Način pripreme visoke čistoće rijetke zemlje metala
Rijetka zemlja je opći pojam za 17 metalnih elemenata, uključujući elemente lantanida, skandij i ytrium u periodičnoj tablici. Zbog sličnih svojstava između elemenata, postupak odvajanja i pročišćavanja je kompliciran i nije lako dobiti jedan proizvod rijetkih zemalja.
Visoko čistoće rijetkih metala Zemlje mogu se koristiti kao magnetski materijali, optički funkcionalni materijali, katalitički materijali, ciljevi prskanja itd., I pretvoreni u integrirane krugove, senzore, memoriju, uređaje za optoelektroničke prikaze i druge proizvode. Naširoko se koriste u elektronici, komunikacijama, prikazima tekućeg kristala, novim energetskim vozilima, industrijskoj opremi, morskom inženjerstvu, zrakoplovnim i drugim poljima.
Uz kontinuirano produbljivanje istraživanja o primjeni metala rijetkih zemalja, zahtjevi za čistoćom metala rijetke zemlje postaju sve veći i viši. Trenutno su glavne metode pripreme visoke čistoće rijetkih zemaljskih metala vakuum taljenje, vakuumska destilacija, čvrsta elektroliza, taljenje zona, itd.
(1) Metoda otapanja vakuuma
Rijetki zemaljski metali s niskim tlakom pare, kao što su skandij, ytrium, lanthanum, cerium, praseodimium, neodimium, gadolinium, terbium i lutetium, top se i pročišćavaju u vakuumskom stupnju većim od 1,33 × 10-4 pa i a temperature više od tališta metala za 200 ~ 1000 stupnjeva. U ovom se slučaju, nečistoće s visokim tlakom pare, poput alkalnih metala, metala alkalnih zemalja, fluorida i nisko-valentnih oksida, mogu destilirati, ali učinak uklanjanja nečistoća s visokim topovima ključanja poput tantaluma, željeza, vanadija i kromama je siromašan. Vakuumsko topljenje učinkovito je za uklanjanje nečistoća s visokim tlakom pare (F, CA, MG itd.) Iz većine rijetkih metala Zemlje. Općenito, u vakuumskim uvjetima koristi se općenito električni luk ili elektronski snop ili indukcijska peć za grijanje.
(2) Metoda destilacije vakuuma
Suština tehnologije destilacije vakuum je destilacijska sublimacija, koja koristi razliku u tlaku pare svakog elementa za pročišćavanje rijetkih metala Zemlje u uvjetima vakuuma. Ova metoda zahtijeva veliki tlak pare za pročišćavanje metala kako bi se dobila praktična brzina destilacije ili sublimacije, a mora se provesti na temperaturi nižoj od temperature ko-destilacije ili sublimacije njegovih oksida. Uglavnom se koristi za pročišćavanje teških metala rijetke zemlje.
Ytrium, Gadolinium, Terbium i Luterium destilirani su i pročišćeni po stupnju vakuuma od 1,33 × 10- ⁴ ~ 1 .33 × 10- ⁷ PA i temperatura od 1600 ~ 1725 stupnjeva, i Skandium, Dysprosium , Holmium, Erbium, Thulium, Samarium, Europium i Ytterbium su destilirani i pročišćeni na 1550 ~ 1650 stupnjeva. U takvim uvjetima, metalne nečistoće s niskim tlakom pare, poput tantala i volframa, a spojevi koji sadrže ugljik, dušik i kisik ostat će u loncu. Ova se metoda često koristi u kombinaciji s vakuumom.
(3) Metoda elektrolize u čvrstom stanju
Metoda elektrolize u čvrstom stanju, poznata i kao metoda elektromigracije čvrstog stanja, odnosi se na migraciju nečistoća u rijetkim metalima Zemlje pod djelovanjem električnog polja izravne struje, posebno u blizini tališta metala, gdje je pokretljivost visoka. Zbog razlika u efektivnom koeficijentu naboja i difuzije svakog elementa nečistoće, smjer migracije i pokretljivost svakog elementa također su različiti.
Rijetka zemaljska metalna šipka prolazi kroz izravnu struju u ultra-visokom vakuumu ili inertnoj atmosferi i održava se na 100-200 stupnju nižom od tališta metala za 1-3 tjedana. Pod djelovanjem električnog polja visoke temperature i izravne struje, različiti elementi nečistoće obogaćuju se duž ispitne šipke na oba kraja zbog različitog efektivnog naboja, difuzijskog koeficijenta i mobilnosti. Odrežite dva kraja ispitne šipke, a srednji dio može se ponovo pročistiti elektromigracijom. U laboratoriju se metoda elektromigracije koristi za pročišćavanje lantana, cerij, praseodimija, neodimija, gadolinija, terbija, ytrija i lutecija, te učinak uklanjanja nečistoća poput ugljika, kisika i dušika je izvanredan.
Oprema koja se koristi u metodi elektrolize čvrstog stanja relativno je jednostavna i može učinkovito ukloniti intersticijske nečistoće s negativnim učinkovitim nabojem u rijetkim metalima Zemlje, poput nečistoća plina i nemetalnih nečistoća. Također ima dobar učinak uklanjanja na metalne nečistoće. Međutim, ova metoda ima nedostatke ciklusa dugog pročišćavanja, niskog prinosa i visoke potrošnje energije.
(4) Metoda topljenja zona
Rijetke zemaljske metalne šipke zona su se više puta rastopile u peći za topljenje zona vrlo sporom brzinom (poput 0. 4 mm/min prilikom pročišćavanja ytrium). Ima značajan učinak na uklanjanje metalnih nečistoća poput željeza, aluminija, magnezija, bakra i nikla, ali nije učinkovit za kisik, dušik, ugljik i vodik. Pored toga, metoda kombinirane elektrolitičke rafiniranja i rastopljenja zona kombinirana metoda za pročišćavanje rijetkih zemalja također imaju određeni učinak.
Pored toga, postoje neke druge metode, kao što su metoda ekstrakcije rastaljene soli i metoda rekristalizacije rastopljenja luka. Metoda rastaljenog ekstrakcije soli mijenja omjer elemenata nečistoće kontaktirajući rijetke metale zemalja s rastopljenom soli na visokoj temperaturi, tako da nečistoće ulaze u rastopljenu sol, postižući tako svrhu pročišćavanja. Metoda rekristalizacije žarenja za topljenje luka zagrijava uzorak u lučnoj peći i žali ga na temperaturi nešto nižoj od tališta uzorka za uzgoj zrna i poboljšanje čistoće.
Otkako je utvrđen 1958. godine, HNRE je proveo dubinsko istraživanje i industrijski izgled metala visoke čistoće rijetke zemlje. HNRE je na vodećoj svjetskoj razini u razvoju materijala za ekstrakciju, pročišćavanje i primjenu materijala visoke čistoće. Uživajući u reputaciji "kralja skandijuma u svijetu".