희토류 - 정제의 제조 방법

Pm을 제외한 모든 16개의 희토류 원소는 6N(99.9999%) 순도로 정제할 수 있습니다. 희토류 농축물을 분해하여 얻은 혼합 희토류 화합물에서 단일의 순수한 희토류 원소를 분리 추출하는 것은 화학 공정이 비교적 복잡하고 어렵습니다. 두 가지 주요 이유가 있습니다. 첫째, 란탄족 원소의 물리적, 화학적 성질은 매우 유사하며 대부분의 희토류 이온은 인접한 두 원소 사이의 반경을 가지며 매우 유사하며 수용액에서 안정적인 3가 상태입니다. 희토류 이온은 물과의 친화력이 높으며, 수화물로 보호되기 때문에 화학적 성질이 매우 유사하여 분리 및 정제가 극히 어렵다. 두 번째는 희토류 정광을 분해하여 얻은 혼합 희토류 화합물은 많은 불순물 원소(우라늄, 토륨, 니오븀, 탄탈륨, 티타늄, 지르코늄, 철, 칼슘, 규소, 불소, 인 등)를 수반한다는 것입니다. . 따라서 희토류 원소를 분리하는 과정에서는 화학적 성질이 매우 유사한 이들 12가지 희토류 원소의 분리뿐만 아니라 희토류 원소와 이에 수반되는 불순물 원소의 분리도 고려해야 한다.

생산 재료

희토류 금속은 일반적으로 혼합 희토류 금속과 단일 희토류 금속으로 나뉩니다. 혼합 희토류 금속의 조성은 광석의 원래 희토류 조성에 가깝고 단일 금속은 각 희토류에서 분리 정제 된 금속입니다. 희토류 산화물(사마륨, 유로퓸, 이테르븀, 산화툴륨 제외)은 생성열이 크고 안정성이 높기 때문에 일반적인 야금법으로 단일 금속으로 환원되기 어렵습니다. 따라서 오늘날 희토류 금속 생산을 위한 일반적인 원료는 염화물과 불화물입니다.

용융염 전기분해

혼합 희토류 금속의 산업적 대량 생산은 일반적으로 용융염 전기분해를 사용합니다. 희토류 염화물과 같은 희토류 화합물을 가열 용융한 후 전기분해하여 음극에 희토류 금속을 석출시키는 방법이다. 전기분해에는 염화물 전기분해와 산화물 전기분해의 두 가지 방법이 있습니다. 단일 희토류 금속의 제조 방법은 원소마다 다릅니다. 사마륨, 유로퓸, 이테르븀, 툴륨은 증기압이 높기 때문에 전해 준비에 적합하지 않으며 대신 환원 증류가 사용됩니다. 다른 요소는 전기분해 또는 금속열 환원에 의해 준비될 수 있습니다.

염화물 전기 분해는 금속, 특히 혼합 희토류 금속의 경우 공정이 간단하고 비용이 저렴하며 투자가 적은 금속을 생산하는 가장 일반적인 방법이지만 가장 큰 단점은 환경을 오염시키는 염소 가스의 방출입니다.

산화물 전기분해는 유해한 가스를 방출하지 않지만 비용은 약간 더 높습니다. 일반적으로 네오디뮴, 프라세오디뮴 등 생산단가가 높은 단일 희토류는 산화물에 의해 전기분해된다.

진공 감소

전기분해법은 일반 산업 등급의 희토류 금속만 제조할 수 있습니다. 불순물이 적고 순도가 높은 금속을 준비하려면 일반적으로 진공 열 환원을 사용하여 준비합니다. 일반적으로 희토류 산화물은 먼저 희토류 불화물로 만들어지고 진공 유도로에서 금속 칼슘으로 환원되어 조 금속을 얻은 다음 재용해 증류되어 더 순수한 금속을 얻습니다. 이 방법은 단일 희토류 금속을 모두 생산할 수 있지만 사마륨, 유로퓸, 이테르븀, 툴륨은 이 방법으로 사용할 수 없습니다. 사마륨, 유로퓸, 이테르븀, 툴륨 및 칼슘의 산화환원 전위는 희토류 불화물을 부분적으로만 환원합니다. 일반적으로 이들 금속은 이들 금속의 높은 증기압과 란탄 금속의 낮은 증기압의 원리를 이용하여 제조된다. 이 4가지 희토류의 산화물은 란탄 금속 스크랩과 혼합된 다음 진공로에서 환원됩니다. 란타늄의 비교 활성, 사마륨, 유로퓸, 이테르븀, 툴륨은 란탄에 의해 금속으로 환원되고, 슬래그에서 쉽게 분리되는 결로에 포집된다.