Лантан

Другий за важливістю рідкісноземельний мінерал – бастнезит – дуже схожий на монацит. Бастнезит теж важкий, теж блискучий, теж непостійний по забарвленню (найчастіше ясно-жовтий). Але хімічно з монацитом його родичає тільки великий вміст Лантану і лантаноїдів. Якщо монацит - фосфат, то бастнезит - фторокарбонат рідкісних земель, його склад звичайно записують так: (La,Ce)FCO3. Але, як часто буває, формула мінералу не цілком відбиває його склад. У даному випадку вона вказує лише на головні компоненти: у бастнезиті 36,9- 40,5% оксиду Церію і майже стільки ж (у сумі) оксидів Лантану, Празеодима і Неодиму. Але, звичайно, у ньому є й інші лантаноїди.

Крім бастнезиту і монациту, практично використовують, хоча й обмежено, ще трохи рідкісноземельних мінералів, зокрема гадолініт, у якому буває до 32% оксидів РЗЕ церієвої підгрупи і 22-50% - ітрієвої. У деяких країнах рідкісноземельні метали видобувають при комплексній переробці лопариту й апатиту.

Усього відомо близько 70 власне рідкісноземельних мінералів і ще близько 200 мінералів, у які ці елементи входять як домішки. Це свідчить про те, що "рідкісні" землі зовсім не такі вже і рідкісні, а ця стародавня загальна назва Скандію, Ітрію і Лантану з лантаноїдами - не більше ніж данина поваги минулому. Вони не рідкісні - Церію в землі більше, ніж свинцю, а найбільш рідкісні з рідкісноземельних поширені в земній корі набагато більше, ніж ртуть. Уся справа в розсіяності цих елементів і складності відділення їх один від іншого. Але, звичайно, лантаноїди поширені в природі не однаково. Елементи з парними атомними номерами зустрічаються значно частіше, ніж їхні непарні сусіди. Це обставина, природно, позначається на масштабах виробництв і цінах на рідкісноземельні метали. Найбільш важкодоступні лантаноїди - Тербій, Тулій, Лютецій (зауважимо, усе це лантаноїди з непарними атомними номерами) - коштують дорожче золота і платини. Шляхи вирішення проблеми рідкісноземельної промисловості є важливою віхою у економіці чи не кожної розвинутої світової держави

Простежимо ж загалом шлях від монацитового піску до Лантану.

Хоча пісок і називають монацитовим, монациту в ньому небагато - частки відсотка. Приміром , у відомих монацитових розсипах Айдахо (США) тонна піску містить лише 330г монациту. Тому насамперед одержують монацитовий концентрат.

Перша стадія концентрування відбувається вже на дразі. Щільність монациту 4,9-5,3, а звичайного піску - у середньому 2,7 г/см3. При такій різниці у вазі гравітаційний поділ не представляє особливої праці. Але крім монациту в тих же пісках є інші важкі мінерали. Тому, щоб одержати монацитовий концентрат чистотою 92-96%, застосовують комплекс гравітаційних, магнітних і електростатичних методів збагачення. У результаті попутно одержують ільменітовий, рутиловий, цирконовий і інші коштовні концентрати.Як і будь-який мінерал, монацит треба "розкрити". Найчастіше монацитовий концентрат обробляють для цього концентрованою сірчаною кислотою. Сульфати, що утворяться, РЗЕ і Торію вилужнюють звичайною водою. Після того як вони перейдуть у розчин, в осаді залишаються кремнезем ,що не відокремився на попередніх стадіях та частина Цирконію.

На наступній стадії поділу витягають короткоживучий Мезоторій (Радій-228), а потім і сам Торій - іноді разом з Церієм, іноді окремо. Відділення Церію від Лантану і суміші лантаноїдів не особливо складно: на відміну від них, він здатний виявляти валентність 4+ і у вигляді гідроксиду Се(ОН)4 переходити в осад, тоді як його тривалентні аналоги залишаються в розчині. Відзначимо тільки, що операція відділення Церію, як, утім, і попередні, проводиться багаторазово - щоб як можна повніше "вичавити" дорогий рідкісноземельний концентрат.

Після того як виділений Церій, у розчині більше всього лантану (у вигляді нітрату La(NO3)3, тому що на одній із проміжних стадій сірчана кислота була замінена азотною, щоб полегшити подальший поділ). З цього розчину й одержують лантан, додаючи аміак, нітрати амонію і кадмію. У присутності Cd(NO3)2 поділ більш повний. За допомогою цих речовин усі лантаноїди переходять в осад, у фільтраті ж залишаються лише Кадмій і Лантан. Кадмій осаджують сірководнем, відокремлюють осад, а розчин нітрату лантану ще кілька разів очищують дробовою кристалізацією від домішок лантаноїдів.

У кінцевому рахунку звичайно одержують хлорид лантану LaCl3. Електроліз розплавленого хлориду дає лантан чистотою до 99,5%. Ще більш чистий лантан (99,79% і вище) одержують кальційтермічним способом. Така класична традиційна технологія.

Як бачимо, одержання елементарного лантану - справа складна.

Розділення лантаноїдів - від Празеодима до Лютецію - вимагає ще більших затрат сил і засобів, і часу, зрозуміло. Тому в останні десятиліття хіміки і технологи багатьох країн світу прагнули створити нові, більш простіші методи розділення цих елементів. Такі методи – рідинне екстрагування, дробна кристалізація (різниця у розчинності солей), хроматографічні методи та іонообмін - були створені і впроваджені в промисловість. Уже на початку 60-х років на установках, що працюють за принципом іонного обміну, досягли 95%-ного виходу рідкісноземельних продуктів чистотою до 99,9%.