Herstellungsmethode Seltener Erden - Reinigung
Alle 16 Seltenerdelemente außer Pm können auf 6N (99,9999%) Reinheit gereinigt werden. Im chemischen Prozess ist es relativ kompliziert und schwierig, einzelne reine Seltenerdelemente aus den gemischten Seltenerdverbindungen zu trennen und zu extrahieren, die nach der Zersetzung von Seltenerdkonzentraten erhalten werden. Dafür gibt es zwei Hauptgründe. Erstens sind die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Lanthanidelemente sehr ähnlich, und die meisten Seltenerdmetallionen haben einen Radius zwischen zwei benachbarten Elementen, die sehr ähnlich sind, und sind stabile dreiwertige Zustände in wässrigen Lösungen. Seltenerdmetallionen haben eine hohe Affinität zu Wasser, und da sie durch Hydrate geschützt sind, sind ihre chemischen Eigenschaften sehr ähnlich, so dass Trennung und Reinigung äußerst schwierig sind. Die zweite ist, dass die gemischten Seltenerdverbindungen, die nach der Zersetzung von Seltenerdkonzentraten erhalten werden, viele begleitende Verunreinigungselemente aufweisen (wie Uran, Thorium, Niob, Tantal, Titan, Zirkonium, Eisen, Kalzium, Silizium, Fluor, Phosphor usw.). Daher muss bei der Trennung von Seltenerdelementen nicht nur die Trennung dieser Dutzend Seltenerdelemente mit extrem ähnlichen chemischen Eigenschaften, sondern auch die Trennung zwischen Seltenerdelementen und begleitenden Verunreinigungselementen berücksichtigt werden.
Produktionsmaterial
Seltenerdmetalle werden im Allgemeinen in gemischte Seltenerdmetalle und einzelne Seltenerdmetalle unterteilt. Die Zusammensetzung des gemischten Seltenerdmetalls entspricht der ursprünglichen Seltenerdzusammensetzung im Erz, und das einzelne Metall ist das Metall, das von jeder Seltenen Erde getrennt und verfeinert wird. Seltenerdoxide (mit Ausnahme von Samarium-, Europium-, Ytterbium- und Thuliumoxiden) lassen sich aufgrund ihrer großen Entstehungswärme und hohen Stabilität mit allgemeinen metallurgischen Methoden nur schwer zu einem einzigen Metall reduzieren. Daher sind die heute üblichen Rohstoffe für die Herstellung von Seltenerdmetallen deren Chloride und Fluoride.
Elektrolyse von Flüssigsalz
Die industrielle Massenproduktion von gemischten Seltenerdmetallen verwendet im Allgemeinen die Elektrolyse von geschmolzenem Salz. Diese Methode besteht darin, Seltenerdverbindungen wie Seltenerdchloride zu erhitzen und zu schmelzen und dann eine Elektrolyse durchzuführen, um Seltenerdmetalle auf der Kathode auszufällen. Es gibt zwei Methoden der Elektrolyse: Chloridelektrolyse und Oxidelektrolyse. Die Herstellungsmethoden einzelner Seltenerdmetalle variieren von Element zu Element. Samarium, Europium, Ytterbium und Thulium sind aufgrund ihres hohen Dampfdrucks nicht für die elektrolytische Präparation geeignet, und stattdessen wird eine Reduktionsdestillation verwendet. Andere Elemente können durch Elektrolyse oder metallotherme Reduktion hergestellt werden.
Die Chloridelektrolyse ist die gebräuchlichste Methode zur Herstellung von Metallen, insbesondere für gemischte Seltenerdmetalle mit einfachem Prozess, niedrigen Kosten und geringen Investitionen, aber der größte Nachteil ist die Freisetzung von Chlorgas, das die Umwelt verschmutzt.
Die Oxidelektrolyse emittiert keine schädlichen Gase, aber die Kosten sind etwas höher. Im Allgemeinen werden einzelne seltene Erden mit höheren Produktionspreisen, wie Neodym und Praseodym, durch Oxide elektrolysiert.
Vakuumreduzierung
Die Elektrolysemethode kann nur Seltenerdmetalle von allgemeiner industrieller Qualität herstellen. Wenn Sie Metalle mit geringen Verunreinigungen und hoher Reinheit vorbereiten möchten, wird im Allgemeinen eine thermische Vakuumreduktion verwendet, um sie vorzubereiten. Im Allgemeinen werden Seltenerdoxide zuerst zu Seltenerdfluoriden verarbeitet, die in einem Vakuuminduktionsofen mit Metallcalcium reduziert werden, um Rohmetalle zu erhalten, und dann umgeschmolzen und destilliert werden, um reinere Metalle zu erhalten. Diese Methode kann alle einzelnen Seltenerdmetalle herstellen, aber Samarium, Europium, Ytterbium und Thulium können nicht auf diese Weise verwendet werden. Die Redoxpotentiale von Samarium, Europium, Ytterbium, Thulium und Calcium reduzieren Seltenerdfluoride nur teilweise. Im Allgemeinen werden diese Metalle unter Verwendung des Prinzips des hohen Dampfdrucks dieser Metalle und des niedrigen Dampfdrucks von Lanthanmetall hergestellt. Die Oxide dieser vier Seltenen Erden werden mit Lanthanmetallschrotten vermischt und dann in einem Vakuumofen reduziert. Der Vergleich von Lanthan Active, Samarium, Europium, Ytterbium, Thulium werden durch Lanthan zu Metall reduziert und an der Kondensation gesammelt, die sich leicht von der Schlacke trennen lässt.