有色金属中稀土元素的化学分析探讨

2023-08-15张哲涛

新疆有色金属 2023年4期

张哲涛

（新疆紫金锌业有限公司，新疆乌恰 845450）

从目前的发展趋势看，我国在不断发掘稀土元素的利用价值，结合资源丰富的优势，深入研究各种富含稀土元素的有色金属，不仅改善了产品性能，同时增加了社会和经济效益。稀土元素具有化学性质，同时也有电子结构特点，划分为两组，分别是轻稀土和重稀土。一般稀土元素不具备放射性，在化学处理的过程中，分离其中微量放射性物质，所以不具备放射特性。不论是国际上，还是国内，都对稀土元素在产品中使用的允许剂量进行严格规范，在安全限制内，不会危害人体，所以稀土元素产品比较安全。

1 稀土元素在有色金属中的应用

1.1 在铝合金中应用

在铝合金中添加稀土元素，对细化晶粒具有促进作用，同时也可以将熔体净化，使气体含量、氧化杂质减少，以此提升精炼效果，有助于提升材料各种性能，包括物理性能、机械性能等等。稀土元素作为合金元素，可以降低Al中其他元素的固溶度，使合金更加疏松，降低杂质铁带来的影响危害，使铝合金有更高的耐热性能。对于其他合金元素来说，可以促进偏析作用[1]。试验表明，在铝合金中加入适量稀土元素，可以提升金属组织致密程度。通常，加入1%的钇即可改善铝合金的耐高温性能。例如，与普通铝合金相比，在300-350℃的环境中，加钇铝合金的强度更高，可以提升1 倍，如果在400℃的环境中，强度可以提升50%。如果在Al-RE 导线中加入稀土，则抗拉强度会有所提升，可以改善导线质量，合格率也能大幅提升，可以达到80%。

1.2 在铜合金中应用

在铜中，稀土元素的浓度较低，加入稀土普遍和其他元素化合，产生悬浮的高熔点化合物，凝固的过程中还会产生异质晶粒，可以采用机械手段控制晶粒长大，细化晶粒。缩短凝固时间，同时将柱状晶区缩小，避免偏析。细化晶粒可以改善铜合金机械性能。稀土对无氧铜组织具有一定影响，加入稀土可以提升电导率，如果超过0.02%，则电导率和稀土加入量成反比。增加稀土也可以提升抗张强度、显微硬度，如果超过0.2%，则进入稳定状态，不会明显增加。稀土也可以提升再结晶温度，使铜合金的高温性能得到改善。加入0.0015-0.398%的微量稀土，可以提升铜冷加工峰值，使其达到100℃，在晶粒度细化方面发挥着明显的作用。在增强耐磨性方面，加入稀土元素，使铜合金具有更高的焊接性。稀土可以改善合金偏析，对相形态产生影响，使合金组织细化[2]。在铸造的过程中，具有改善机械性能的效果，可以用它替代锡青铜ZQSu6—3—3 制作滑轮轴承，也可以在轴瓦材料制作中应用。在铜合金中，稀土应用较为广泛，不仅可以在导电铜材料中应用，以此改善机械性能、导电效果、抗腐蚀性能。还可以缩小导体截面积，达到节省铜材的效果。因为稀土铜具有较高的导电率和强度，所以是节能材料，会带来更高的经济效益。

1.3 在镁合金中应用

在镁合金中，广泛应用稀土元素。例如，Er含量超过10%的镁合金，在250℃的条件下，具有很高的强度和弹性极限，可以在高温条件下使用该金属。在室温条件下，固态镁中的铒溶解度较好，延展性也比较好。1mv7 合金可以在室温和高温下使用，是一种性能较好的结构材料。深入研究含有Ag 加Yt 的稀土镁合金，提升Yt含量，使其达到5-7%，然后加入Di，此时生成的镁合金，在250℃的条件下，可以改善力学性能和抗蠕变性，同时也能强化延展性、铸造性。要在520℃的条件下，才能析出硬化型镁合金，需要进行8h 的溶液处理，然后进行200℃淬火，需要16-22h。不含Y 的镁合金成分包括Ag、RE、Th、Zr 和镁。这是一种镁—钍合金，并且添加稀土的合金。该合金需要控制Th 含量，不能超出1.5-2.4%的范围，这样才能确保高温条件下有良好的性能。

2 有色金属中稀土元素的化学分析

2.1 分析铝合金稀土元素

如前文所述，稀土元素在铝合金中发挥重要作用，可以改善铝合金性能。对其进行化学分析，可以采用电化学实验的方式。在实验的过程中，铝合金为电极，选择氯化氢作为介质。实验可知，加入稀土元素可以降低合金放电现象，稀土元素使金属铝/铝合金加速，通过这种方式，使铝合金元素分布更加均匀，同时也能强化铝合金的使用性能[3]。不仅如此，对铝合金电分离现象也具有一定的组织作用，在铝合金中添加稀土元素之后，氯离子移动的自由度受限，铝合金耐腐蚀性能随之增强。如果在铝合金中添加稀土元素，对铝元素的极化能力具有限制作用，使铝合金更加稳定可靠，优化该金属的整体性能，使该金属可以在各种行业、领域中应用。

2.2 分析钨合金稀土元素

钨合金中的稀土元素也具有改善性能的作用，在实验的过程中，需要参考多种资料文献。钨合金的稳定性、耐高温性较好，所以具有很高的利用率，可以在各个行业中应用。为强化钨合金性能，可以在钨合金中加入稀土元素。稀土元素可以细化晶粒，有助于增强钨合金的延展性，使该合金有更高的强度，能促进其他性能的提升。如果在铜钨合金中添加稀土元素，则耐电腐蚀性能、耐压性能都会有所提升，可以使稀土元素更加稳定。在现代工业发展的过程中，钨合金应用广泛，其在强度、蒸气压、延展性等方面具有较高的应用优势。为了更进一步强化钨合金性能，可以采用稀土改性的方式。通过这种方式，使其成为钨-镍-铁合金。该合金是目前应用最广泛的钨合金，具有很高的弹性，相比于其他金属元素，该合金没有磁性，所以某些特殊条件下具有较高的应用优势。也可以对钨-铜合金电触头材料进行改性，如果单纯和原本的性质结合改变，可以使耐压性增强，但会影响结合力。所以，应该采用稀土元素，强化合金的耐压性，同时也能提升耐电腐蚀性。

2.3 分析镁合金稀土元素

在镁合金中，采用化学分析的方式对稀土元素的使用进行分析。如果将稀土元素添加在镁合金中，具有去除杂质的作用，通过净化镁合金中的氧、硫等元素，强化镁合金的稳定性，使镁合金更加可靠。如果想要增强镁合金的延展性，可以适当加入稀土元素。从目前的情况看，我国镁合金应用较为广泛，在航天、汽车等产业领域中均有应用。不论在高温，还是在腐蚀条件下，镁合金结构都具有较高的稳定性，可以保障产品性能。例如，在航空发动机中，可以采用Mg-RE-Zr合金，符合205℃条件下要求的强度，同时具有满足需求的抗蠕变性能。