Phương pháp chuẩn bị đất hiếm - Thanh lọc
Tất cả 16 nguyên tố đất hiếm ngoại trừ Pm có thể được tinh chế đến độ tinh khiết 6N (99,9999%). Nó tương đối phức tạp và khó khăn trong quá trình hóa học để tách và chiết xuất các nguyên tố đất hiếm tinh khiết duy nhất từ các hợp chất đất hiếm hỗn hợp thu được sau khi phân hủy đất hiếm cô đặc. Có hai lý do chính. Thứ nhất, tính chất vật lý và hóa học của các nguyên tố lanthanide rất giống nhau, và hầu hết các ion đất hiếm có bán kính giữa hai nguyên tố liền kề, rất giống nhau và là trạng thái ba hóa trị ổn định trong các dung dịch nước. Các ion đất hiếm có ái lực cao với nước, và bởi vì chúng được bảo vệ bởi hydrat, tính chất hóa học của chúng rất giống nhau, vì vậy việc tách và thanh lọc là vô cùng khó khăn. Thứ hai là các hợp chất đất hiếm hỗn hợp thu được sau khi phân hủy đất hiếm cô đặc có nhiều nguyên tố tạp chất đi kèm (như uranium, thori, niobi, tantalum, titan, zirconium, sắt, canxi, silicon, flo, phốt pho, v.v.). Do đó, trong quá trình tách các nguyên tố đất hiếm, không chỉ phải xem xét việc tách hàng chục nguyên tố đất hiếm này có tính chất hóa học cực kỳ giống nhau, mà còn phải xem xét đến sự tách biệt giữa các nguyên tố đất hiếm và các nguyên tố tạp chất đi kèm.
nguyên liệu sản xuất
Kim loại đất hiếm thường được chia thành các kim loại đất hiếm hỗn hợp và kim loại đất hiếm đơn lẻ. Thành phần của kim loại đất hiếm hỗn hợp gần với thành phần đất hiếm ban đầu trong quặng, và kim loại đơn là kim loại được tách ra và tinh chế từ mỗi loại đất hiếm. Oxit đất hiếm (ngoại trừ samarium, europium, ytterbium và oxit thulium) rất khó để giảm xuống thành một kim loại duy nhất bằng các phương pháp luyện kim nói chung vì nhiệt độ hình thành lớn và độ ổn định cao. Do đó, nguyên liệu thô phổ biến ngày nay để sản xuất kim loại đất hiếm là clorua và fluoride của chúng.
Điện phân muối nóng chảy
Sản xuất hàng loạt công nghiệp của kim loại đất hiếm hỗn hợp thường sử dụng điện phân muối nóng chảy. Phương pháp này là làm nóng và làm tan chảy các hợp chất đất hiếm như clorua đất hiếm, và sau đó thực hiện điện phân để kết tủa kim loại đất hiếm trên cực âm. Có hai phương pháp điện phân: điện phân clorua và điện phân oxit. Các phương pháp chuẩn bị của các kim loại đất hiếm đơn lẻ khác nhau từ nguyên tố này sang nguyên tố khác. Samarium, europium, ytterbium và thulium không thích hợp để chuẩn bị điện phân do áp suất hơi cao của chúng, và giảm chưng cất được sử dụng thay thế. Các yếu tố khác có thể được điều chế bằng cách điện phân hoặc giảm nhiệt kim loại.
Điện phân clorua là phương pháp phổ biến nhất để sản xuất kim loại, đặc biệt là đối với kim loại đất hiếm hỗn hợp với quy trình đơn giản, chi phí thấp và đầu tư nhỏ, nhưng nhược điểm lớn nhất là giải phóng khí clo, gây ô nhiễm môi trường.
Điện phân oxit không phát ra khí độc hại, nhưng chi phí cao hơn một chút. Nói chung, các loại đất hiếm đơn lẻ có giá sản xuất cao hơn, chẳng hạn như neodymium và praseodymium, được điện phân bởi oxit.
Giảm chân không
Phương pháp điện phân chỉ có thể chuẩn bị kim loại đất hiếm của cấp công nghiệp nói chung. Nếu bạn muốn chuẩn bị kim loại có tạp chất thấp và độ tinh khiết cao, giảm nhiệt chân không thường được sử dụng để chuẩn bị chúng. Nói chung, oxit đất hiếm đầu tiên được tạo thành florua đất hiếm, được giảm bằng canxi kim loại trong lò cảm ứng chân không để có được kim loại thô, sau đó được nấu lại và chưng cất để có được kim loại tinh khiết hơn. Phương pháp này có thể sản xuất tất cả các kim loại đất hiếm duy nhất, nhưng samarium, europium, ytterbium và thulium không thể được sử dụng theo cách này. Tiềm năng oxy hóa khử của samarium, europium, ytterbium, thulium và canxi chỉ làm giảm một phần fluoride đất hiếm. Nói chung, các kim loại này được điều chế bằng cách sử dụng nguyên tắc áp suất hơi cao của các kim loại này và áp suất hơi thấp của kim loại lanthanum. Các oxit của bốn loại đất hiếm này được trộn với các mảnh vụn kim loại lanthanum, và sau đó giảm trong lò chân không. So sánh lanthanum Active, samarium, europium, ytterbium, thulium được giảm thành kim loại bằng lanthanum và thu thập trên ngưng tụ, dễ dàng tách ra khỏi xỉ.