22.01.16 "Dalsza synteza soli neodymu - reakcja wodorotlenku neodymu z kwasem siarkowym, metody oddzielania neodymu od żelaza oraz dalsze oczyszczanie soli"

Piątek! Wreszcie wolne. Dziś planuję roztworzenie wodorotlenku neodymu w rozcieńczonym roztworze kwasu siarkowego (VI). Odkryłem, że węglan czy wodorotlenek tego lantanowca otrzymany z czystych kryształków siarczanu neodymu jest pod światło biały i nie ma tam odcienia szarego lub brązowego. Mój osad ma ewidentnie brązowawe zabarwienie pod  światło, co oznacza, że na pewno zawiera żelazo 3+. Zauważyłem też, że dodatek już bardzo małych ilości kwasu, który jest rozcieńczony, roztwarza znaczne ilości osadu. Nie to co w przypadku np.: węglanu sodu czy wodorowęglanu miedzi. W miejscu granicznym, kiedy kwas ma już zobojętnić całość, pozostaje brunatny osad, rozpuszczalny w większych ilościach kwasu. Sądzę, że jest to osad węglanu/wodorotlenku żelaza trójwartościowego. Pozwala więc to na oddzielenie małych ilości żelaza od lantanowców. Już nie mogę się doczekać, kiedy otrzymam krystaliczny siarczan neodymu. Jego piękne kryształki umieją zamącić w głowie -takie są piękne! Osadu jest sporo : po trzech dniach sedymentacji opadł na wysokość 50ml w zlewce. Pomyśleć, że jest to zaledwie połowa, gdyż część magnesu się nie roztworzyła w kwasie i czeka on w kolbie, aż przerobię go na sole neodymu.

         Podsumujmy: Są zasadniczo trzy metody oddzielenia neodymu od żelaza z magnesu.

Są to:

1. Metoda fluorkowa -stosowana często w przemyśle do wydobywania lantanowców. W tym przypadku polega na dodaniu fluorku amonu/sodu do roztworu : Wytrącają się lantanowce (tutaj neodym) a żelazo 2+ zostaje w roztworze.
2. Metoda szczawianowa -podobna do fluorkowej, tylko zamiast związków fluoru stosuje się kwas szczawiowy. Nie zaleca się dodawania szczawianów litowców (litu, sodu, potasu) oraz amonu, gdyż lantanowce przechodzą do roztworu jako kompleks. Na ogół w małej skali polega to na dodaniu do roztworu zawierającego Ln3+ (lantanowiec) i Fe2+ nadtlenku wodoru, by żelazo utlenić do Fe3+. Dodany roztwór szczawianu sodu (tutaj na małą skalę nie ma to aż tak dużego znaczenia). Przed dodaniem musimy być jednak pewni, że całe żelazo zostało utlenione, gdyż inaczej wytrąci się szczawian żelaza (II). Wytrąca się serowaty osad szczawianów lantanowców. Osad szybko odwirowujemy/sączymy próżniowo etc. a następnie przemywamy go przez dekantację cztery razy : raz wodą z nadtlenkiem wodoru (usunięcie resztek Fe2+ (jeśli jest w osadzie szczawian żelaza (II), to ulegnie rozpuszczeniu, a roztwór zabarwi się na pomarańczowo-brązowo. Potem wodą, wodą utlenioną i na koniec znów wodą. Dokładne przemycie, to podstawa. Teraz szczawian neodymu trzeba rozłożyć -albo przez dodanie do osadu roztworu wodorotlenku sodu, albo przez rozkład termiczny-prażenie. Ostatnia metoda jest dobra wyłącznie wtedy, gdy nie ma w osadzie innych metali (żelazo/inne lantanowce) W przeciwnym razie podczas prażenie powstaje czarnobrązowy proszek. Po dodaniu wodorotlenku sodu do zawiesiny, widzimy, że osad przypominający mąkę pszenną zmieni swój wygląd na bardziej delikatny, puszysty. Jest to wodorotlenek neodymu. Powstały szczawian sodu, będący teraz w roztworze można zawrócić do procesu strącania. Wodorotlenek neodymu jest już gotowy po uprzednim przemyciu, by przez dodatek kwasu siarkowego otrzymać siarczan. Można też dodać kwasu solnego, by otrzymać chlorek, azotowego-azotan. 
3. Najprostsza i najbardziej ekonomiczna metoda. Jej plusem jest znikoma ilość odczynników - kwas siarkowy 37% czyli elektrolit. O dziwo kwas akumulatorowy Jest bardzo dobrej  czystości : nie zawiera manganu, żelaza, chlorków czy wapniowców. W moim też nie zauważyłem żadnych litowców (konkretnie ich kationów), więc można go uważać za najczystszy kwas dostępny dla przeciętnego Kowalskiego. Metoda polega na roztworzeniu w nim stopu z magnesu a następnie sączenie. Przesącz zagęszcza się w temperaturze pokojowej a następnie ogrzewa. Pod wpływem ogrzewania zmniejsza się iloczyn rozpuszczalności siarczanu neodymu. Opada on  na dno jako różowy osad. Przy gotowaniu może wytrącić się fioletowo-niebieski bezpostaciowy osad bezwodnej soli (jednak może w jej skład wchodzić woda). Po dekantacji na gorąco (byle szybko i ciecz nie ostygnęła) oddzielony osad rozpuszczamy w wodzie destylowanej i powtarzamy proces ogrzewania. Przez taką krystalizację po czterech do pięciu razy uzyskuje się już siarczan neodymu o czystości wystarczającej amatorowi chemii.

Jak widać nie są to jakieś skomplikowane czynności. Pamiętajmy jednak, że oddzielamy neodym od żelaza nie zaś lantanowce. Ich rozdział jest nieziemsko trudny i amator może sobie tylko pomarzyć, no chyba, że umie bawić się z selektywnym wymieniaczem jonowym. Nie mówię, że nie jest to możliwe, lecz jednak bardzo trudne. Jeśli uda Ci się oddzielić lantan od ceru z mieszaniny na miszmetal do zapalniczek (co jest stosunkowo łatwe) to już będzie bardzo duży sukces.

Jeszcze dzisiaj może napiszę jak z tym moim roztwarzaniem wodorotlenku...