Harvinaisten maametallien erotus ja puhdistus

Yksittäisen harvinaisen maametallin erottamiseksi ja uuttamiseksi rikasteesta uutetusta harvinaisten maametallien sekayhdisteestä on välttämätöntä erottaa nämä kymmenen harvinaisen maametallin alkuainetta, joilla on erittäin samanlaiset kemialliset ominaisuudet, vaan myös erottaa harvinaiset maametallit ja niihin liittyvät epäpuhtaudet. On pääasiassa kemiallisia menetelmiä, ioninvaihtomenetelmiä ja liuotinuuttomenetelmiä.
Kemiallinen menetelmä
On olemassa vaiheittainen kiteytysmenetelmä, asteittainen saostusmenetelmä ja selektiivinen hapetus-pelkistysmenetelmä. Kaksi ensimmäistä erotusmenetelmää on korvattu ioninvaihdolla ja orgaanisella liuotinuutolla. Redox-menetelmän valinta perustuu siihen, että tietyt harvinaiset maametallit voidaan hapettaa +4 valenssitilaan (Ce, Pr, Tb) tai pelkistää +2 valenssitilaan (Sm, Eu, Yb) , ja niiden kemialliset ominaisuudet eroavat merkittävästi +3 valenssiharvinaisten maametallien ominaisuuksista. Harvinaisten maametallien käytöllä, joilla on erilaiset hapetus-pelkistyspotentiaalit, voidaan saavuttaa erottelun tarkoitus. Ceriumin hapetus ja samariumin, europiumin ja ytterbiumin pelkistyserotusmenetelmä ovat edelleen laajalti käytössä.
Ioninvaihtomenetelmä
Tehokas menetelmä erittäin puhtaiden yksittäisten harvinaisten maametallien erottamiseen. Harvinaisten maametallien kompleksien stabiilisuusvakioiden pieniä eroja hyödyntämällä harvinaisten maametallien ionit käyvät läpi vaihtoreaktioita hartsipedillä, mikä johtaa keskeytymättömään desorptioadsorptioprosessiin. Tämä mahdollistaa harvinaisten maametallien vyöhykkeiden kehittämisen, joilla on vaihteleva rikastusaste hartsikerroksen eri osiin, mikä lopulta saavuttaa keskinäisen erottelun tavoitteen. Lataa harvinaisten maametallien sekoitettuja ioneja ioninvaihtokolonniin, joka sisältää sulfonoitua polystyreenidivinyylibentseenihartsia, ja huuhtele ammoniakkikarboksyylikompleksinmuodostajalla. Sen varmistamiseksi, että erotetuilla harvinaisten maametallien ioneilla on riittävät vaihtoajat hartsipedillä ja jotta harvinaisten maametallien kompleksi-ionit eivät pääse nopeasti kulkemaan hartsipedin läpi, on tarpeen käyttää viivästettyä ionia (joka saattaa aiheuttaa harvinaisten maametallien ionien desorboitumista ylemmästä kerroksesta). Harvinaisen maametallin nauhan pää adsorboitua uudelleen hartsiin) toimiakseen estävänä roolina ja varmistaakseen tehokkaan erottelun. Tavallisia viivästyneitä ioneja ovat mm. Cu2+- H+, H+ jne. Eri harvinaisten maametallien ominaisuuksien äärimmäisen samanlaisista ominaisuuksista johtuen hartsien selektiivisyys viereisten kolmenarvoisten harvinaisten maametallien ioneihin on erittäin alhainen, eikä niitä voida erottaa syrjäyttämällä, kuten esim. yksinkertaiset suolat. Siksi liuotusaineina on käytettävä aminokarboksyylikompleksin muodostavia aineita. Yleisesti käytettyjä aminokarboksyylikompleksin muodostavia aineita ovat etyleenidiamiinitetraetikkahappo (EDTA), hydroksietyleenidiamiinitetraetikkahappo (HEDTA) ja aminotrietikkahappo (NTA).