Mètode de preparació de metalls de terra rara d’alta puresa
La terra rara és un terme general per a 17 elements metàl·lics que inclouen elements de lantànids, Scandium i Yttrium a la taula periòdica. A causa de les propietats similars entre elements, el procés de separació i purificació és complicat i no és fàcil obtenir un únic producte de terra rara.
Els metalls de terra rara d’alta puresa es poden utilitzar com a materials magnètics, materials funcionals òptics, materials catalítics, objectius de putografia, etc., i es converteixen en circuits integrats, sensors, memòria, dispositius de visualització optoelectrònica i altres productes. S’utilitzen àmpliament en electrònica, comunicacions, pantalles de cristall líquid, nous vehicles energètics, equipament industrial, enginyeria marina, aeroespacial i altres camps.
Amb l’aprofundiment continu de la investigació sobre l’aplicació de metalls de terres rares, els requisits per a la puresa dels metalls de la terra rara són cada cop més alts. Actualment, els principals mètodes de preparació dels metalls de terra rara d’alta puresa són la fusió del buit, la destil·lació de buit, l’electròlisi sòlida, la fusió de la zona, etc.
(1) Mètode de fusió al buit
Els metalls de terra rara amb baixa pressió de vapor, com ara escandi, yttrium, lanthanum, ceri, praseodimi, neodimi, gadolinium, terbium i lutetium, es fonen i es purifiquen en un grau de buit superior a 1,33 × {{2} pa i una temperatura més alta que el punt de fusió del metall per 200 ~ 1000 graus. En aquest cas, es poden destil·lar impureses amb alta pressió de vapor, com ara metalls alcalins, metalls terrestres alcalins, fluorurs i òxids de baix valor, però l’efecte d’eliminació de les impureses amb punts d’ebullició alts com el tàntal, el ferro, el vanadi i el crom és pobre. La fusió del buit és eficaç per eliminar les impureses amb alta pressió de vapor (F, Ca, Mg, etc.) de la majoria de metalls de terra rara. Generalment, l’arc elèctric o el feix d’electrons o el forn d’inducció s’utilitza una remeltament de calefacció en condicions de buit.
(2) Mètode de destil·lació al buit
L’essència de la tecnologia de destil·lació de buit és la destil·lació-sed-sublimation, que utilitza la diferència en la pressió de vapor de cada element per purificar els metalls de la terra rara en condicions de buit. Aquest mètode requereix una gran pressió de vapor per a la purificació de metalls per obtenir una destil·lació pràctica o una velocitat de sublimació, i s’ha de dur a terme a una temperatura inferior a la temperatura de co-destil·lació o sublimació dels seus òxids. S'utilitza principalment per a la purificació de metalls de terra rara pesada.
Yttrium, gadolinium, terbium i lutetium es destil·len i es purifiquen a un grau de buit de 1,33 × 10- ⁴ ~ 1 .33 × 10- ⁷ pa i una temperatura de 1600 ~ 1725 graus i scandium, disprosium , Holmium, Erbium, Thulium, Samari, Europium i Ytterbium es destil·len i es purifiquen a 1550 ~ 1650 graus. En aquestes condicions, les impureses metàl·liques amb baixa pressió de vapor com el tàntal i el tungstè i els compostos que contenen carboni, nitrogen i oxigen romandran al gresol. Aquest mètode s’utilitza sovint conjuntament amb la fusió del buit.
(3) Mètode d’electròlisi d’estat sòlid
El mètode d’electròlisi d’estat sòlid, també conegut com a mètode d’electromigració d’estat sòlid, es refereix a la migració d’impureses en metalls de terres rares sota l’acció d’un camp elèctric de corrent directe, especialment a prop del punt de fusió del metall, on la mobilitat és alta. A causa de les diferències en la càrrega efectiva i el coeficient de difusió de cada element de impuresa, la direcció i la mobilitat de migració de cada element també són diferents.
Una vareta de metall de terra rara es passa per corrent directe en un buit ultra alt o amb una atmosfera inerta i es manté a 100-200 grau inferior al punt de fusió del metall durant 1-3 setmanes. Sota l’acció de camp elèctric d’alta temperatura i corrent directe, s’enriqueixen diversos elements de impuresa al llarg de la barra de prova fins als dos extrems a causa de la seva càrrega efectiva, el coeficient de difusió i la mobilitat. Talleu els dos extrems de la barra de prova i la secció mitjana es pot purificar de nou mitjançant electromigració. Al laboratori, el mètode d’electromigració s’utilitza per purificar Lanthanum, Cerium, Praseodymium, Neodymium, Gadolinium, Terbium, Yttrium i Lutetium, i l’efecte d’eliminar les afeccions com el carboni, l’oxigen i el nitrogen és destacable.
L’equip utilitzat en el mètode d’electròlisi d’estat sòlid és relativament senzill i pot eliminar eficaçment les impureses intersticials amb una càrrega efectiva negativa en metalls de terres rares, com les impureses de gas i les impureses no metàl·liques. També té un bon efecte d’eliminació sobre les impureses metàl·liques. Tot i això, aquest mètode té els desavantatges del cicle de purificació llarg, el baix rendiment i el consum elevat d’energia.
(4) Mètode de fusió de la zona
Les barres de metall de terra rara es fonen en diverses ocasions en una zona que es fon en un forn a una velocitat molt lenta (com ara 0. 4mm/min en purificar el yttrium). Té un efecte significatiu en l’eliminació d’impureses metàl·liques com el ferro, l’alumini, el magnesi, el coure i el níquel, però és ineficaç per a l’oxigen, el nitrogen, el carboni i l’hidrogen. A més, el refinament electrolític i el mètode combinat per a l'electromigració de la zona per purificar les terres rares també tenen un cert efecte.
A més, hi ha altres mètodes, com ara el mètode d’extracció de sal fos i el mètode de recristalització de recristalització de l’arc. El mètode d’extracció de sal fos canvia la relació d’elements d’impuresa contactant amb els metalls de la terra rara amb sal fos a alta temperatura, de manera que les impureses entren a la sal fos, aconseguint així la finalitat de purificació. El mètode de recristalització de recristalització de l'arc de l'arc escalfa la mostra en un forn d'arc i la recupera a una temperatura lleugerament inferior al punt de fusió de la mostra per cultivar grans i millorar la puresa.
Des de la seva creació el 1958, HNRE ha realitzat investigacions en profunditat i disposició industrial de metalls de terra rara d’alta puresa. HNRE es troba al nivell principal del món en l'extracció, la purificació i el desenvolupament de materials d'aplicació de metalls de terra rara d'alta puresa. Gaudint de la reputació de "rei d'escandium al món".