Содержание

Введение………………………………………………………………….3

Методы разделения редкоземельных элементов………………………4

Избирательное окисление……………………………………………….4

Избирательное восстановление…………………………………………4

Разделение РЗЭ экстракцией……………………………………………5

Разделение РЗЭ методом ионообменной хроматографии…………….8

Общие схемы полного разделения……………………………………...11

Расчет технологического процесса……………………………………...13

Список литературы……………………………………………………….14

Введение

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (РЗЭ) - cемейство из 17 химических элементов III группы периодической системы: скандий Sc, иттрий Y, лантан La и лантаноиды – церий Ce, празеодим Pr, неодим Nd, прометий  Pm, самарий Sm, европий Eu, гадолиний Gd, тербий Tb, диспрозий Dy,  гольмий Ho, эрбий Er, тулий Tm, иттербий Yb, лютеций Lu; металлы. Редкоземельные элементы имеют близкие химические свойства; встречаются в природе редко, в рассеянном состоянии. Элементы с четным атомным номером распространены заметно чаще, чем с нечетным. Дают тугоплавкие, нерастворимые в воде оксиды.

Для разделения РЗМ используются различные методы: дробной кри-сталлизации, дробного осаждения, избирательного окисления или восста-новления, термического разложения солей, ионного обмена и экстракции органическими растворителями.

Методы разделения редкоземельных элементов

Вследствие близости свойств лантаноидов их разделение – сложная задача. Применявшиеся ранее способы разделения были основаны главным образом на различии в растворимости соединений лантаноидов. В результате большого числа дробных кристаллизаций или дробных осаждений (иногда достигавших нескольких тысяч) получали отдельные элементы большей или меньшей степени чистоты. Для отделения некоторых элементов использовали способность их окисляться до четырехвалентного состояния (Ce, Pr, Tb) или восстанавливаться до валентности 2+ (Sm, Eu, Yb). В этом случае разделение облегчается благодаря значительным отличиям в свойствах соединений лантаноидов со степенью окисления +4 и +2 и соединений лантаноидов со степенью окисления +3.

Современные схемы разделения лантаноидов основаны на использовании более эффективных методов: жидкостной экстракции и ионного обмена. Старые «классические» методы дробного осаждения и кристаллизации практически не используют в настоящее время

Методы избирательного окисления и восстановления применяют в некоторых схемах разделения.

Избирательное окисление

Окисление церия до четырехвалентного состояния применяют для отделения его от других лантаноидов. Церий легко окисляется кислородом в процессе сушки смеси гидроксидов РЗЭ на воздухе при 120 – 130 °С или при пропускании воздуха через нагретую суспензию гидроксидов. Применяют также другие окислители: хлор, перекись водорода. После окисления Ce³⁺ до Ce⁴⁺ гидроксиды трехвалентных лантаноидов растворяют в разбавленной (5 – 10 %-ной) азотной или соляной кислоте, в то время как гидроксид четырехвалентного церия (CeO₂ • nH₂O) остается в осадке. Последний содержит 94 – 96 % CeO₂.

Для получения более чистого продукта используют избирательную экстракцию Ce(NO₃)₄ из 6 – 8 н. раствор азотной кислоты трибутилфосфатом или другими экстрагентами.

Избирательное восстановление

Восстановление до степени окисления +2 применяют для отделения самария, европия и иттербия из обогащенных ими фракций. Ионы Sm²⁺, Eu²⁺, Yb²⁺ проявляют сходство с ионами стронция и бария. Так, их сульфаты мало растворимы в отличии от сульфатов лантаноидов (+3). В качестве восстановителей используют цинк, амальгаму цинка, амальгаму натрия.

Окислительно – восстановительные потенциалы Sm, Eu и Yb (по отношению к водородному электроду) приведены ниже, В:

Sm³⁺/Sm²⁺ -1,72; Yb³⁺/Yb²⁺ -1,15; Eu³⁺/Eu²⁺ -0,43;

Zn²⁺/Zn -0,76; Na⁺/Na(Hg) -1,86.

Из приведенных значений потенциалов следует, что ионы Eu³⁺ можно избирательно восстановить до Eu²⁺ цинковой пылью, не восстанавливающей ионы Sm⁺³ или Yb³⁺. При последующем добавлении в раствор, содержащий разделяемую смесь лантаноидов:

Ln(CH₃COO)₃ + 3Na(Hg) = Zn(Hg) + 3Ch₃COONa. (1.0)

Восстановленные элементы извлекают из амальгамы обработкой ее соляной кислоты. Последующее разделение европия и самария можно затем осуществить восстановлением европия цинковой пылью.

Эффективный вариант отделения европия от других РЗЭ состоит в избирательной экстракции трехзарядных ионов РЗЭ катионообменным экстрагентом – ди-2-этилгексилфосфорной кислотой (Д2ЭГФК), практически не экстрагирующей ионы Eu²⁺