שיטת הכנה של אדמה נדירה - טיהור

כל 16 יסודות האדמה הנדירים למעט Pm ניתן לטהר ל 6N (99.9999%) טוהר. זה יחסית מסובך וקשה בתהליך כימי להפריד ולחלץ יסודות אדמה נדירים טהורים בודדים מתרכובות אדמה נדירות מעורבות המתקבלות לאחר פירוק של תרכיזי אדמה נדירים. ישנן שתי סיבות עיקריות. ראשית, התכונות הפיזיקליות והכימיות של יסודות הלנתניד דומות מאוד, ולרוב יוני כדור הארץ הנדירים ביותר יש רדיוס בין שני יסודות סמוכים, שהם דומים מאוד, והם מצבים טריוולנטיים יציבים בפתרונות מימיים. ליוני אדמה נדירים יש זיקה גבוהה למים, ומכיוון שהם מוגנים על ידי הידרטים, התכונות הכימיות שלהם דומות מאוד, ולכן ההפרדה והטיהור קשים מאוד. השני הוא כי תרכובות אדמה נדירות מעורבות המתקבלות לאחר פירוק של תרכיזי אדמה נדירים יש אלמנטים רבים נלווים טומאה (כגון אורניום, תוריום, ניוביום, טנטלום, טיטניום, זירקוניום, ברזל, סידן, סיליקון, פלואור, זרחן, וכו '). לכן, בתהליך של הפרדת יסודות אדמה נדירים, יש לשקול לא רק את ההפרדה של תריסר יסודות האדמה הנדירים הללו בעלי תכונות כימיות דומות ביותר, אלא גם את ההפרדה בין יסודות אדמה נדירים לבין יסודות טומאה נלווים.

חומר ייצור

מתכות אדמה נדירות מחולקות בדרך כלל למתכות אדמה נדירות מעורבות ולמתכות אדמה נדירות בודדות. הרכב המתכת הנדירה המעורבת קרוב להרכב האדמה הנדיר המקורי בעפרות, והמתכת הבודדת היא המתכת המופרדת ומעודנת מכל אדמה נדירה. תחמוצות אדמה נדירות (למעט סמאריום, יורופיום, ytterbium ותחמוצות תוליום) קשה להיות מופחת למתכת אחת על ידי שיטות מטלורגיות כלליות בגלל החום הגדול שלהם של היווצרות ויציבות גבוהה. לכן, חומרי הגלם הנפוצים של היום לייצור מתכות אדמה נדירות הם הכלורידים והפלואורידים שלהם.

אלקטרוליזת מלח מותכת

ייצור המוני תעשייתי של מתכות אדמה נדירות מעורבות בדרך כלל משתמש אלקטרוליזה מלח מותכת. שיטה זו היא לחמם ולהמיס תרכובות אדמה נדירות כגון כלורידים נדירים מכדור הארץ, ולאחר מכן לבצע אלקטרוליזה כדי לזרז מתכות אדמה נדירות על הקתודה. ישנן שתי שיטות של אלקטרוליזה: אלקטרוליזה כלוריד ואלקטרוליזה תחמוצת. שיטות ההכנה של מתכות אדמה נדירות בודדות משתנות מיסוד ליסוד. סמריום, יורופיום, ytterbium, וטוליום אינם מתאימים להכנה אלקטרוליטית בשל לחץ האדים הגבוה שלהם, נעשה שימוש בזיקוק הפחתה במקום. אלמנטים אחרים יכולים להיות מוכנים על ידי אלקטרוליזה או הפחתה metallothermic.

אלקטרוליזה כלוריד היא השיטה הנפוצה ביותר לייצור מתכות, במיוחד עבור מתכות אדמה נדירות מעורבות עם תהליך פשוט, עלות נמוכה והשקעה קטנה, אבל החיסרון הגדול ביותר הוא שחרור של גז כלור, אשר מזהם את הסביבה.

אלקטרוליזה תחמוצת אינו פולט גזים מזיקים, אבל העלות היא קצת יותר גבוהה. בדרך כלל, כדורי ארץ נדירים בודדים עם מחירי ייצור גבוהים יותר, כגון ניאודימיום ופרסאודימיום, הם אלקטרוליזה על ידי תחמוצות.

הפחתת ואקום

שיטת האלקטרוליזה יכולה להכין רק מתכות אדמה נדירות ברמה תעשייתית כללית. אם אתה רוצה להכין מתכות עם זיהומים נמוכים וטוהר גבוה, הפחתת תרמי ואקום משמש בדרך כלל כדי להכין אותם. בדרך כלל, תחמוצות אדמה נדירות נעשות תחילה לפלואורידים נדירים בכדור הארץ, אשר מופחתים עם סידן מתכת בכבשן אינדוקציה ואקום כדי להשיג מתכות גולמיות, ולאחר מכן remelted ומזוקק כדי להשיג מתכות טהורות יותר. שיטה זו יכולה לייצר את כל מתכות האדמה הנדירות היחידות, אך בדרך זו לא ניתן להשתמש בסמריום, ביורופיום, ytterbium וטוליום. הפוטנציאלים redox של סמריום, יורופיום, ytterbium, תוליום וסידן רק להפחית חלקית פלואורידים נדירים של כדור הארץ. בדרך כלל, מתכות אלה מוכנים באמצעות העיקרון של לחץ אדים גבוה של מתכות אלה ולחץ אדים נמוך של מתכת lanthanum. התחמוצות של ארבעת כדורי הארץ הנדירים האלה מעורבבות עם שאריות מתכת לנתנום, ולאחר מכן מופחתות בכבשן ואקום. ההשוואה של lanthanum פעיל, סמריום, europium, ytterbium, תוליום מופחתים מתכת על ידי lanthanum ונאספים על העיבוי, אשר מופרד בקלות מן הסיגים.