วิธีการเตรียมดินหายาก - การทำให้บริสุทธิ์
ธาตุแรร์เอิร์ธทั้ง 16 ชนิด ยกเว้น Pm สามารถทำให้บริสุทธิ์ได้จนถึงความบริสุทธิ์ 6N (99.9999 เปอร์เซ็นต์) กระบวนการทางเคมีค่อนข้างซับซ้อนและยากในการแยกและแยกธาตุแรร์เอิร์ธบริสุทธิ์เดี่ยวจากสารประกอบแรร์เอิร์ธผสมที่ได้รับหลังจากการสลายตัวของความเข้มข้นของแรร์เอิร์ธเข้มข้น มีสองเหตุผลหลัก ประการแรก คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของธาตุแลนทาไนด์มีความคล้ายคลึงกันมาก และไอออนของดินที่หายากส่วนใหญ่มีรัศมีระหว่างธาตุสองธาตุที่อยู่ติดกัน ซึ่งคล้ายกันมาก และมีสถานะไตรวาเลนต์ที่เสถียรในสารละลายที่เป็นน้ำ ไอออนของแรร์เอิร์ธมีความเกี่ยวข้องกับน้ำสูง และเนื่องจากไอออนได้รับการปกป้องโดยไฮเดรต คุณสมบัติทางเคมีของไอออนจึงคล้ายกันมาก ดังนั้นการแยกและการทำให้บริสุทธิ์จึงทำได้ยากมาก ประการที่สอง คือ สารประกอบแรร์เอิร์ธผสมที่ได้รับหลังจากการสลายตัวของแรร์เอิร์ธเข้มข้นมีองค์ประกอบเจือปนหลายอย่าง (เช่น ยูเรเนียม ทอเรียม ไนโอเบียม แทนทาลัม ไททาเนียม เซอร์โคเนียม เหล็ก แคลเซียม ซิลิคอน ฟลูออรีน ฟอสฟอรัส ฯลฯ) . ดังนั้น ในกระบวนการแยกธาตุหายาก ไม่เพียงแต่การแยกธาตุหายากโหลเหล่านี้ด้วยคุณสมบัติทางเคมีที่คล้ายคลึงกันอย่างมากเท่านั้น แต่ยังต้องพิจารณาถึงการแยกระหว่างธาตุหายากกับองค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ด้วย
วัสดุการผลิต
โลหะหายากโดยทั่วไปแบ่งออกเป็นโลหะหายากผสมและโลหะหายากเดี่ยว องค์ประกอบของโลหะหายากผสมนั้นใกล้เคียงกับองค์ประกอบแร่หายากดั้งเดิมในแร่ และโลหะเดี่ยวคือโลหะที่แยกและกลั่นจากแร่หายากแต่ละชนิด ออกไซด์ของแรร์เอิร์ท (ยกเว้นซาแมเรียม ยูโรเพียม อิตเทอร์เบียม และทูเลียมออกไซด์) นั้นยากที่จะลดเหลือโลหะเดียวด้วยวิธีทางโลหะวิทยาทั่วไป เนื่องจากมีความร้อนสูงในการก่อตัวและความเสถียรสูง ดังนั้น วัตถุดิบทั่วไปในปัจจุบันสำหรับการผลิตโลหะหายากคือคลอไรด์และฟลูออไรด์
เกลือหลอมเหลวด้วยไฟฟ้า
การผลิตจำนวนมากในอุตสาหกรรมของโลหะหายากผสมโดยทั่วไปใช้อิเล็กโทรไลซิสเกลือหลอมเหลว วิธีนี้คือการให้ความร้อนและละลายสารประกอบแรร์เอิร์ธ เช่น คลอไรด์แรร์เอิร์ธ จากนั้นทำการแยกอิเล็กโทรไลซิสเพื่อทำให้โลหะแรร์เอิร์ธตกตะกอนบนแคโทด อิเล็กโทรลิซิสมีสองวิธี: อิเล็กโทรไลซิสคลอไรด์และอิเล็กโทรไลต์ออกไซด์ วิธีการเตรียมโลหะแรร์เอิร์ธเดี่ยวจะแตกต่างกันไปในแต่ละธาตุ Samarium, europium, ytterbium และ thulium ไม่เหมาะสำหรับการเตรียมอิเล็กโทรไลต์เนื่องจากมีความดันไอสูง และใช้การกลั่นแบบรีดิวซ์แทน องค์ประกอบอื่นๆ สามารถเตรียมได้โดยการแยกอิเล็กโทรไลซิสหรือการลดความร้อนจากโลหะ
อิเล็กโทรลิซิสคลอไรด์เป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตโลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโลหะหายากผสมด้วยกระบวนการที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และการลงทุนเพียงเล็กน้อย แต่ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดคือการปล่อยก๊าซคลอรีนซึ่งก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม
อิเล็กโทรไลซิสออกไซด์ไม่ปล่อยก๊าซที่เป็นอันตราย แต่ค่าใช้จ่ายสูงขึ้นเล็กน้อย โดยทั่วไป แร่หายากชนิดเดียวที่มีราคาการผลิตสูงกว่า เช่น นีโอไดเมียมและพราซีโอไดเมียม จะถูกอิเล็กโทรไลต์โดยออกไซด์
ลดสูญญากาศ
วิธีการอิเล็กโทรลิซิสสามารถเตรียมโลหะแรร์เอิร์ธที่เป็นเกรดอุตสาหกรรมทั่วไปเท่านั้น หากคุณต้องการเตรียมโลหะที่มีความเจือปนต่ำและมีความบริสุทธิ์สูง โดยทั่วไปจะใช้การลดความร้อนแบบสุญญากาศเพื่อเตรียมโลหะเหล่านี้ โดยทั่วไปแล้ว ออกไซด์ของแรร์เอิร์ธจะถูกสร้างเป็นฟลูออไรด์ของแรร์เอิร์ธก่อน ซึ่งจะลดลงด้วยแคลเซียมโลหะในเตาเหนี่ยวนำสุญญากาศเพื่อให้ได้โลหะดิบ จากนั้นจึงหลอมซ้ำและกลั่นเพื่อให้ได้โลหะที่บริสุทธิ์กว่า วิธีนี้สามารถผลิตโลหะแรร์เอิร์ธเดี่ยวทั้งหมด แต่ไม่สามารถใช้ซาแมเรียม ยูโรเพียม อิตเทอร์เบียม และทูเลียมในลักษณะนี้ได้ ศักย์ไฟฟ้ารีดอกซ์ของซาแมเรียม ยูโรเพียม อิตเทอร์เบียม ทูเลียม และแคลเซียม เพียงบางส่วนเท่านั้นที่ลดฟลูออไรด์ของแรร์เอิร์ท โดยทั่วไป โลหะเหล่านี้เตรียมโดยใช้หลักการของความดันไอสูงของโลหะเหล่านี้และความดันไอต่ำของโลหะแลนทานัม ออกไซด์ของแรร์เอิร์ธทั้งสี่นี้ผสมกับเศษโลหะแลนทานัมแล้วลดลงในเตาสุญญากาศ การเปรียบเทียบแลนทานัม Active, ซาแมเรียม, ยูโรเพียม, อิตเทอร์เบียม, ทูเลียม จะถูกรีดิวซ์เป็นโลหะโดยแลนทานัมและเก็บสะสมบนการรวมตัวซึ่งแยกออกจากตะกรันได้ง่าย