Μέθοδος Παρασκευής Σπάνιων Γαιών - Καθαρισμός
Και τα 16 στοιχεία της σπάνιας γης εκτός από το Pm μπορούν να καθαριστούν σε καθαρότητα 6N (99,9999%). Είναι σχετικά περίπλοκο και δύσκολο σε χημική διαδικασία να διαχωριστούν και να εξαχθούν μεμονωμένα καθαρά στοιχεία σπανίων γαιών από τις μικτές ενώσεις σπάνιων γαιών που λαμβάνονται μετά την αποσύνθεση συμπυκνωμάτων σπάνιων γαιών. Υπάρχουν δύο βασικοί λόγοι. Πρώτον, οι φυσικές και χημικές ιδιότητες των στοιχείων λανθανιδίου είναι πολύ παρόμοιες και τα περισσότερα ιόντα σπάνιων γαιών έχουν ακτίνα μεταξύ δύο παρακείμενων στοιχείων, τα οποία είναι πολύ παρόμοια και είναι σταθερές τριδύναμες καταστάσεις σε υδατικά διαλύματα. Τα ιόντα σπανίων γαιών έχουν μεγάλη συγγένεια με το νερό και επειδή προστατεύονται από ενυδατώσεις, οι χημικές τους ιδιότητες είναι πολύ παρόμοιες, οπότε ο διαχωρισμός και ο καθαρισμός είναι εξαιρετικά δύσκολοι. Το δεύτερο είναι ότι οι μικτές ενώσεις σπάνιων γαιών που λαμβάνονται μετά την αποσύνθεση των συμπυκνωμάτων σπάνιων γαιών έχουν πολλά συνοδευτικά στοιχεία ακαθαρσίας (όπως ουράνιο, θόριο, νιόβιο, ταντάλιο, τιτάνιο, ζιρκόνιο, σίδηρο, ασβέστιο, πυρίτιο, φθόριο, φώσφορο κ.λπ.). Ως εκ τούτου, κατά τη διαδικασία διαχωρισμού των στοιχείων των σπάνιων γαιών, πρέπει να εξετάζεται όχι μόνο ο διαχωρισμός αυτών των δώδεκα στοιχείων σπάνιων γαιών με εξαιρετικά παρόμοιες χημικές ιδιότητες, αλλά και ο διαχωρισμός μεταξύ των στοιχείων σπανίων γαιών και των συνοδευτικών στοιχείων ακαθαρσιών.
υλικό παραγωγής
Τα μέταλλα σπανίων γαιών χωρίζονται γενικά σε μικτά μέταλλα σπάνιων γαιών και μέταλλα μονής σπάνιας γης. Η σύνθεση του μικτού μετάλλου σπανίων γαιών είναι κοντά στην αρχική σύνθεση σπανίων γαιών στο μετάλλευο και το ενιαίο μέταλλο είναι το μέταλλο που διαχωρίζεται και εξευγενίζεται από κάθε σπάνια γη. Τα οξείδια των σπάνιων γαιών (εκτός από το σαμάριο, το ευρωπίουμ, το ytterbium και τα οξείδια του θουλίου) είναι δύσκολο να μειωθούν σε ένα μόνο μέταλλο με γενικές μεταλλουργικές μεθόδους λόγω της μεγάλης θερμότητας σχηματισμού και της υψηλής σταθερότητας. Ως εκ τούτου, οι σημερινές κοινές πρώτες ύλες για την παραγωγή μετάλλων σπανίων γαιών είναι τα χλωρίδια και τα φθορίδια τους.
Λιωμένη ηλεκτρόλυση αλατιού
Η βιομηχανική μαζική παραγωγή μικτών μετάλλων σπανίων γαιών χρησιμοποιεί γενικά λιωμένη ηλεκτρόλυση αλατιού. Αυτή η μέθοδος είναι να θερμάνετε και να λιώσετε ενώσεις σπάνιων γαιών όπως χλωρίδια σπάνιων γαιών και στη συνέχεια να εκτελέσετε ηλεκτρόλυση για να κατακρημνύσετε μέταλλα σπάνιων γαιών στην κάθοδο. Υπάρχουν δύο μέθοδοι ηλεκτρόλυσης: ηλεκτρόλυση χλωριούχου και ηλεκτρόλυση οξειδίου. Οι μέθοδοι παρασκευής των μετάλλων μονής σπάνιας γης ποικίλλουν από στοιχείο σε στοιχείο. Το σαμάριο, το ευρωπίουμ, το ytterbium και το θούλιουμ δεν είναι κατάλληλα για ηλεκτρολυτική προετοιμασία λόγω της υψηλής πίεσης ατμών τους και χρησιμοποιείται απόσταξη μείωσης. Άλλα στοιχεία μπορούν να παρασκευαστούν με ηλεκτρόλυση ή μεταλλοθερμική μείωση.
Η ηλεκτρόλυση χλωρίου είναι η πιο κοινή μέθοδος για την παραγωγή μετάλλων, ειδικά για μικτά μέταλλα σπάνιων γαιών με απλή διαδικασία, χαμηλό κόστος και μικρές επενδύσεις, αλλά το μεγαλύτερο μειονέκτημα είναι η απελευθέρωση αερίου χλωρίου, η οποία μολύνει το περιβάλλον.
Η ηλεκτρόλυση οξειδίου δεν εκπέμπει επιβλαβή αέρια, αλλά το κόστος είναι ελαφρώς υψηλότερο. Γενικά, οι μεμονωμένες σπάνιες γαίες με υψηλότερες τιμές παραγωγής, όπως το νεοδυμίου και το πρασεοδήμιο, ηλεκτρολύονται από οξείδια.
Μείωση κενού
Η μέθοδος ηλεκτρόλυσης μπορεί να προετοιμάσει μόνο μέταλλα σπανίων γαιών γενικής βιομηχανικής ποιότητας. Εάν θέλετε να προετοιμάσετε μέταλλα με χαμηλές ακαθαρσίες και υψηλή καθαρότητα, η θερμική μείωση κενού χρησιμοποιείται γενικά για την προετοιμασία τους. Γενικά, τα οξείδια των σπάνιων γαιών κατασκευάζονται πρώτα σε φθορίδια σπάνιων γαιών, τα οποία μειώνονται με μεταλλικό ασβέστιο σε κλίβανο επαγωγής κενού για την απόκτηση ακατέργαστων μετάλλων και στη συνέχεια αναμειγνύονται και αποστάζονται για την απόκτηση καθαρότερων μετάλλων. Αυτή η μέθοδος μπορεί να παράγει όλα τα μέταλλα σπανίων γαιών, αλλά το σαμάριο, το ευρωπίουμ, το ytterbium και το θούλιουμ δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν με αυτόν τον τρόπο. Οι οξειδωτικές δυνατότητες του σαμαρίου, του ευρωπιού, του ytterbium, του θουλίου και του ασβεστίου μειώνουν μόνο εν μέρει τα φθορίδια σπανίων γαιών. Γενικά, αυτά τα μέταλλα παρασκευάζονται χρησιμοποιώντας την αρχή της υψηλής πίεσης ατμού αυτών των μετάλλων και της χαμηλής πίεσης ατμού του μετάλλου λανθάνου. Τα οξείδια αυτών των τεσσάρων σπάνιων γαιών αναμειγνύονται με απορρίμματα μετάλλων λανθάνου και στη συνέχεια μειώνονται σε κλίβανο κενού. Η σύγκριση του λανθανίου Active, samarium, europium, ytterbium, θούλιουμ μειώνεται σε μέταλλο με λανθάνιο και συλλέγεται στη συμπύκνωση, η οποία διαχωρίζεται εύκολα από τη σκωρία.