Способ приготовления редкоземельных элементов - очистка

Все 16 редкоземельных элементов, кроме Pm, могут быть очищены до чистоты 6N (99,9999%). Относительно сложно и трудно в химическом процессе отделить и извлечь отдельные чистые редкоземельные элементы из смешанных редкоземельных соединений, полученных после разложения редкоземельных концентратов. Есть две основные причины. Во-первых, физико-химические свойства лантаноидных элементов очень похожи, и большинство редкоземельных ионов имеют радиус между двумя соседними элементами, которые очень похожи, и являются стабильными трехвалентными состояниями в водных растворах. Редкоземельные ионы обладают высоким сродством к воде, а поскольку они защищены гидратами, их химические свойства очень похожи, поэтому разделение и очистка крайне затруднены. Вторая заключается в том, что смешанные редкоземельные соединения, полученные после разложения редкоземельных концентратов, имеют множество сопутствующих примесных элементов (таких как уран, торий, ниобий, тантал, титан, цирконий, железо, кальций, кремний, фтор, фосфор и др.). Поэтому в процессе разделения редкоземельных элементов необходимо учитывать не только разделение этих десятков редкоземельных элементов с чрезвычайно сходными химическими свойствами, но и разделение между редкоземельными элементами и сопутствующими примесными элементами.

производственный материал

Редкоземельные металлы обычно делятся на смешанные редкоземельные металлы и одиночные редкоземельные металлы. Состав смешанного редкоземельного металла близок к первоначальному редкоземельному составу в руде, а одиночный металл - это металл, отделенный и очищенный от каждого редкоземельного элемента. Оксиды редкоземельных элементов (за исключением оксидов самария, европия, иттербия и тулия) трудно восстановить до одного металла общеметаллургическими методами из-за их большой теплоты образования и высокой стабильности. Поэтому сегодня распространенным сырьем для производства редкоземельных металлов являются их хлориды и фториды.

Электролиз расплавленной соли

Промышленное массовое производство смешанных редкоземельных металлов обычно использует электролиз расплавленной соли. Этот метод заключается в нагревании и расплавлении редкоземельных соединений, таких как редкоземельные хлориды, а затем выполняется электролиз для осаждения редкоземельных металлов на катоде. Существует два метода электролиза: хлоридный электролиз и оксидный электролиз. Способы получения отдельных редкоземельных металлов варьируются от элемента к элементу. Самарий, европий, иттербий и тулий не подходят для электролитического приготовления из-за их высокого давления паров, и вместо них используется восстановительная дистилляция. Другие элементы могут быть получены путем электролиза или металлотермического восстановления.

Хлоридный электролиз является наиболее распространенным методом получения металлов, особенно для смешанных редкоземельных металлов с простым процессом, низкой стоимостью и небольшими инвестициями, но самым большим недостатком является выделение газообразного хлора, который загрязняет окружающую среду.

Оксидный электролиз не выделяет вредных газов, но стоимость несколько выше. Как правило, одиночные редкоземельные элементы с более высокими ценами производства, такие как неодим и празеодим, электролизуются оксидами.

Уменьшение вакуума

Методом электролиза можно получить только редкоземельные металлы общепромышленного класса. Если вы хотите приготовить металлы с низким содержанием примесей и высокой чистотой, для их приготовления обычно используется вакуумное термическое восстановление. Как правило, редкоземельные оксиды сначала превращаются в редкоземельные фториды, которые восстанавливаются металлическим кальцием в вакуумной индукционной печи для получения сырых металлов, а затем переплавляются и дистиллируются для получения более чистых металлов. Этот метод может производить все отдельные редкоземельные металлы, но самарий, европий, иттербий и тулий не могут быть использованы таким образом. Окислительно-восстановительные потенциалы самария, европия, иттербия, тулия и кальция лишь частично уменьшают редкоземельные фториды. Как правило, эти металлы получают по принципу высокого давления паров этих металлов и низкого давления паров металла лантана. Оксиды этих четырех редкоземельных элементов смешивают с металлоломами лантана, а затем восстанавливают в вакуумной печи. При сравнении лантана активного, самария, европия, иттербия, тулия восстанавливают до металла лантаном и собирают на конденсации, которая легко отделяется от шлака.