การเตรียมโลหะหายาก

การเตรียมโลหะหายาก

การผลิตโลหะหายากเรียกอีกอย่างว่า การผลิตโลหะหายากจากแร่ไพโรเมทัลลูร์จีโลหะหายากโดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นโลหะหายากผสมและโลหะหายากชนิดเดียว องค์ประกอบของโลหะหายากผสมจะคล้ายคลึงกับองค์ประกอบโลหะหายากดั้งเดิมในแร่ และโลหะชนิดเดียวคือโลหะที่แยกและกลั่นออกมาจากโลหะหายากแต่ละชนิด การลดออกไซด์ของโลหะหายาก (ยกเว้นออกไซด์ของซาแมเรียม ยูโรเพียม อิตเทอร์เบียม และทูเลียม) ให้เป็นโลหะชนิดเดียวโดยใช้กรรมวิธีทางโลหะวิทยาโดยทั่วไปนั้นทำได้ยาก เนื่องจากออกไซด์เหล่านี้ให้ความร้อนสูงในการก่อตัวและมีความเสถียรสูง ดังนั้น วัตถุดิบที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตโลหะหายากจึงเป็นคลอไรด์และฟลูออไรด์

(1) วิธีการอิเล็กโทรไลซิสเกลือหลอมเหลว

การผลิตโลหะหายากผสมจำนวนมากในอุตสาหกรรมโดยทั่วไปจะใช้กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสด้วยเกลือหลอมเหลว วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนและการหลอมละลายสารประกอบโลหะหายาก เช่น คลอไรด์ของโลหะหายาก จากนั้นจึงใช้ไฟฟ้าเพื่อตกตะกอนโลหะหายากบนแคโทด วิธีการอิเล็กโทรไลซิสมีสองวิธี ได้แก่ อิเล็กโทรไลซิสคลอไรด์และอิเล็กโทรไลซิสออกไซด์ วิธีการเตรียมโลหะหายากชนิดเดียวจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับธาตุ ซาแมเรียม ยูโรเพียม อิตเทอร์เบียม และทูเลียมไม่เหมาะสำหรับการเตรียมด้วยไฟฟ้าเนื่องจากมีแรงดันไอสูง และจะต้องเตรียมโดยใช้วิธีการกลั่นแบบรีดักชันแทน ธาตุอื่นๆ สามารถเตรียมได้โดยใช้ไฟฟ้าหรือวิธีการรีดักชันโลหะด้วยความร้อน

การแยกด้วยไฟฟ้าด้วยคลอไรด์เป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุดในการผลิตโลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโลหะผสมของแร่ธาตุหายาก กระบวนการนี้ง่าย คุ้มต้นทุน และต้องใช้การลงทุนเพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดคือการปล่อยก๊าซคลอรีนซึ่งก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม

การแยกด้วยไฟฟ้าออกไซด์จะไม่ปล่อยก๊าซที่เป็นอันตรายออกมา แต่ต้นทุนจะสูงกว่าเล็กน้อย โดยทั่วไปแล้ว แร่หายากชนิดเดียวที่มีราคาสูง เช่น นีโอดิเมียมและเพรซีโอดิเมียม มักผลิตขึ้นโดยใช้การแยกด้วยไฟฟ้าออกไซด์

(2) วิธีการลดความร้อนสูญญากาศ

วิธีการอิเล็กโทรไลซิสสามารถเตรียมโลหะหายากระดับอุตสาหกรรมทั่วไปได้เท่านั้น โดยทั่วไปแล้ว การเตรียมโลหะที่มีสิ่งเจือปนต่ำและความบริสุทธิ์สูง จะใช้กระบวนการลดความร้อนสูญญากาศ โดยทั่วไป ออกไซด์ของโลหะหายากจะถูกทำให้เป็นฟลูออไรด์ของโลหะหายากก่อน จากนั้นจึงถูกทำให้ลดลงด้วยแคลเซียมของโลหะในเตาเหนี่ยวนำสูญญากาศเพื่อให้ได้โลหะดิบ จากนั้นจึงหลอมใหม่และกลั่นเพื่อให้ได้โลหะที่บริสุทธิ์ยิ่งขึ้น วิธีนี้สามารถผลิตโลหะหายากชนิดเดียวได้ แต่ไม่สามารถใช้ซาแมเรียม ยูโรเพียม อิตเทอร์เบียม และทูเลียมได้

ศักย์รีดักชันออกซิเดชันของซาแมเรียม, ยูโรเพียม, อิตเทอร์เบียม, ทูเลียมและแคลเซียมลดปริมาณฟลูออไรด์ของธาตุหายากได้เพียงบางส่วนเท่านั้น โดยทั่วไป โลหะเหล่านี้จะถูกเตรียมโดยใช้หลักการของความดันไอสูงของโลหะเหล่านี้และความดันไอต่ำของโลหะแลนทานัม การผสมและการอัดก้อนออกไซด์ของธาตุหายากทั้งสี่ชนิดนี้กับเศษโลหะแลนทานัม และทำให้ลดลงในเตาสูญญากาศ.แลนทานัมก็มีกิจกรรมค่อนข้างมากซาแมเรียม ยูโรเพียม อิตเทอร์เบียม และทูเลียมจะถูกทำให้ลดลงโดยแลนทานัมจนกลายเป็นทองคำและถูกเก็บรวบรวมไว้ที่คอนเดนเซอร์ซึ่งแยกออกจากตะกรันได้ง่าย

笔记