Kaedah Penyediaan Bumi jarang berlaku - pembersihan

Semua 16 unsur bumi yang jarang berlaku kecuali Pm boleh disucikan kepada ketulenan 6N (99.9999%). Ia agak rumit dan sukar dalam proses kimia untuk memisahkan dan mengekstrak unsur-unsur bumi jarang tulen tunggal dari sebatian bumi jarang campuran yang diperolehi selepas penguraian tanah jarang pekat. Terdapat dua sebab utama. Pertama, sifat fizikal dan kimia unsur-unsur lanthanide sangat serupa, dan kebanyakan ion bumi yang jarang berlaku mempunyai jejari antara dua elemen bersebelahan, yang sangat serupa, dan merupakan keadaan trivalen yang stabil dalam larutan berair. Ion bumi yang jarang berlaku mempunyai pertalian yang tinggi dengan air, dan kerana mereka dilindungi oleh hidrat, sifat kimia mereka sangat serupa, jadi pemisahan dan pembersihan sangat sukar. Yang kedua adalah bahawa sebatian bumi jarang bercampur yang diperolehi selepas penguraian pekat bumi yang jarang berlaku mempunyai banyak unsur kekotoran yang disertakan (seperti uranium, thorium, niobium, tantalum, titanium, zirkonium, besi, kalsium, silikon, fluorin, fosforus, dll.). Oleh itu, dalam proses memisahkan unsur-unsur bumi yang jarang berlaku, bukan sahaja pemisahan unsur-unsur bumi yang jarang berlaku ini dengan sifat kimia yang sangat serupa, tetapi juga pemisahan antara unsur-unsur bumi yang jarang berlaku dan unsur-unsur kekotoran yang disertakan mesti dipertimbangkan.

bahan pengeluaran

Logam nadir bumi biasanya dibahagikan kepada logam nadir bumi campuran dan logam nadir bumi tunggal. Komposisi logam bumi jarang bercampur adalah dekat dengan komposisi bumi asal yang jarang berlaku dalam bijih, dan logam tunggal adalah logam yang dipisahkan dan ditapis dari setiap bumi yang jarang berlaku. Oksida bumi yang jarang berlaku (kecuali samarium, europium, ytterbium dan thulium oksida) sukar dikurangkan kepada logam tunggal dengan kaedah metalurgi umum kerana haba pembentukan yang besar dan kestabilan yang tinggi. Oleh itu, bahan mentah biasa hari ini untuk pengeluaran logam nadir bumi adalah klorida dan fluorida mereka.

Elektrolisis Garam Cair

Pengeluaran besar-besaran industri logam nadir bumi campuran biasanya menggunakan elektrolisis garam lebur. Kaedah ini adalah untuk memanaskan dan mencairkan sebatian bumi yang jarang berlaku seperti klorida bumi yang jarang berlaku, dan kemudian melakukan elektrolisis untuk mendakan logam bumi yang jarang berlaku pada katod. Terdapat dua kaedah elektrolisis: elektrolisis klorida dan elektrolisis oksida. Kaedah penyediaan logam bumi tunggal yang jarang berlaku berbeza dari unsur ke elemen. Samarium, europium, ytterbium, dan thulium tidak sesuai untuk penyediaan elektrolitik kerana tekanan wap yang tinggi, dan penyulingan pengurangan digunakan sebaliknya. Unsur-unsur lain boleh disediakan oleh elektrolisis atau pengurangan metaltermik.

Elektrolisis klorida adalah kaedah yang paling biasa untuk menghasilkan logam, terutamanya untuk logam nadir bumi campuran dengan proses mudah, kos rendah dan pelaburan kecil, tetapi kelemahan terbesar adalah pembebasan gas klorin, yang mencemarkan alam sekitar.

Elektrolisis oksida tidak mengeluarkan gas berbahaya, tetapi kosnya sedikit lebih tinggi. Secara amnya, bumi tunggal yang jarang berlaku dengan harga pengeluaran yang lebih tinggi, seperti neodymium dan praseodymium, adalah elektrolisis oleh oksida.

Pengurangan vakum

Kaedah elektrolisis hanya boleh menyediakan logam nadir bumi gred perindustrian am. Jika anda ingin menyediakan logam dengan kekotoran yang rendah dan kesucian yang tinggi, pengurangan haba vakum biasanya digunakan untuk menyediakannya. Secara amnya, oksida bumi yang jarang berlaku mula-mula dibuat menjadi fluorida bumi yang jarang berlaku, yang dikurangkan dengan kalsium logam dalam relau induksi vakum untuk mendapatkan logam mentah, dan kemudian remelted dan suling untuk mendapatkan logam yang lebih tulen. Kaedah ini boleh menghasilkan semua logam bumi yang jarang berlaku, tetapi samarium, europium, ytterbium, dan thulium tidak boleh digunakan dengan cara ini. Potensi redoks samarium, europium, ytterbium, thulium dan kalsium hanya sebahagiannya mengurangkan fluorida bumi yang jarang berlaku. Secara amnya, logam ini disediakan dengan menggunakan prinsip tekanan wap tinggi logam ini dan tekanan wap rendah logam lanthanum. Oksida empat bumi yang jarang berlaku ini bercampur dengan sisa logam lanthanum, dan kemudian dikurangkan dalam relau vakum. Perbandingan lanthanum Active, samarium, europium, ytterbium, thulium dikurangkan kepada logam oleh lanthanum dan dikumpulkan pada pemeluwapan, yang mudah dipisahkan dari sanga.