(chǎn)源及新提煉方法的發(fā)現(xiàn)以及它們應用范圍的擴大，稀有金屬和其它金屬的界限將逐漸消失，如有的稀有金屬在地殼中的含量比銅、汞、鎘等金屬還要多。有的稀有金屬在物理一化學性質(zhì)上近似而不容易分離成單一金屬。過去制取和使用得很少，因此得名為稀有金屬。19世紀即有稀有元素(rareelements)一詞，20世紀20年代在此基礎上定名為稀有金屬。稀有金屬開發(fā)較晚，所以有時還稱為新金屬(newmetals)。第二次世界大戰(zhàn)以來，由于新技術的發(fā)展，需求量的增大，稀有金屬研究和應用迅速發(fā)展，冶金新工藝不斷出現(xiàn)，這些金屬的生產(chǎn)量也逐漸增多。稀有金屬已經(jīng)不稀。稀有金屬所包括的金屬也在變化，如鈦在現(xiàn)代技術中應用日益廣泛，產(chǎn)量增多，所以有時也被列入輕金屬。1.3稀有金屬的技術分類稀有金屬根據(jù)其物理化學性質(zhì)或其在礦物中的共生情況，可分為以下五類。見表4。表4稀有金屬的工業(yè)分類在周期系中的族別元素在工業(yè)分類上的類別I鋰，枷，艷II皴.俺有輕金屬IV鈦，錯，爭合V機，祝，鋰稀有高蜂點金屬和鈕，鉗，竦①Iff鐐，錮，錠錯部硒，礎稀有分散性金屬竦-IH旬匕、豐乙、鍬及鋤系元素（從鋪至德共14種元素）稀有稀土金屬皿銅及銅系元素（牡、鎂、鈾及各種超鈾元素）V卦稀有放射性金屬.鐳①銖是典型稀散元索，但按其性質(zhì)亦可歸為難熔金屬一類。稀有輕金屬包括元素周期表第族主族的鋰Li、銣Rb、銫Cs和第口族主族的鈹Be,其共同特點是比重輕。鋰、銣、銫、鈹?shù)谋戎胤謩e為0.53、1.55、1.87、1.85；化學活性強，其氧化物和氯化物都很穩(wěn)定，難以還原成金屬，一般都用熔鹽電解法或金屬熱還原法制取。稀有高熔點金屬包括周期表第W族副族的鈦、鋯、恰，第V族副族的釩、鈮、鉭，第丑族副族的鎢、鉬，第W族副族的錸。其共同特點是熔點高（與碳、氮、硅、硼等生成的化合物熔點也較高），它們中熔點最低的鈦的熔點也達1668士4°C，而鎢的熔點達3410土20C；抗腐蝕性強，具有多種原子價。鈦由于比重輕，某些國家將它劃歸輕金屬。在生產(chǎn)工藝上，一般都是先制取其純氧化物或鹵化物，再用還原法或熔鹽電解法從中制得金屬粉末或海綿體，然后用粉末冶金法或高溫真空熔煉法制得致密金屬。稀有分散性金屬稀散金屬（SM）是自然界一組化學元素，包括周期表第III族主族的鎵、銦、鉈，第W族主族的錯，第丑族主族的硒、碲和錸。這7種元素（鎵Ga、銦In、鉈Tl、錯Ge、硒Se、碲Te、錸Re）被命名為SM，原因有三：①此組元素的物理及化學性質(zhì)彼此有較多的近似，②自然界中極少存在單一的、具有工業(yè)開采價值的這一組元素的礦物；③此組元素的克拉克值低，分布分散，多伴生在NM、鐵或煤等礦中，只有在提取主金屬或燃煤等過程中，從其副產(chǎn)物中進行綜合回收，故得名為稀散金屬。當然，也有人把銣、恰、鈧、釩和鎘等幾個金屬劃分為稀散金屬。表1-1為稀散稀有金屬的發(fā)現(xiàn)史與命名意義。表LISM的發(fā)現(xiàn)史與命名堡日兀淤,GaInTlGcShTe*751&G318611S861B1717B2I&E5Lccoq如Boi^baudrAnF.RoichetalW*CrcokisC.A.WinltlerLJ.F#M*VonsteinW.Nod[Jacketid閃怫曠內(nèi)釁礦臉泥堿般宙甘黃謎礦金礦鈕拉殘覽曲名戢又GalliaIndig'oTJuilIvsGcrfnaE徑>BE利時TellosRhine法蘭西蘭色井款荊源技n京概月球堪球乘茴河】,3兩[)-4IXJO'77KIg世界始產(chǎn)平代19151^241925193。101215423930美國始產(chǎn)年代194319妃19S5IS1119G41^42中國始產(chǎn)年代J&5719552058195835(5519571!>GQ稀散金屬的共同特點是只有極少的獨立礦物，一般都是以類質(zhì)同相形態(tài)存在于其它礦物中。如鎵往往以類質(zhì)同相形態(tài)存在于鋁土礦中，銦往往存在于有色重金屬硫化礦中，錯往往存在于煤或有色金屬硫化礦中，因此不可能直接得到這些金屬的精礦，而在處理上述含稀散金屬的物料以提取有色金屬的過程中，它們常常富集在某種副產(chǎn)品中(如處理閃鋅礦提鋅時，其中的銦部分富集到焙燒的煙塵中)，因此一般都是從這些副產(chǎn)品中提取稀散金屬。另外，由于這種副產(chǎn)品中稀散金屬含量仍然很低(一般小于0.1%)，故進一步富集是其生產(chǎn)的關鍵環(huán)節(jié)之一。恰和錸一般也是呈類質(zhì)同相存在于其它礦物中，如恰存在于鋯英石中，錸常存在于輝銅礦及銅的硫化礦中，從這方面來說與稀散金屬相似，但其物理化學性質(zhì)與稀有高熔點金屬相似，故常列入稀有高熔點金屬，錸有時列入稀散金屬。稀有稀土金屬稀土元素系指元素周期表中第IIIB族，包括原子序數(shù)由57至71的15個鑭系元素：鑭(La)、鈰(Ce)、錯(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、秋(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鏡(Yb)、镥(Lu)以及物理化學性質(zhì)與鑭系元素相似的21號元素鈧(Sc)和39號元素釔(Y)共17個元素。稀土元素最早發(fā)現(xiàn)于1794年，直到1947年用人工方法從核反應堆中鈾的分裂碎片里分離出最后一個稀土元素钷，前后歷時150多年。其中鈧在自然界與其它稀土元素共生關系不甚密切，而且至今尚未發(fā)現(xiàn)含鈧的單獨礦物，它屬典型的分散元素。同時钷是一種放射性元素，在自然界礦物中存在極少，常見的稀土礦物又不含钷，所以通常在處理稀土礦的過程中，實際上只包含15個稀土元素。由于18世紀發(fā)現(xiàn)的稀土礦物較少，當時只能用化學法艱難地制得少量不溶于水的氧化物，歷史上習慣地把這種氧化物稱之為“土”，因而得名稀土。其實在自然界稀土礦物并不稀少，稀土也不是土，而是典型的金屬元素。它們在地殼中的.含量比常見的錫、鋅、鉆、汞還要多。在實踐中，通常為了處理工藝或應用方面的需要，稀土元素可按其性質(zhì)上的微小差異或礦物形成的不同特點進行分組。例如，根據(jù)稀土硫酸復鹽溶解度的差別，可把稀土元素分為輕、重稀土兩組或輕、中、重稀土三組。這種分組情況如表1—1所列。?1'1稀土元素的分組57585960616263646566673968697071飾錯ft銅鑼機9t鐵牝鉀鏤?錯LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoYErTmYbLu輕稀土（鐘組）重稀土（釘組）鋪組（硫酸復鹽難溶）M組（硫酸復鹽微溶）釘組（硫酸復鹽易溶）輕稀土（P油弱酸萃取）中稀土（P海低酸度莘?。┲叵⊥粒≒mi中酸度莘?。斨赋?，稀土分組并沒有嚴格的標準，也有根據(jù)稀土配合物穩(wěn)定性的不同而進行四分組的，此稱“四分組效應”。表示稀土的符號，有些國家用于“R”表示，也有用“TR”，俄文用“P3”，而我國用“RE”表示。單獨表示鑭系則用“Ln”表示。稀土元素的共同特點是最外兩層電子結(jié)構相同，釔、鈧也與之相似，因而它們的物理化學性質(zhì)非常相似，而且在礦物中共生在一起，在冶煉過程中的行為也大體相似，因此其相互分離是生產(chǎn)中難題之一。稀有放射性金屬包括各種放射性金屬鈁、锝、針、鐳及鋼系元素釷、鈾及超鈾元素），它們由于性質(zhì)相近，因此在礦物中往往共生，其生產(chǎn)方法與稀土金屬類似。1.4稀有金屬在國民經(jīng)濟中的地位隨著近代科學技術的發(fā)展，對材料提出了日益嚴格的各式各樣的要求，而由于稀有金屬具有各種優(yōu)良性質(zhì)，因而在國民經(jīng)濟各部門及近代科學技術各領域中（如航天、能源、電子、化工等）都占有日益重要的地位，在有些領域中，稀有金屬材料的應用甚至成為促進該領域在某一階段發(fā)展的主要因素之一。在航空及航天技術中，由于比重輕、高溫強度大的鈦材的應用，因而才使制造宇宙飛行器及馬赫數(shù)較大的超音速飛機成為可能。在能源方面稀有金屬釷、鈾是重要核燃料；由于稀有金屬鋯同時具備耐高溫、耐腐蝕、熱中子俘獲面小等優(yōu)良性質(zhì)，因此它是原子能反應堆不可缺少的結(jié)構材料；稀有金屬鉿等則因其熱中子俘獲面大而用作反應堆的控制棒；釔及某些稀土金屬氧化物為制作超導材料的主要成分。在化學工業(yè)中，由于稀有金屬鈦材、鉭材、鈮材都同時具有高強度、耐高溫、耐腐蝕達到一系列優(yōu)良性質(zhì)，因此廣泛用于制造在高溫、高壓、強腐蝕性條件下工作的化工設備，用它們代替不銹鋼使設備壽命成十倍地提高。優(yōu)質(zhì)鈦材在化工設備上的應用，給某些化工過程帶來了重大的變革，也使某些過去被認為難以實現(xiàn)的化工過程成為可能。同時，許多稀有金屬特別是稀土金屬的化合物、鉬錸化合物為重要的催化劑。在電子工業(yè)中，高純度稀有金屬錯是主要的半導材料料之一。此外鈮、鎢、銅、鈦、鋯、鋼、鎵都是電子工業(yè)的重要材料；稀有金屬鉭用以制造比容大、性能穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)電容器，成為航空及航天設備中的重要電子元件。在鋼鐵工業(yè)中，稀土金屬及稀有高熔點金屬都是冶煉優(yōu)質(zhì)鋼的重要添加劑，少量（0.2%左右）稀土或鉬或釩加入鋼中，都能大大改善鋼的結(jié)構，從而大大提高其強度和耐沖擊性能，故大量用以煉制各種低合金鋼。鎢用以煉制高速切削鋼，鉬、釩也是許多特種鋼的重要組成分。稀有高熔點金屬（特別是鎢）的碳化物都具有很高的硬度和耐磨性能，因此廣泛用作硬質(zhì)合金。此外在醫(yī)療、激光、超導、航海、農(nóng)業(yè)等各個領域無不要使用稀有金屬及其化合物材料。近年來還發(fā)現(xiàn)許多含稀土金屬及其化合物的功能材料如釹一鐵一硼磁性材料等在各個尖端技術領域中具有重要的意義。我國具有豐富的稀有金屬資源，許多稀有金屬的藏量占世界第一位。但由于歷史的原因，我國稀有金屬冶金工業(yè)在技術水平、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)成本等方面都與世界先進水平有一定差距，因此發(fā)展我國稀有金屬冶金的科技、教育事業(yè)為當前重要問題之一。稀土我國儲量居世界第一。供應量占全球總量的80%以上。用于制造復合材料，鎂、鋁、鈦等合金材料，被形象地比喻為工業(yè)味精。錯儲量居世界第一。產(chǎn)量占全球的50%。主要用于夜視儀、熱成像儀、石油產(chǎn)品催化劑、太陽能電池等生產(chǎn)，并被廣泛用于光纖通訊領域。此外鉭、鍶、銻、鎘、銥、鉍、銠、鈦、鎳、鋯、銘、鉆等等及鎳銘、鎳銘硅、鎳鋁、鈦鋁、鐵鎳等等，在歐洲這些很多都是戰(zhàn)略金屬在國防建設中也有廣泛的用途.有些已經(jīng)用于宇宙飛船的制造及軍事應用。如金屬鉭不僅在火炮上有大用處，而且是以后宇宙空間探索必要的材料，其奇特的物理化學性能至今科學家還在研究，鉭合金的特殊用途目前仍在研究、開發(fā)。鈦鈦和鈦的合金大量用于航空工業(yè)，有“空間金屬”之稱；另外，在造船工業(yè)、化學工業(yè)、制造機械部件、電訊器材、硬質(zhì)合金等方面有著日益廣泛的應用。此外，由于鈦合金還與人體有很好的相容性，所以鈦合金還可以作人造骨。釩釩所以用于鋼鐵中，是由于釩能與鋼鐵中的碳元素生成穩(wěn)定的碳化合物(V4C3)，他可以細化鋼的組織和晶粒，提高晶粒粗話溫度。顯著提高改善鋼鐵的性能。可加大鋼的強度、韌性、抗腐蝕能力、耐磨能力和承受沖擊負荷的能力等。1.5稀有金屬生產(chǎn)的主要階段稀有金屬生產(chǎn)流程各不相同，但一般說來其生產(chǎn)過程都經(jīng)歷以下四個階段：精礦分解在精礦中稀有金屬往往與其伴生元素形成牢固的化合物，如白鎢礦中鎢就是以穩(wěn)定的CaWO4形態(tài)存在。精礦分解的任務就是利用化學試劑將這種穩(wěn)定化合物破壞，并使稀有金屬與伴生元素初步分離。如白鎢礦鹽酸分解時發(fā)生如下反應：CaWO4⑹十2HCl(ag)=CaCl2(ag)+H2WO4(s)生成的CaCl2進入溶液，與H2WO4分離。純化合物制取由于稀有金屬性質(zhì)活潑，其化合物較穩(wěn)定，故將這些化合物還原成金屬往往需很強的還原性氣氛。在這樣的還原氣氛下，如果夾雜有其它元素化合物，則它們也會被還原并成雜質(zhì)進入稀有金屬，故在將稀有金屬化合物還原成金屬以前一定要將它們提純，以保證產(chǎn)出的金屬的純度，同時也有利于有價元素的綜合回收。純化合物的制取一方面包括除去有害雜質(zhì)，另一方面也包括將共生的各種性質(zhì)相近的稀有金屬相互分離。金屬生產(chǎn)即用還原法、電解法或熱離解法從上述純化合物制得金屬。對熔點較高的稀有金屬而言，往往得到其粉末或海綿體。高純致密稀有金屬生產(chǎn)即根據(jù)用戶的要求將稀有金屬的粉末或海綿體制得致密金屬，對某些用戶而言還要求將其進一步提純。1.6稀有金屬冶金過程的特點由于稀有金屬其原料、物理化學性質(zhì)及應用等方面的特點，導致其冶金過程相對于黑色金屬及有色重金屬而言有許多特點，主要有：稀有金屬冶金的原料(包括礦物原料、其它過程的廢料或副產(chǎn)品等)一般品位較低，另外由于稀有金屬礦往往是多金屬復合礦，故其成分往往非常復雜，如鎢精礦中就常有鎢、鉬、鉭、鈮、錫、鈧等有價元素及其它伴生元素。同時，隨著資源的開發(fā)和利用，其品位日益降低，成分日益復雜，為提高選礦、冶金的總回收率，越來越要求冶金過程直接處理多金屬混雜的低品位精礦或中礦，這更增加了其原料的復雜性。稀有金屬冶金流程一般較復雜，且生產(chǎn)過程往往需采用許多學科領域中的先進技術，互相配合。由于下述一系列原因：稀有金屬冶金原料復雜，含有多種有價元素；許多稀有金屬性質(zhì)十分相似，難以分離提純；稀有金屬性質(zhì)活潑易與碳、氮、氧等作用，而這些雜質(zhì)將嚴重影響其使用性能；用戶對產(chǎn)品不論在化學成分和物理性能上都有著嚴格的要求；因此在現(xiàn)有技術條件下為使產(chǎn)品在質(zhì)量和數(shù)量上達到要求，并綜合回收有價元素，一般需經(jīng)過較多工序，即流程一般較長，同時無論在工藝上和設備上都有著較高的要求，需綜合采用選礦、化工、有色冶金、物理冶金等多方面的新技術和新設備，如萃取、離子交換技術、高溫高真空技術和設備等。由于原料復雜、含多種有價元素以及生產(chǎn)流程長等特點，再加上許多共生的稀有金屬性質(zhì)相近難以分離，以及生產(chǎn)過程中消耗