Harvinaisten maametallien - puhdistusmenetelmä
Kaikki 16 harvinaista maametallia Pm:ää lukuun ottamatta voidaan puhdistaa 6N (99,9999 prosenttia) puhtauteen. On suhteellisen monimutkaista ja kemiallisesti vaikeaa erottaa ja uuttaa yksittäisiä puhtaita harvinaisten maametallien alkuaineita harvinaisten maametallien sekayhdisteistä, jotka on saatu harvinaisten maametallien rikasteiden hajotuksen jälkeen. Siihen on kaksi pääasiallista syytä. Ensinnäkin lantanidielementtien fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ovat hyvin samankaltaisia, ja useimpien harvinaisten maametallien ionien säde on kahden vierekkäisen alkuaineen välillä, jotka ovat hyvin samanlaisia ja ovat stabiileja kolmiarvoisia tiloja vesiliuoksissa. Harvinaisten maametallien ioneilla on korkea affiniteetti veteen, ja koska niitä suojaavat hydraatit, niiden kemialliset ominaisuudet ovat hyvin samankaltaiset, joten erottaminen ja puhdistaminen ovat erittäin vaikeita. Toinen on se, että harvinaisten maametallien rikasteiden hajotuksen jälkeen saadut sekametalliyhdisteet sisältävät monia epäpuhtauksia (kuten uraani, torium, niobium, tantaali, titaani, zirkonium, rauta, kalsium, pii, fluori, fosfori jne.) . Siksi harvinaisten maametallien erotteluprosessissa ei ole otettava huomioon vain näiden kymmenien harvinaisten maametallien, joilla on erittäin samanlaiset kemialliset ominaisuudet, erottaminen, vaan myös harvinaisten maametallien ja niihin liittyvien epäpuhtausalkuaineiden erottaminen toisistaan.
tuotantomateriaali
Harvinaiset maametallit jaetaan yleensä harvinaisiin maametalleihin ja yksittäisiin harvinaisiin maametalleihin. Harvinaisen maametallin sekoitettu koostumus on lähellä alkuperäistä harvinaisen maametallin koostumusta malmissa, ja yksittäinen metalli on jokaisesta harvinaisesta maametallista erotettu ja jalostettu metalli. Harvinaisten maametallien oksideja (paitsi samarium-, europium-, ytterbium- ja tuliumoksideja) on vaikea pelkistää yhdeksi metalliksi yleisillä metallurgisilla menetelmillä niiden suuren muodostumislämmön ja korkean stabiiliuden vuoksi. Siksi harvinaisten maametallien tuotannon yleisimpiä raaka-aineita ovat niiden kloridit ja fluoridit.
Sulan suolan elektrolyysi
Harvinaisten maametallien teollisessa massatuotannossa käytetään yleensä sulan suolan elektrolyysiä. Tämä menetelmä on lämmittää ja sulattaa harvinaisten maametallien yhdisteitä, kuten harvinaisten maametallien klorideja, ja suorittaa sitten elektrolyysi harvinaisten maametallien saostamiseksi katodille. On olemassa kaksi elektrolyysimenetelmää: kloridielektrolyysi ja oksidielektrolyysi. Yksittäisten harvinaisten maametallien valmistusmenetelmät vaihtelevat alkuaineittain. Samarium, europium, ytterbium ja tulium eivät sovellu elektrolyyttiseen valmistukseen korkean höyrynpaineensa vuoksi, ja niiden sijaan käytetään pelkistystislausta. Muita alkuaineita voidaan valmistaa elektrolyysillä tai metallotermisellä pelkistyksellä.
Kloridielektrolyysi on yleisin metallien valmistusmenetelmä, erityisesti harvinaisten maametallien sekametallien valmistamiseksi yksinkertaisella prosessilla, edullisilla kustannuksilla ja pienillä investoinneilla, mutta suurin haittapuoli on ympäristöä saastuttavan kloorikaasun vapautuminen.
Oksidielektrolyysi ei tuota haitallisia kaasuja, mutta hinta on hieman korkeampi. Yleensä yksittäiset harvinaiset maametallit, joiden tuotantohinta on korkeampi, kuten neodyymi ja praseodyymi, elektrolysoidaan oksideilla.
Tyhjiön vähentäminen
Elektrolyysimenetelmällä voidaan valmistaa vain yleistä teollisuuslaatua olevia harvinaisia maametalleja. Jos haluat valmistaa metalleja, joissa on vähän epäpuhtauksia ja korkea puhtaus, niiden valmistukseen käytetään yleensä tyhjiölämpöpelkistystä. Yleensä harvinaisten maametallien oksideista valmistetaan ensin harvinaisten maametallien fluorideja, jotka pelkistetään metallikalsiumilla tyhjiöinduktiouunissa raakametallien saamiseksi, minkä jälkeen ne sulatetaan uudelleen ja tislataan puhtaampien metallien saamiseksi. Tällä menetelmällä voidaan tuottaa kaikkia yksittäisiä harvinaisia maametalleja, mutta samariumia, europiumia, ytterbiumia ja tuliumia ei voida käyttää tällä tavalla. Samariumin, europiumin, ytterbiumin, tuliumin ja kalsiumin redox-potentiaalit vähentävät harvinaisten maametallien fluorideja vain osittain. Yleensä nämä metallit valmistetaan käyttämällä näiden metallien korkean höyrynpaineen ja lantaanimetallin alhaisen höyrynpaineen periaatetta. Näiden neljän harvinaisen maametallin oksidit sekoitetaan lantaanimetalliromun kanssa ja pelkistetään sitten tyhjiöuunissa. Lantaanin vertailu Active, samarium, europium, ytterbium, tulium pelkistetään metalliksi lantaanilla ja kerätään kondensaatioon, joka erottuu helposti kuonasta.
