Método de preparación de tierras raras - Purificación
Los 16 elementos de tierras raras, excepto Pm, se pueden purificar a una pureza de 6N (99.9999%). Es relativamente complicado y difícil en el proceso químico separar y extraer elementos únicos puros de tierras raras de los compuestos mixtos de tierras raras obtenidos después de la descomposición de los concentrados de tierras raras. Hay dos razones principales. En primer lugar, las propiedades físicas y químicas de los elementos lantánidos son muy similares, y la mayoría de los iones de tierras raras tienen un radio entre dos elementos adyacentes, que son muy similares, y son estados trivalentes estables en soluciones acuosas. Los iones de tierras raras tienen una alta afinidad con el agua, y debido a que están protegidos por hidratos, sus propiedades químicas son muy similares, por lo que la separación y la purificación son extremadamente difíciles. El segundo es que los compuestos mixtos de tierras raras obtenidos después de la descomposición de los concentrados de tierras raras tienen muchos elementos de impureza acompañantes (como uranio, torio, niobio, tántalo, titanio, circonio, hierro, calcio, silicio, flúor, fósforo, etc.). Por lo tanto, en el proceso de separación de elementos de tierras raras, no solo se debe considerar la separación de esta docena de elementos de tierras raras con propiedades químicas extremadamente similares, sino también la separación entre elementos de tierras raras y elementos de impurezas acompañantes.
material de producción
Los metales de tierras raras generalmente se dividen en metales mixtos de tierras raras y metales de tierras raras individuales. La composición del metal mixto de tierras raras es cercana a la composición original de tierras raras en el mineral, y el metal único es el metal separado y refinado de cada tierra rara. Los óxidos de tierras raras (excepto los óxidos de samario, europio, iterbio y tulio) son difíciles de reducir a un solo metal por métodos metalúrgicos generales debido a su gran calor de formación y alta estabilidad. Por lo tanto, las materias primas comunes de hoy en día para la producción de metales de tierras raras son sus cloruros y fluoruros.
Electrólisis en sales fundidas
La producción industrial en masa de metales mixtos de tierras raras generalmente utiliza electrólisis en sales fundidas. Este método consiste en calentar y derretir compuestos de tierras raras como los cloruros de tierras raras, y luego realizar electrólisis para precipitar metales de tierras raras en el cátodo. Hay dos métodos de electrólisis: electrólisis de cloruro y electrólisis de óxido. Los métodos de preparación de metales de tierras raras individuales varían de un elemento a otro. El samario, el europio, el iterbio y el tulio no son adecuados para la preparación electrolítica debido a su alta presión de vapor, y en su lugar se utiliza la destilación de reducción. Otros elementos se pueden preparar por electrólisis o reducción metalotérmica.
La electrólisis de cloruro es el método más común para producir metales, especialmente para metales mixtos de tierras raras con proceso simple, bajo costo y pequeña inversión, pero la mayor desventaja es la liberación de gas cloro, que contamina el medio ambiente.
La electrólisis de óxido no emite gases nocivos, pero el costo es ligeramente mayor. En general, las tierras raras individuales con precios de producción más altos, como el neodimio y el praseodimio, son electrolizadas por óxidos.
Reducción de vacío
El método de electrólisis solo puede preparar metales de tierras raras de grado industrial general. Si desea preparar metales con bajas impurezas y alta pureza, la reducción térmica al vacío generalmente se utiliza para prepararlos. En general, los óxidos de tierras raras se convierten primero en fluoruros de tierras raras, que se reducen con calcio metálico en un horno de inducción al vacío para obtener metales crudos, y luego se vuelven a fundir y destilar para obtener metales más puros. Este método puede producir todos los metales de tierras raras individuales, pero el samario, el europio, el iterbio y el tulio no se pueden usar de esta manera. Los potenciales redox del samario, el europio, el iterbio, el tulio y el calcio solo reducen parcialmente los fluoruros de tierras raras. En general, estos metales se preparan utilizando el principio de alta presión de vapor de estos metales y baja presión de vapor de metal de lantano. Los óxidos de estas cuatro tierras raras se mezclan con restos de metal de lantano y luego se reducen en un horno de vacío. La comparación de lantano activo, samario, europio, iterbio, tulio se reducen a metal por lantano y se recogen en la condensación, que se separa fácilmente de la escoria.