Bereidingswijze van zeldzame aarde - zuivering

Alle 16 zeldzame aardelementen behalve Pm kunnen worden gezuiverd tot 6N (99,9999 procent) zuiverheid. Het is relatief ingewikkeld en moeilijk in het chemische proces om afzonderlijke zuivere zeldzame-aarde-elementen te scheiden en te extraheren uit de gemengde zeldzame-aardeverbindingen die zijn verkregen na de ontleding van zeldzame-aardeconcentraten. Er zijn twee belangrijke redenen. Ten eerste lijken de fysische en chemische eigenschappen van de lanthanide-elementen sterk op elkaar, en de meeste zeldzame aardionen hebben een straal tussen twee aangrenzende elementen, die erg op elkaar lijken, en zijn stabiele driewaardige toestanden in waterige oplossingen. Zeldzame aardionen hebben een hoge affiniteit met water en omdat ze worden beschermd door hydraten, lijken hun chemische eigenschappen erg op elkaar, dus scheiding en zuivering zijn buitengewoon moeilijk. De tweede is dat de gemengde zeldzame-aardeverbindingen die worden verkregen na de ontleding van zeldzame-aardeconcentraten veel begeleidende onzuiverheden bevatten (zoals uranium, thorium, niobium, tantaal, titanium, zirkonium, ijzer, calcium, silicium, fluor, fosfor, enz.) . Daarom moet bij het scheiden van zeldzame aardelementen niet alleen rekening worden gehouden met de scheiding van deze tientallen zeldzame aardelementen met extreem vergelijkbare chemische eigenschappen, maar ook met de scheiding tussen zeldzame aardelementen en bijbehorende onzuiverheden.

productie materiaal

Zeldzame aardmetalen worden over het algemeen onderverdeeld in gemengde zeldzame aardmetalen en enkele zeldzame aardmetalen. De samenstelling van het gemengde zeldzame aardmetaal ligt dicht bij de oorspronkelijke zeldzame aardsamenstelling in het erts, en het enkele metaal is het metaal dat is gescheiden en verfijnd van elke zeldzame aarde. Zeldzame aardoxiden (behalve samarium-, europium-, ytterbium- en thuliumoxiden) zijn vanwege hun grote vormingswarmte en hoge stabiliteit moeilijk met algemene metallurgische methoden tot een enkel metaal te reduceren. Daarom zijn de huidige grondstoffen voor de productie van zeldzame aardmetalen hun chloriden en fluoriden.

Gesmolten zoutelektrolyse

Industriële massaproductie van gemengde zeldzame aardmetalen maakt in het algemeen gebruik van gesmolten zoutelektrolyse. Deze methode is bedoeld om zeldzame aardmetalen, zoals zeldzame aardchloriden, te verhitten en te smelten, en vervolgens elektrolyse uit te voeren om zeldzame aardmetalen op de kathode te laten neerslaan. Er zijn twee methoden van elektrolyse: chloride-elektrolyse en oxide-elektrolyse. De bereidingsmethoden van enkele zeldzame aardmetalen variëren van element tot element. Samarium, europium, ytterbium en thulium zijn vanwege hun hoge dampdruk niet geschikt voor elektrolytische bereiding en in plaats daarvan wordt reductiedestillatie gebruikt. Andere elementen kunnen worden bereid door elektrolyse of metallothermische reductie.

Chloride-elektrolyse is de meest gebruikelijke methode voor het produceren van metalen, vooral voor gemengde zeldzame aardmetalen met een eenvoudig proces, lage kosten en kleine investeringen, maar het grootste nadeel is het vrijkomen van chloorgas, dat het milieu vervuilt.

Oxide-elektrolyse stoot geen schadelijke gassen uit, maar de kosten zijn iets hoger. Over het algemeen worden afzonderlijke zeldzame aardmetalen met hogere productieprijzen, zoals neodymium en praseodymium, geëlektrolyseerd door oxiden.

Vacuümreductie

De elektrolysemethode kan alleen zeldzame aardmetalen van algemene industriële kwaliteit bereiden. Als u metalen met een lage onzuiverheid en een hoge zuiverheid wilt bereiden, wordt meestal vacuüm-thermische reductie gebruikt om ze te bereiden. In het algemeen worden zeldzame-aardeoxiden eerst omgezet in zeldzame-aardefluoriden, die met metaalcalcium in een vacuüminductieoven worden gereduceerd om ruwe metalen te verkrijgen, en vervolgens omgesmolten en gedestilleerd om zuiverdere metalen te verkrijgen. Deze methode kan alle afzonderlijke zeldzame aardmetalen produceren, maar samarium, europium, ytterbium en thulium kunnen niet op deze manier worden gebruikt. De redoxpotentialen van samarium, europium, ytterbium, thulium en calcium verminderen zeldzame aardfluoriden slechts gedeeltelijk. Over het algemeen worden deze metalen bereid door gebruik te maken van het principe van hoge dampdruk van deze metalen en lage dampdruk van lanthaanmetaal. De oxiden van deze vier zeldzame aardmetalen worden gemengd met lanthaanmetaalschroot en vervolgens gereduceerd in een vacuümoven. De vergelijking van lanthaan Actief, samarium, europium, ytterbium, thulium worden door lanthaan tot metaal gereduceerd en verzameld op de condensatie, die gemakkelijk van de slak kan worden gescheiden.