Przygotowanie metali ziem rzadkich

Przygotowanie metali ziem rzadkich

Produkcja metali ziem rzadkich jest również nazywana produkcją pirometalurgiczną metali ziem rzadkich.Metale ziem rzadkichogólnie dzieli się na mieszane metale ziem rzadkich i pojedyncze metale ziem rzadkich. Skład mieszanych metali ziem rzadkich jest podobny do pierwotnego składu metali ziem rzadkich w rudzie, a pojedynczy metal to metal oddzielony i rafinowany z każdego pierwiastka ziem rzadkich. Tlenki metali ziem rzadkich (z wyjątkiem tlenków samaru, europu, iterbu i tulu) trudno jest zredukować do jednego metalu ogólnymi metodami metalurgicznymi, ze względu na ich wysokie ciepło tworzenia i wysoką stabilność. Dlatego powszechnie stosowanymi surowcami do produkcji metali ziem rzadkich są ich chlorki i fluorki.

(1) Metoda elektrolizy stopionej soli

W masowej produkcji mieszanych metali ziem rzadkich w przemyśle zazwyczaj wykorzystuje się metodę elektrolizy stopionej soli. Metoda ta polega na ogrzewaniu i topieniu związków metali ziem rzadkich, takich jak chlorki metali ziem rzadkich, a następnie elektrolizie w celu wytrącenia metali ziem rzadkich na katodzie. Istnieją dwie metody elektrolizy: elektroliza chlorkowa i elektroliza tlenkowa. Metoda przygotowania pojedynczego metalu ziem rzadkich różni się w zależności od pierwiastka. Samar, europ, iterb i tul nie nadają się do przygotowania elektrolitycznego ze względu na wysoką prężność par i zamiast tego są przygotowywane metodą destylacji redukcyjnej. Pozostałe pierwiastki można wytwarzać metodą elektrolizy lub termoredukcji metali.

Elektroliza chlorków jest najpowszechniejszą metodą produkcji metali, zwłaszcza mieszanych metali ziem rzadkich. Proces jest prosty, opłacalny i wymaga minimalnych inwestycji. Największą wadą jest jednak wydzielanie się chloru, który zanieczyszcza środowisko.

Elektroliza tlenkowa nie uwalnia szkodliwych gazów, ale koszt jest nieco wyższy. Ogólnie rzecz biorąc, drogie pojedyncze pierwiastki ziem rzadkich, takie jak neodym i prazeodym, są produkowane przy użyciu elektrolizy tlenków.

(2) Metoda próżniowej redukcji termicznej

Metodą elektrolizy można przygotować wyłącznie metale ziem rzadkich klasy przemysłowej. Aby przygotować metale o niskiej zawartości zanieczyszczeń i wysokiej czystości, powszechnie stosuje się metodę próżniowej redukcji termicznej. Ogólnie rzecz biorąc, tlenki metali ziem rzadkich są najpierw przekształcane w fluorek metali ziem rzadkich, który jest redukowany metalicznym wapniem w próżniowym piecu indukcyjnym w celu otrzymania surowych metali. Następnie są one przetapiane i destylowane w celu uzyskania czystszych metali. Metodą tą można uzyskać wszystkie pojedyncze metale ziem rzadkich, ale nie można zastosować samaru, europu, iterbu i tulu.

Potencjał utleniająco-redukcyjnysamar, europ, iterb, tula wapń tylko częściowo zredukował fluorek metali ziem rzadkich. Ogólnie rzecz biorąc, metale te wytwarza się stosując zasadę wysokiej prężności par tych metali i niskiej prężności par metali lantanowych, mieszając i brykietując tlenki tych czterech metali ziem rzadkich z resztkami metali lantanowych i redukując je w piecu próżniowym. Lantanjest stosunkowo aktywny.Samar, europ, iterb i tulsą redukowane przez lantan do złota i gromadzone w skraplaczu, który można łatwo oddzielić od żużla.

笔记