Metoda przygotowania metali ziem rzadkich - Oczyszczanie
Wszystkie 16 metali ziem rzadkich z wyjątkiem Pm można oczyścić do czystości 6N (99,9999%). Stosunkowo skomplikowane i trudne w procesie chemicznym jest oddzielenie i wyodrębnienie pojedynczych czystych pierwiastków ziem rzadkich z mieszanych związków metali ziem rzadkich otrzymanych po rozkładzie koncentratów metali ziem rzadkich. Istnieją dwa główne powody. Po pierwsze, właściwości fizyczne i chemiczne pierwiastków lantanowca są bardzo podobne, a większość jonów metali ziem rzadkich ma promień między dwoma sąsiednimi pierwiastkami, które są bardzo podobne i są stabilnymi stanami trójwartościowymi w roztworach wodnych. Jony metali ziem rzadkich mają wysokie powinowactwo z wodą, a ponieważ są chronione przez hydraty, ich właściwości chemiczne są bardzo podobne, więc separacja i oczyszczanie są niezwykle trudne. Po drugie, mieszane związki metali ziem rzadkich otrzymane po rozkładzie koncentratów metali ziem rzadkich mają wiele towarzyszących pierwiastków zanieczyszczeń (takich jak uran, tor, niob, tantal, tytan, cyrkon, żelazo, wapń, krzem, fluor, fosfor itp.). Dlatego w procesie oddzielania pierwiastków ziem rzadkich należy wziąć pod uwagę nie tylko oddzielenie tych kilkunastu pierwiastków ziem rzadkich o bardzo podobnych właściwościach chemicznych, ale także oddzielenie pierwiastków ziem rzadkich i towarzyszących im zanieczyszczeń.
materiał produkcyjny
Metale ziem rzadkich są ogólnie podzielone na mieszane metale ziem rzadkich i pojedyncze metale ziem rzadkich. Skład mieszanego metalu ziem rzadkich jest zbliżony do pierwotnego składu metali ziem rzadkich w rudzie, a pojedynczy metal jest metalem oddzielonym i rafinowanym z każdej ziemi rzadkiej. Tlenki metali ziem rzadkich (z wyjątkiem tlenków samaru, europu, iterbu i tuliu) są trudne do zredukowania do jednego metalu za pomocą ogólnych metod metalurgicznych ze względu na ich duże ciepło formowania i wysoką stabilność. Dlatego dzisiejszymi powszechnymi surowcami do produkcji metali ziem rzadkich są ich chlorki i fluorki.
Elektroliza stopionej soli
Przemysłowa masowa produkcja mieszanych metali ziem rzadkich zazwyczaj wykorzystuje elektrolizę stopionej soli. Ta metoda polega na podgrzewaniu i topieniu związków metali ziem rzadkich, takich jak chlorki metali ziem rzadkich, a następnie przeprowadzaniu elektrolizy w celu wytrącenia metali ziem rzadkich na katodzie. Istnieją dwie metody elektrolizy: elektroliza chlorkowa i elektroliza tlenkowa. Metody przygotowania pojedynczych metali ziem rzadkich różnią się w zależności od pierwiastka. Samar, europ, iterb i tuli nie nadają się do przygotowania elektrolitycznego ze względu na wysokie ciśnienie pary, a zamiast tego stosuje się destylację redukcyjną. Inne pierwiastki można przygotować przez elektrolizę lub redukcję metalotermiczną.
Elektroliza chlorkowa jest najczęstszą metodą produkcji metali, szczególnie w przypadku mieszanych metali ziem rzadkich o prostym procesie, niskich kosztach i niewielkich inwestycjach, ale największą wadą jest uwalnianie chloru gazowego, który zanieczyszcza środowisko.
Elektroliza tlenkowa nie emituje szkodliwych gazów, ale koszt jest nieco wyższy. Ogólnie rzecz biorąc, pojedyncze metale ziem rzadkich o wyższych cenach produkcji, takie jak neodym i praseodym, są elektrolizowane przez tlenki.
Redukcja próżni
Metoda elektrolizy może przygotować tylko metale ziem rzadkich ogólnej klasy przemysłowej. Jeśli chcesz przygotować metale o niskiej zawartości zanieczyszczeń i wysokiej czystości, do ich przygotowania zwykle stosuje się redukcję termiczną próżni. Ogólnie rzecz biorąc, tlenki metali ziem rzadkich są najpierw przekształcane w fluorki metali ziem rzadkich, które są redukowane wapniem metalowym w próżniowym piecu indukcyjnym w celu uzyskania surowych metali, a następnie ponownie przetapiane i destylowane w celu uzyskania czystszych metali. Ta metoda może wytwarzać wszystkie pojedyncze metale ziem rzadkich, ale samar, europ, iterb i łom nie mogą być używane w ten sposób. Potencjały redoks samaru, europu, iterbu, tulu i wapnia tylko częściowo redukują fluorki metali ziem rzadkich. Ogólnie rzecz biorąc, metale te są przygotowywane przy użyciu zasady wysokiego ciśnienia pary tych metali i niskiego ciśnienia pary metalu lantanowego. Tlenki tych czterech metali ziem rzadkich są mieszane ze skrawkami metali lantanu, a następnie redukowane w piecu próżniowym. Porównanie lantanu Active, samaru, europu, iterbu, tulu jest redukowane do metalu przez lantan i zbierane na kondensacji, która jest łatwo oddzielana od żużla.