تهیه فلزات کمیاب خاکی

تهیه فلزات کمیاب خاکی

تولید فلزات خاکی کمیاب به عنوان تولید پیرومتالورژی خاکی کمیاب نیز شناخته می شود.فلزات خاکی کمیاببه طور کلی به فلزات خاکی کمیاب مخلوط و فلزات خاکی کمیاب منفرد تقسیم می شوند. ترکیب فلزات خاکی کمیاب مخلوط مشابه ترکیب اولیه خاکی کمیاب در سنگ معدن است و یک فلز منفرد فلزی است که از هر خاک کمیاب جدا و تصفیه شده است. کاهش اکسیدهای خاکی کمیاب (به استثنای اکسیدهای ساماریوم، یوروپیوم، ایتربیوم و تولیوم) به یک فلز با استفاده از روش‌های متالورژی عمومی، به دلیل حرارت زیاد تشکیل و پایداری بالا، دشوار است. بنابراین، مواد اولیه متداول برای تولید فلزات کمیاب خاکی، کلریدها و فلوراید آنها هستند.

(1) روش الکترولیز نمک مذاب

تولید انبوه فلزات خاکی کمیاب مخلوط در صنعت عموماً از روش الکترولیز نمک مذاب استفاده می کند. این روش شامل حرارت دادن و ذوب ترکیبات خاکی کمیاب مانند کلریدهای خاکی کمیاب و سپس الکترولیز برای رسوب فلزات خاکی کمیاب بر روی کاتد است. دو روش الکترولیز وجود دارد: الکترولیز کلرید و الکترولیز اکسید. روش تهیه یک فلز خاکی کمیاب بسته به عنصر متفاوت است. ساماریم، یوروپیوم، ایتربیوم و تولیوم به دلیل فشار بخار زیاد برای تهیه الکترولیتی مناسب نیستند و در عوض با روش تقطیر احیا تهیه می شوند. سایر عناصر را می توان با روش الکترولیز یا احیای حرارتی فلز تهیه کرد.

الکترولیز کلرید رایج ترین روش برای تولید فلزات به ویژه برای فلزات خاکی کمیاب مخلوط است. این فرآیند ساده، مقرون به صرفه است و نیاز به حداقل سرمایه گذاری دارد. با این حال بزرگترین ایراد آن انتشار گاز کلر است که باعث آلودگی محیط زیست می شود.

الکترولیز اکسید گازهای مضر آزاد نمی کند، اما هزینه آن کمی بالاتر است. به طور کلی، خاک های کمیاب تکی با قیمت بالا مانند نئودیمیم و پرازئودیمیم با استفاده از الکترولیز اکسید تولید می شوند.

(2) روش کاهش حرارتی خلاء

روش الکترولیز فقط می تواند فلزات خاکی کمیاب درجه صنعتی عمومی را تهیه کند. برای تهیه فلزات با ناخالصی کم و خلوص بالا عموماً از روش احیای حرارتی خلاء استفاده می شود. به طور کلی، اکسیدهای خاکی کمیاب ابتدا به فلوراید خاکی کمیاب تبدیل می شوند که با کلسیم فلزی در کوره القایی خلاء برای بدست آوردن فلزات خام احیا می شود. سپس آنها را دوباره ذوب و تقطیر می کنند تا فلزات خالص تری بدست آید. این روش می تواند تمام فلزات خاکی کمیاب منفرد را تولید کند، اما ساماریم، یوروپیوم، ایتربیوم و تولیوم را نمی توان استفاده کرد.

پتانسیل کاهش اکسیداسیونساماریوم، یوروپیوم، ایتربیوم، تولیومو کلسیم فقط تا حدی فلوراید خاکی کمیاب را کاهش داد. عموماً این فلزات با استفاده از اصل فشار بخار زیاد این فلزات و فشار بخار کم فلزات لانتانیم، مخلوط کردن و بریکت کردن اکسیدهای این چهار خاکی کمیاب با بقایای فلزات لانتانیم و احیای آنها در کوره خلاء تهیه می‌شوند.. لانتانیمنسبتا فعال است.ساماریوم، یوروپیوم، ایتربیوم و تولیومتوسط لانتانیم به طلا تبدیل می شوند و روی کندانسور جمع می شوند که به راحتی از سرباره جدا می شود.

笔记