Méthode de préparation des terres rares - Purification
Les 16 éléments des terres rares, à l’exception du Pm, peuvent être purifiés à une pureté de 6N (99,9999%). Il est relativement compliqué et difficile dans le processus chimique de séparer et d’extraire des éléments de terres rares purs uniques des composés de terres rares mélangés obtenus après la décomposition des concentrés de terres rares. Il y a deux raisons principales. Premièrement, les propriétés physiques et chimiques des éléments lanthanides sont très similaires, et la plupart des ions de terres rares ont un rayon entre deux éléments adjacents, qui sont très similaires, et sont des états trivalents stables dans les solutions aqueuses. Les ions de terres rares ont une grande affinité avec l’eau, et parce qu’ils sont protégés par des hydrates, leurs propriétés chimiques sont très similaires, de sorte que la séparation et la purification sont extrêmement difficiles. La seconde est que les composés mixtes de terres rares obtenus après la décomposition de concentrés de terres rares contiennent de nombreux éléments d’impureté (tels que l’uranium, le thorium, le niobium, le tantale, le titane, le zirconium, le fer, le calcium, le silicium, le fluor, le phosphore, etc.). Par conséquent, dans le processus de séparation des éléments des terres rares, il faut tenir compte non seulement de la séparation de ces dizaines d’éléments de terres rares ayant des propriétés chimiques extrêmement similaires, mais également de la séparation entre les éléments de terres rares et les éléments d’impureté qui les accompagnent.
matériel de production
Les métaux des terres rares sont généralement divisés en métaux des terres rares mélangés et en métaux des terres rares simples. La composition du métal de terres rares mélangé est proche de la composition originale de terres rares dans le minerai, et le métal unique est le métal séparé et raffiné de chaque terre rare. Les oxydes de terres rares (à l’exception des oxydes de samarium, d’europium, d’ytterbium et de thulium) sont difficiles à réduire en un seul métal par des méthodes métallurgiques générales en raison de leur grande chaleur de formation et de leur grande stabilité. Par conséquent, les matières premières courantes d’aujourd’hui pour la production de métaux des terres rares sont leurs chlorures et fluorures.
Électrolyse des sels fondus
La production industrielle de masse de métaux mixtes de terres rares utilise généralement l’électrolyse des sels fondus. Cette méthode consiste à chauffer et à faire fondre des composés de terres rares tels que les chlorures de terres rares, puis à effectuer une électrolyse pour précipiter les métaux des terres rares sur la cathode. Il existe deux méthodes d’électrolyse: l’électrolyse au chlorure et l’électrolyse à l’oxyde. Les méthodes de préparation des métaux des terres rares uniques varient d’un élément à l’autre. Le samarium, l’europium, l’ytterbium et le thulium ne conviennent pas à la préparation électrolytique en raison de leur pression de vapeur élevée, et la distillation de réduction est utilisée à la place. D’autres éléments peuvent être préparés par électrolyse ou réduction métallothermique.
L’électrolyse du chlorure est la méthode la plus courante pour produire des métaux, en particulier pour les métaux de terres rares mélangés avec un processus simple, à faible coût et à faible investissement, mais le plus grand inconvénient est la libération de chlore gazeux, qui pollue l’environnement.
L’électrolyse des oxydes n’émet pas de gaz nocifs, mais le coût est légèrement plus élevé. Généralement, les terres rares uniques avec des prix de production plus élevés, comme le néodyme et le praséodyme, sont électrolysées par des oxydes.
Réduction du vide
La méthode d’électrolyse ne peut préparer que des métaux de terres rares de qualité industrielle générale. Si vous souhaitez préparer des métaux avec de faibles impuretés et une grande pureté, la réduction thermique sous vide est généralement utilisée pour les préparer. Généralement, les oxydes de terres rares sont d’abord transformés en fluorures de terres rares, qui sont réduits avec du calcium métallique dans un four à induction sous vide pour obtenir des métaux bruts, puis refondus et distillés pour obtenir des métaux plus purs. Cette méthode peut produire tous les métaux des terres rares, mais le samarium, l’europium, l’ytterbium et le thulium ne peuvent pas être utilisés de cette manière. Les potentiels redox du samarium, de l’europium, de l’ytterbium, du thulium et du calcium ne réduisent que partiellement les fluorures de terres rares. Généralement, ces métaux sont préparés en utilisant le principe de la pression de vapeur élevée de ces métaux et de la faible pression de vapeur du métal lanthane. Les oxydes de ces quatre terres rares sont mélangés avec des débris de lanthane, puis réduits dans un four à vide. La comparaison du lanthane actif, du samarium, de l’europium, de l’ytterbium, du thulium est réduite en métal par le lanthane et recueillie sur la condensation, qui est facilement séparée du laitier.