Лантаноиды

ВВЕДЕНИЕ.

Самое знаменательное в элементе лантане, несомненно, то, что он возглавляет шеренгуиз четырнадцати лантаноидов - элементов с черезвычайно сходными свойствами. Лантан и лантаноиды - всегда вместе: в минералах,в нашем представлении, в металле. На Всемирной выставке в Париже в 1900 году были впервыепродемонстрированы образцы некоторых чистых, как считалось, лантаноидов. Но можно не сомневаться, что в каждом образчике, независимо от ярлыка, присутствовали и лантан, и церий и неодим с празеодимом, и самые редкие излантаноидов-тулий, гольмий, лютеций. Самые редкие, если не считать "вышедшего"и воссозданного в ядерных реакциях элемента N61-прометия. Впрочем, будь у прометия стабильные изотопы, он тоже присутствовал бы в любом образце редкоземельного элемента.

Один из самых массовых и дешёвых редкоземельных продуктов остаётся мишметалл - "природный" сплав лантана и лантаноидов...

ЛАНТАН.

Лантан - это металл, обыкновенный по внешнему виду (серебристо-белый,покрытый сероватой окисной пленкой)и по физическим свойствам (температураплавления- 920, кипения- 3469 °C; по прочности, твердости, электропроводностии прочим характеристикам металл лантан всегда оказывается в серединетаблицы). Обыкновенен лантан и по химическим свойствам. В сухом воздухеон не изменяется: окислая пленка надежно защищает от окисления в массе.Но если воздух влажен (а в обычных земных условиях он влажен почти всегда),металлический лантан постепенно окисляется до гидроокиси. La(OH)₃ -основание средней силы, что опять-таки характерно для металла- "середнячка".

По распространению в природе, по масштабам производства, по широтеиспользования лантан уступает своему ближайшему аналогу-церию. Родоначальник и вечно второй, таково положение лантана в его семействе. И когда редкоземельные элементы по совокупности свойств стали делить на две подгруппы, лантан был отнесён в подгруппу, название которой дали в честь церия... И открыт лантан был после церия, как примесь к церию, в минерале церите.

В 1803 году 24 -летний шведский химик Йенс Якоб Берцелиус вместе сосвоим учителем В. Хизингером обнаружил в этом минерале открытую Ю.Гадолином в 1794 году иттриевую "землю" и еще одну редкую землю, очень похожую на иттриевую. Ее назвали цериевой. В 1826 году К. Г. Мозандер - ученик, ассистент и один из близких друзей Берцелиуса - исследовал цериевую землю и заключил, что она неоднородна, что в ней, помимо церия, содержится еще один, а может быть и не один, новый элемент. Но чтобы проверить это предположение, нужно было много церита. Доказать сложность цериевой земли Мозандеру удалось лишь в 1839 году.

Новый элемент, обнаруженный в церите, по предложению Берцелиусаназвали лантаном. Название с намеком: оно происходит от греческого словаlanuanein - скрываться, забываться - лантан, содержащийся в церите, успешноскрывался от химиков в течении 36 лет!

Металлический лантан, разумеется, далеко не чистый, впервые был

получен Мозандером при нагревании хлористого лантана с калием.

В наше время в промышленных масштабах получают лантан чистотойболее 99 %; преимущественно из монацита и бастнезита, как, впрочем, и церий,и все остальные элементы цериевой подгруппы.

Моцанит - тяжелый блестящий минерал, обычно желто-бурый, но иногдаи других цветов, поскольку постоянством состава он не отличается. Точнеевсего его состав описывает такая странная формула: (РЗЭ)РО₄ : это значит, что монацит - фосфат редкоземельных элементов (РЗЭ). Обычно в моналите 50-68% окислов РЗЭ и 22 - 31,5 % P₂ O₅ . А еще в нем до 7 % двуокиси циркония, 10% (в среднем ) двуокиси тория и 0,1-0,3 % урана. Эти цифры со всей очевидностью показывают, почему в наше время тесно переплелись пути редкоземельной и атомной промышленности. Монацитовые россыпи распространены по берегам рек, озер и морей на всех континентах. В начале века (данные за 1909) 92 % мировой добычи редкоземельного сырья и прежде всего монацита приходилось на долю Бразилии. После 1950 г. в связи с развитием атомной промышленности гегемоном среди капиталистических стран в добычи и переработке редкоземельного сырья стали США.

Чтобы получить монацитовый концентрат чистотой 92 - 96 %, применяют комплекс гравитационных, магнитных и электростатических методов обогащения. В результате попутно получают ильменитовый, рутиловый, цирконовый и другие ценные концентраты.

Как и всякий минерал, монацит надо "вскрыть". Чаще всего монацитовыйконцентрат обрабатывают для этого концентрированной серной кислотой(широкое распространение приобрел также щелочной способ вскрытия монацита). Образующиеся сульфаты редкоземельных элементов и тория выщелачивают холодной водой. После того как они перейдут в раствор, в осадке остаются кремнезем и не отделившаяся на предыдущих стадиях часть циркона.

На следующей стадии отделяют короткоживущий мезоторий (радий - 228),а затем и сам торий - иногда вместе с церием, иногда по отдельности.

После того как выделен церий, в растворе остается больше всего лантана,который получают обычно в виде хлорида LaCl₃ . Электролиз расплавленогохлорида дает лантан чистотой до 99.5 %. Еще более чистый лантан - 99.79 %и выше получают кальциетермическим способом. Такова классическая, традиционная технология.

Как видим, получение элементарного лантана - дело сложное.

Разделение лантан