Современные способы извлечения, концентрирования и разделения лантанидов.

ВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................3

Глава 1.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННЫХ СПОСОБОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ И РАЗДЕЛЕНИЯ ЛАНТАНИДОВ……………………...5

1.1.Общие сведения о лантанидах…………………………………..5
1.2. Распространенность и области применения…………………...7
1.3.Исторические методы извлечения, концентрирования и разделения лантанидов……………………………………………………....12
Глава 2. СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ, КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ И РАЗДЕЛЕНИЯ ЛАНТАНИДОВ…………….14
2.1. Метод экстракции………………………………………………14
2.2. Метод ионообменной хроматографии………………………...17
2.3. Сравнение эффективности методов экстракции и ионообменной хроматографии……………………………………………20
2.4. Опасность лантанидов для человека и окружающей среды…21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………...22
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………..23

Весь текст будет доступен после покупки

Редкоземельные элементы (РЗЭ), в частности лантаноиды, играют ключевую роль в современных технологиях и промышленности. Они используются в производстве магнитов, катализаторов, люминофоров, оптических материалов и многих других высокотехнологичных изделий. В последние десятилетия наблюдается значительный рост спроса на лантаноиды, что обусловлено их уникальными физическими и химическими свойствами, а также расширением областей применения. Для Российской Федерации лантаниды являются дефицитным сырьём, несмотря на то, что по величине учтенных запасов большинства редких металлов Россия занимает одно из ведущих мест в мире. При таком положении производство изделий с использованием лантанидов составляет всего лишь 1% от мирового производства.
Актуальность данной работы обусловлена обширным применением лантанидов в различных современных сферах деятельности человека. Также довольно остро стоит проблема нахождения новых способов выделения и разделения лантанидов. Данный процесс представляет собой сложную задачу, требующую применения различных химических и физико-химических методов. Это обуславливается чрезвычайным сходством строения и близостью их химических свойств. Традиционные подходы к переработке минерального сырья часто оказываются неэффективными из-за низкой концентрации лантанидов в природных минералах и необходимости высокой степени чистоты конечного продукта. Поэтому разработка современных технологий извлечения и разделения лантаноидов является актуальной задачей для науки и промышленности. В данной работе будут рассмотрены следующие методы получения лантанидов: фракционное осаждение, дробная кристаллизация, экстракция,

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННЫХ СПОСОБОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ, КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ И РАЗДЕЛЕНИЯ ЛАНТАНИДОВ

1.1. Общие сведения о лантанидах

Название «Лантаниды» дословно определяют как «следующие за лантаном». Это группа химических элементов шестого периода периодической системы Менделеева, включающая в себя 15 элементов. К лантанидам относятся: лантан (La), 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). Данные элементы имеют очень близкие химические свойства. В связи с эти возникает ряд трудностей с их исследование, связанные с выделением отдельных представителей в чистом виде и изучением их физических и химических свойств. И несмотря на значительный вклад, который внесли в изучение данной области такие известные ученые, как И.Я. Берцелиус, К. Мозандер, Л. де Буабодран, Ж. Мариньяк, Л. Сорэ, Э. Демарсей, П. Клеве, К. Ауэра фон Вельсбах, Д.И. Менделеев, Б. Браунер, Н.А. Орлов, В.И Спицин, Б.Н. Иванов-Эмин, Л.Н. Комисарова и многих других проблема в этой области ещё не достигла всестороннего решения.

Рассмотрим электронную структуру и степени окисления лантанидов. Необычное изменение свойств в группе лантанидов является следствием порядка заполнения электронных уровней при переходе от одного элемента к другому. Из-за своеобразия волновых функций данных элементов энергетически более оправданным является заполнение 4f-уровня, а не наружных 5d- и 6p- уровней. Только для некоторых лантанидов один электрон может быть прочнее связан на 5d-уровне, а не на 4f-уровне. Близость химических свойств лантанидов объясняется заполнением электронного 4f-уровня.
Более наглядно ознакомиться с электронными структурами лантанидов можно в табл.1
Таблица 1 Электронная структура, валентность и ионные радиусы лантанидов
Элемент Порядковый номер Электронные уровни нейтральных атомов и ионов (начиная с 4f и выше) [80, 468, 556, 1426, 1765] Характерная степень окисления Ионный радиус R3+, А [1920]
Ln0 Ln2+ Ln3+ Ln4+
La
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu 57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71 5d 6s2
4f 5d 6s2
4f3 6s2
4f4 6s2
4f5 6s2
4f6 6s2
4f7 6s2
4f7 5d 6s2
4f9 6s2
4f10 6s2
4f11 6s2
4f12 6s2
4f13 6s2
4f14 6s2
4f14 5d 6s2




4f6
4f7






4f14 -
4f
4f2
4f3
4f4
4f5
4f6
4f7
4f8
4f9
4f10
4f11
4f12
4f13
4f14
-
4f





4f7 +3
+3,+4
+3,+4
+3
+3
+2,+3
+2,+3
+3
+3,+4
+3
+3
+3
(2),+ 3
+2,+3
+3 1,061
1,034
1,013
0,995
0,979
0,964
0,950
0,938
0,923
0,908
0,894
0,881
0,869
0,858
0,848

Все лантаниды в нормальных условиях имеют степень окисления +3. Три электрона внешних энергетических уровней легко отрываются от нейтрального атома, образуя ион Ln3+. Но некоторые элементы в более жёстких условиях могут проявлять иную степень окисления. Ce, Pr и Tb могут проявлять степень окисления равную четырём, а Sm, Eu, Yb – равную двум. В состоянии «аномальной» степени окисления элементы приобретают химические свойства, которые резко отличаются от свойств остальных элементов группы, что может способствовать их отделению. К примеру, Ce4+ по свойствам напоминает элементы подгруппы титана, а двухвалентные самарий и европий имеют сходство с щелочноземельными металлами.

Весь текст будет доступен после покупки

1.Зеликман А.Н., Самсонов Г.Ф., Крейн О.Е. Металлургия редких металлов. М.: Металлургиздат, 1954. С. 2522. Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г.
2.Металлургия редких металлов. М.:Металлургия, 1991.- 432 с.
3.Ковтун О.Н., Колмакова Л.П., Колмаков А.А., Дружинина А.А. Металлургия редких металлов. Конспект лекций.2008. С. 255
4.Коровин, С.С., Букин, В.И., Федоров, П.И., Резник, А.М. Редкие и рассеянные элементы / под общ. ред. Коровина С.С. // Химия и технология. - М.: МИСИС, 2003.
5.Михнев А.Д., Пашков Г.Л., Колмакова Л.П. Расчеты технологических процессов в металлургии галлия: методические указания к практическим занятиям. Красноярск, 1999. – 32 с.
6.Тарасов, А.В. Производство цветных металлов и сплавов: справочник: в 3 т. Производство легких, редких цветных и драгоценных металлов. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007
7.Гедгагов, Э.И., Тарасов, А.В., Гиганов, В.Г., Лунькова, М.А. Разработка инновационной сорбционно-экстракционной технологии получения высокочистых (99,99%) соединений редкоземельных металлов при переработке суммарных концентратов (на примере легкой группы) // Цветные металлы. – 2017.- N8
8.Галиева Ж.Н., Абрамов А.М., Соболь Ю.Б., Геря В.О. Универсальная технология разделение РЗЭ экстракцией в центробежных экстракторах из концентратов, полученных из отечественного минерального сырья: разработка технологии и оборудования, освоение производства, перспективы развития, Журнал "Разведка и охрана недр", N 3, 2000 г.

Весь текст будет доступен после покупки