การเตรียมโลหะหายาก

การเตรียมโลหะหายาก

การผลิตโลหะแรร์เอิร์ธเรียกอีกอย่างว่าการผลิตไพโรโลหะวิทยาของแรร์เอิร์ธโลหะหายากของโลกโดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นโลหะแรร์เอิร์ธผสมและโลหะแรร์เอิร์ธเดี่ยว องค์ประกอบของโลหะแรร์เอิร์ธแบบผสมนั้นคล้ายคลึงกับองค์ประกอบของแรร์เอิร์ธดั้งเดิมในแร่ และโลหะชนิดเดียวก็คือโลหะที่แยกและกลั่นจากแรร์เอิร์ธแต่ละชนิด เป็นการยากที่จะลดออกไซด์ของแรร์เอิร์ธ (ยกเว้นออกไซด์ของซาแมเรียม ยูโรเพียม อิตเทอร์เบียม และทูเลียม) ให้เป็นโลหะเดี่ยวโดยใช้วิธีโลหะวิทยาทั่วไป เนื่องจากมีความร้อนสูงในการก่อตัวและมีเสถียรภาพสูง ดังนั้นวัตถุดิบที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตโลหะหายากคือคลอไรด์และฟลูออไรด์

(1) วิธีอิเล็กโทรลิซิสเกลือหลอมเหลว

โดยทั่วไปการผลิตโลหะหายากผสมในปริมาณมากในอุตสาหกรรมจะใช้วิธีการอิเล็กโทรไลซิสด้วยเกลือหลอมเหลว วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนและการละลายสารประกอบของธาตุหายาก เช่น คลอไรด์ของธาตุหายาก จากนั้นจึงแยกสลายด้วยไฟฟ้าเพื่อตกตะกอนโลหะของธาตุหายากบนแคโทด อิเล็กโทรไลซิสมีสองวิธี: อิเล็กโทรไลซิสคลอไรด์และอิเล็กโทรไลซิสออกไซด์ วิธีการเตรียมโลหะหายากชนิดเดียวจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ ซาแมเรียม ยูโรเพียม อิตเทอร์เบียม และทูเลียม ไม่เหมาะสำหรับการเตรียมอิเล็กโทรไลต์เนื่องจากมีความดันไอสูง แต่เตรียมโดยใช้วิธีการกลั่นแบบรีดิวซ์แทน องค์ประกอบอื่นๆ สามารถเตรียมได้โดยอิเล็กโทรไลซิสหรือวิธีการลดความร้อนของโลหะ

การแยกเกลือด้วยไฟฟ้าด้วยคลอไรด์เป็นวิธีการที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตโลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโลหะหายากแบบผสม กระบวนการนี้ง่าย คุ้มค่า และต้องใช้เงินลงทุนเพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ข้อเสียเปรียบที่ใหญ่ที่สุดคือการปล่อยก๊าซคลอรีนซึ่งก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม

อิเล็กโทรลิซิสออกไซด์ไม่ปล่อยก๊าซที่เป็นอันตราย แต่ต้นทุนจะสูงกว่าเล็กน้อย โดยทั่วไปแล้ว ธาตุหายากเดี่ยวที่มีราคาสูง เช่น นีโอไดเมียมและเพราซีโอดิเมียมนั้นผลิตขึ้นโดยใช้อิเล็กโทรลิซิสออกไซด์

(2) วิธีการลดความร้อนแบบสุญญากาศ

วิธีการอิเล็กโทรลิซิสสามารถเตรียมได้เฉพาะโลหะหายากเกรดอุตสาหกรรมทั่วไปเท่านั้น ในการเตรียมโลหะที่มีความเจือปนต่ำและมีความบริสุทธิ์สูง โดยทั่วไปจะใช้วิธีการลดความร้อนแบบสุญญากาศ โดยทั่วไป ออกไซด์ของธาตุหายากจะถูกสร้างเป็นฟลูออไรด์ของธาตุหายาก ซึ่งจะถูกรีดิวซ์ด้วยแคลเซียมของโลหะในเตาเหนี่ยวนำสุญญากาศเพื่อให้ได้โลหะดิบ จากนั้นนำไปหลอมใหม่และกลั่นเพื่อให้ได้โลหะที่บริสุทธิ์ยิ่งขึ้น วิธีนี้สามารถผลิตโลหะหายากเอิร์ธได้ทั้งหมด แต่ไม่สามารถใช้ซาแมเรียม ยูโรเพียม อิตเทอร์เบียม และทูเลียมได้

ศักยภาพในการลดการเกิดออกซิเดชันของซาแมเรียม, ยูโรเพียม, อิตเทอร์เบียม, ทูเลียมและแคลเซียมสามารถลดฟลูออไรด์ของธาตุหายากได้เพียงบางส่วนเท่านั้น โดยทั่วไป โลหะเหล่านี้เตรียมโดยใช้หลักการของความดันไอสูงของโลหะเหล่านี้และความดันไอต่ำของโลหะแลนทานัม การผสมและการอัดก้อนออกไซด์ของธาตุหายากทั้งสี่ชนิดนี้ด้วยเศษของโลหะแลนทานัม และรีดิวซ์พวกมันในเตาสุญญากาศ- แลนทานัมค่อนข้างกระตือรือร้นซาแมเรียม ยูโรเพียม อิตเทอร์เบียม และทูเลียมจะถูกรีดิวซ์ด้วยแลนทานัมเป็นทองคำและสะสมอยู่บนคอนเดนเซอร์ ซึ่งแยกออกจากตะกรันได้ง่าย

笔记