レアアースの製造方法 - 浄化

Pmを除く16個の希土類元素はすべて、6N(99.9999%)純度まで精製することができる。希土類濃縮物の分解後に得られた混合希土類化合物から単一の純粋な希土類元素を分離および抽出することは、化学プロセスにおいて比較的複雑で困難である。主な理由は2つあります。第1に、ランタノイド元素の物理的および化学的性質は非常に類似しており、ほとんどの希土類イオンは、非常に類似している2つの隣接する元素間の半径を有し、水溶液中で安定な3価の状態である。希土類イオンは水との親和性が高く、水和物で保護されているため、化学的性質が非常に似ているため、分離精製が非常に困難です。第2に、希土類濃縮物の分解後に得られる混合希土類化合物には、不純物元素(ウラン、トリウム、ニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム、鉄、カルシウム、ケイ素、フッ素、リンなど)が多く含まれていることである。したがって、希土類元素を分離する過程では、極めて類似した化学的性質を有するこれらの数十個の希土類元素の分離だけでなく、希土類元素とそれに付随する不純物元素との分離も考慮しなければならない。

生産材料

希土類金属は、一般に、混合希土類金属と単一希土類金属に分けられる。混合希土類金属の組成は鉱石中の元の希土類組成に近く、単一金属は各希土類から分離精製された金属である。希土類酸化物(サマリウム、ユーロピウム、イッテルビウムおよび酸化ツリウムを除く)は、その大きな形成熱および高い安定性のために、一般的な冶金学的方法によって単一の金属に還元することは困難である。したがって、希土類金属を製造するための今日の一般的な原料は、それらの塩化物およびフッ化物である。

溶融塩電解

混合希土類金属の工業的大量生産は、一般に溶融塩電解を使用する。この方法は、希土類塩化物などの希土類化合物を加熱溶融した後、電解を行い、陰極上に希土類金属を析出させる方法である。電解には、塩化物電解と酸化物電解の2つの方法があります。単一の希土類金属の調製方法は元素によって異なる。サマリウム、ユーロピウム、イッテルビウム、ツリウムは蒸気圧が高いため電解調製には適さず、代わりに還元蒸留が使用されます。他の元素は、電気分解または金属発熱還元によって調製することができる。

塩化物電解は、特に簡単なプロセス、低コスト、少額の投資で混合希土類金属用の金属を製造する最も一般的な方法ですが、最大の欠点は塩素ガスの放出であり、環境を汚染します。

酸化物電解は有害なガスを放出しませんが、コストはわずかに高くなります。一般に、ネオジムやプラセオジムなどの生産価格の高い単一の希土類は、酸化物によって電気分解されます。

真空削減

電解法では、一般工業グレードの希土類金属しか製造できません。不純物が少なく純度の高い金属を調製する場合は、一般に真空熱還元を使用して調製します。一般に、希土類酸化物は、まず希土類フッ化物にされ、真空誘導炉で金属カルシウムで還元されて粗金属を得、次いで再溶解および蒸留されてより純粋な金属を得る。この方法では、すべての単一の希土類金属を製造することができますが、サマリウム、ユーロピウム、イッテルビウム、ツリウムはこのように使用することはできません。サマリウム、ユーロピウム、イッテルビウム、ツリウム、カルシウムの酸化還元電位は、希土類フッ化物を部分的にしか減少させない。一般に、これらの金属は、これらの金属の蒸気圧が高く、ランタン金属の蒸気圧が低いという原理を用いて製造される。これら4つの希土類の酸化物は、ランタン金属スクラップと混合され、真空炉で還元されます。ランタン活性の比較では、サマリウム、ユーロピウム、イッテルビウム、ツリウムはランタンによって金属に還元され、凝縮時に収集され、スラグから容易に分離される。