تحقیق عناصر نادر خاكي

مقدمه:

عناصر فلزي شناخته شده با عنوان عناصر نادر خاكي با كلمه اختصاري REE نشان داده مي شوند. اصلاح مورد استفاده معمولاً براي نسبت 2 به 3 با اكسيژن RE₂O₃ به كار برده مي شود، كه به طور شگفت انگيزي خواص شيميايي و فيزيكي مشابهي داشته و در عين حال به سختي قابل جدايش از يكديگر مي باشند. عناصر نادر خاكي همواره به صورت تجمعي و تركيبي با يكديگر در طبيعت يافت مي‌شوند. جداسازي و تفكيك اين عناصر نياز به فرآيندهاي زياد و بسيار پر هزينه دارد كه به علت شباهت زياد خواص فيزيكي و شيميايي تركيبات آنهاست.

كاني شناسي، فراواني، پيدايش:

عناصر نادر خاكي ليتوفيل هستند، بنابراين به صورت تركيبات اكسيدهاي از قبيل كربناتها، سيكلاتها، تيتاناتها و فسفاتها و… مي باشند:

1- كاني هايي شامل لانتانيوم، نئوديميوم،ساماريم، يوروپيوم كه در آن سديم و بعضي مواقع لانتانيوم يا نئوديميوم به عنوان جزء اصلي تركيب هستند (گروه سديم). مثال اين گروه با ستنازيت به فرمول شيميايي (Ce…)Fco₃ (ماكزيمم REO 75%) مونازيت (Ce…)Po₄ (ماكزيمم REO 65%)، آلانيت (Fe,Al)₃(Sio₄)₃(OH) (Ca.Ce…) (ماكزيمم REO 48%) مي باشد.

2-كاني هاي كادلينوم تالوتتيوم و ايتريم به عنوان جزء اصلي (گروه عناصر نادر خاكي اتيريم). مثال بارز اين گروه گزنوتيم (Y=…)Po₄ (ماكزيمم REO) و گادولينيت (Y=…)₂FeBe₂Si₂O₁₀ (ماكزيمم REO 48%) مي باشند.

3- كاني هاي كمپلكس كه در آن هر دو گروه اتيريم و سديم مي توانند حضور داشته باشند، كه هر كدام از اين گروه مي توانند به عنوان جزء اصلي تلقي شوند. كاني‌هاي اين گروه سنگهاي اكسيده شامل تيتانيوم، نئوبيوم، تانتاليم، اورانيوم و توريم مي باشند. براي مثال:

اگزنيت Euxenite:

سامارسكيت Samarskite:

فرگوسونيت Fergusonite:

بتافيت Betafite:

كاني هاي گروه اول و دوم در سنگهاي پگمانيت، دگرگوني، گناسيهاي هيدروترمال شدن و لايه هاي پنوماتوليك، اسكارنها و كربناتها وجود دارند. كاني هاي گروه سوم بيشتر در پگمانيتها يافت مي شود. با ستنازيت و مونازيت عموماً همراه مگنتيت وهماتيت گزارش شده اند. مونازيت بيشتر در ذخاير ثانوي در كاني هاي سنگين ماسه‌هاي ساحلي وجود دارد. استخراج مونازيت همراه روتيل، ايلمنيت و زيركن در استراليا، برزيل، هند و آمريكا مي باشد.

ذخاير جهاني عناصر نادر خاكي در سال 1990 در حدود ⁶ 10*84 تن REO تخمين زده شده است. كه در اين ميان چين با ⁶ 10*43 تن ذخيره 50 درصد ذخاير جهان را داراست.

از سال 1980 تا سال 1991 قيمت مونازيت استراليا با بيش از 55 درصد REO بين $/ton900-800 ثابت بوده است. گزنوتيم مالزي با 60 درصد ايتريم به قيمت
$/t33-32 مي باشد.

نقطه ذوب عناصر در دامنه 816 (Yb) تا 663 (Lu) است.

فلزات نادر خاكي به راحتي مي توانند در درجه حرارتهاي زير نقطه ذوب دفع شوند وجود ناخالصي ها، مخصوصاً اكسيژن اثر منفي و مضر روي خواص چرخشي سرد و گرم شدن دارد.

هضم[1] سنگ:

هضم تر، ذوب

مهمترين عناصر نادر خاكي، مونازيت، باستنازيت و اگزوفويايم عموماً بوسيله فرآيندهاي فيزيكي از قبيل جدايش واسطه سنگين، فلوتاسيون و جدايش مغناطيسي تغليظ مي شوند.

كاني ها تا اندازه  خرد شده و سپس توسط اسيد يا باز هضم مي‌شوند. اگر عمليات با قليا انجام شود توليد هيدروكسيد فلزات نادر خاكي و توريم مي كند كه بعداً مي تواند در هيدروكلريك غليظ يا اسيدنيتريك حل شود. عمليات با اسيد سولفوريك يا هيدروليك عناصر نادر خاكي را به كلريدها يا سولفاتهاي قابل حل تبديل مي كند.

كاني مونازيت:

هضم با قليا: واكنش فسفاتهاي عناصر نادر با قلياي غليظ (50%-70%) و گرم به صورت زير مي بشاد:

اين فرآيند در دماي بالا در اوتوكلاو (60% قليا و نسبت جرمي 1/1) يا با قلياي غليظ‌تر در دماي كمتر (120) و فشار نرمال قابل اجرا است.

محصولات هيدروكسيدي با آب گرم شسته مي شوند. فسفات تري سديم وارد محلول مي شود وهيدروكسيدها فيلتر مي شوند. فسفات تري سديم به عنوان محصول جانبي[2] با روش كريستاليزاسيون جدا مي شود. سپس هيدروكسيدهاي شسته شده در اسيدنيتريك يا هيدروكلريك حل مي شوند.

اگر غلظت اسيد در PH=4 نگه داشته شود، يك جدايش جزئي نتيجه مي شود كه هيدروكسيد توريم ناخالص جدا مي شود در حاليكه هيدروكسيد عناصر نادر خاكي محلول هستند.