طريقة تحضير تنقية الأرض النادرة -

يمكن تنقية جميع العناصر الأرضية النادرة الـ 16 باستثناء Pm إلى درجة نقاء 6N (99.9999 بالمائة). من الصعب نسبيًا في العملية الكيميائية فصل واستخراج عنصر أرضي نادر نقي من المركبات الأرضية النادرة المختلطة التي تم الحصول عليها بعد تحلل مركزات الأرض النادرة. هناك سببان رئيسيان. أولاً ، الخصائص الفيزيائية والكيميائية لعناصر اللانثانيد متشابهة جدًا ، ومعظم أيونات الأرض النادرة لها نصف قطر بين عنصرين متجاورين ، وهما متشابهان للغاية ، وهما حالات ثابتة ثلاثية التكافؤ في المحاليل المائية. أيونات الأرض النادرة لها تقارب كبير مع الماء ، ولأنها محمية بواسطة الهيدرات ، فإن خواصها الكيميائية متشابهة جدًا ، لذا فإن الفصل والتنقية أمر صعب للغاية. والثاني هو أن المركبات الأرضية النادرة المختلطة التي تم الحصول عليها بعد تحلل مركزات الأرض النادرة تحتوي على العديد من عناصر الشوائب المصاحبة (مثل اليورانيوم والثوريوم والنيوبيوم والتنتالوم والتيتانيوم والزركونيوم والحديد والكالسيوم والسيليكون والفلور والفوسفور ، إلخ.) . لذلك ، في عملية فصل العناصر الأرضية النادرة ، لا يجب فقط النظر في فصل هذه العناصر الأرضية النادرة ذات الخصائص الكيميائية المتشابهة للغاية ، ولكن أيضًا الفصل بين العناصر الأرضية النادرة وعناصر الشوائب المصاحبة لها.

مواد الإنتاج

تنقسم المعادن الأرضية النادرة عمومًا إلى معادن أرضية نادرة مختلطة ومعادن أرضية نادرة واحدة. يكون تكوين المعدن الأرضي النادر المختلط قريبًا من تركيبة الأرض النادرة الأصلية في الخام ، والمعدن الفردي هو المعدن المنفصل والمكرر عن كل أرض نادرة. يصعب اختزال أكاسيد التربة النادرة (باستثناء أكاسيد السماريوم والأوروبيوم والإيتربيوم والثوليوم) إلى معدن واحد بالطرق المعدنية العامة بسبب حرارة تكوينها الكبيرة وثباتها العالي. لذلك ، فإن المواد الخام الشائعة اليوم لإنتاج المعادن الأرضية النادرة هي الكلوريدات والفلوريدات.

التحليل الكهربائي للملح المنصهر

يستخدم الإنتاج الصناعي الضخم للمعادن الأرضية النادرة المختلطة عمومًا التحليل الكهربائي للملح المصهور. هذه الطريقة هي تسخين وإنصهار المركبات الأرضية النادرة مثل كلوريد الأرض النادرة ، ثم إجراء التحليل الكهربائي لترسيب المعادن الأرضية النادرة على الكاثود. هناك طريقتان للتحليل الكهربائي: التحليل الكهربائي بالكلوريد وأكسيد التحليل الكهربائي. تختلف طرق تحضير المعادن الأرضية النادرة من عنصر لآخر. السماريوم ، اليوروبيوم ، الإيتربيوم ، والثوليوم ليست مناسبة لتحضير التحليل الكهربائي بسبب ضغط البخار المرتفع ، ويتم استخدام التقطير الاختزالي بدلاً من ذلك. يمكن تحضير العناصر الأخرى عن طريق التحليل الكهربائي أو الاختزال الحراري المعدني.

التحليل الكهربائي بالكلوريد هو الطريقة الأكثر شيوعًا لإنتاج المعادن ، خاصةً بالنسبة للمعادن الأرضية النادرة المختلطة مع عملية بسيطة وتكلفة منخفضة واستثمار صغير ، ولكن العيب الأكبر هو إطلاق غاز الكلور الذي يلوث البيئة.

لا ينبعث من التحليل الكهربائي للأكسيد غازات ضارة ، لكن التكلفة أعلى قليلاً. بشكل عام ، يتم تحليل الكتل الأرضية النادرة ذات أسعار الإنتاج المرتفعة ، مثل النيوديميوم والبراسيوديميوم ، بواسطة الأكاسيد.

تقليل الفراغ

يمكن لطريقة التحليل الكهربائي فقط تحضير المعادن الأرضية النادرة ذات الدرجة الصناعية العامة. إذا كنت ترغب في تحضير معادن ذات شوائب منخفضة ونقاوة عالية ، يتم استخدام الاختزال الحراري الفراغي عمومًا لتحضيرها. بشكل عام ، يتم أولاً تحويل أكاسيد الأرض النادرة إلى فلوريد الأرض النادرة ، والتي يتم تقليلها بالكالسيوم المعدني في فرن الحث الفراغي للحصول على المعادن الخام ، ثم يتم إعادة صهرها وتقطيرها للحصول على معادن أنقى. يمكن أن تنتج هذه الطريقة جميع المعادن الأرضية النادرة ، ولكن لا يمكن استخدام السماريوم ، والأوروبيوم ، والإيتربيوم ، والثوليوم بهذه الطريقة. إن إمكانات الأكسدة والاختزال في السماريوم واليوروبيوم والإيتربيوم والثوليوم والكالسيوم تقلل جزئيًا من فلوريد الأرض النادرة. بشكل عام ، يتم تحضير هذه المعادن باستخدام مبدأ ضغط البخار العالي لهذه المعادن وضغط بخار منخفض لمعدن اللانثانم. يتم خلط أكاسيد هذه الأتربة الأربعة النادرة مع قصاصات معدن اللانثانم ، ثم يتم تقليلها في فرن مفرغ. يتم اختزال اللانثانم النشط ، السماريوم ، اليوروبيوم ، الإيتربيوم ، الثوليوم إلى معدن عن طريق اللانثانم ويتم جمعه على التكثيف ، والذي يمكن فصله بسهولة عن الخبث.