Preparation of dilute solutions of rare earth metal trichlorides by chlorination of their oxides in a molten NaCl-KCl equimolar mixture

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article is devoted to the study and thermodynamic justification of the method for obtaining dilute solutions of rare earth metal trichlorides by chlorination of their oxides in a molten equimolar mixture of NaCl – KCl. And the effectiveness of this method is demonstrated by the example of lanthanum (III) and neodymium (III) oxides. Gibbs free energy of the reactions of La2O3 and Nd2O3 chlorination by different chlorinating agents has been calculated. The interaction of lanthanum (III) and neodymium (III) oxides in the molten equimolar mixture NaClKCl depending on the chlorination time and the material of reaction vessel (beryllium oxide and glass-carbon) has been studied experimentally. The results of thermodynamic modelling of the chlorination reactions of La2O3 and Nd2O3 by gaseous chlorine in this salt melt are presented. In the case of using a molten equimolar mixture of NaCl – KCl, a significant shift of the Gibbs energy to the negative region is observed compared with chlorination without the use of a salt medium. The effectiveness of chlorine as a chlorinating agent in the melt is based on the fact that in liquid NaCl-KCl Ln3+ ions form complexes with very small activity coefficient. The removal of synthesized lanthanum trichloride from the chlorination reaction zone due to its solubility in a low-viscosity NaCl-KCl melt has a beneficial effect on the rate of its flow. It has been shown that the formation of rare earth metal trichlorides occurs through the formation of LaOCl and NdOCl oxychlorides. The advantages of the proposed method of chlorination of rare earth metal oxides (REM) in the synthesis of solutions of their trichlorides in molten salts are shown.

About the authors

A. Y. Kolobov

AO “DINUR”; Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: art.kolobov@yandex.ru
Russian Federation, Pervouralsk; Yekaterinburg

A. M. Potapov

Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: art.kolobov@yandex.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

V. A. Khokhlov

Institute of High Temperature Electrochemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: art.kolobov@yandex.ru
Russian Federation, Yekaterinburg

References

  1. Revzin G.E. Anhydrous chlorides of rare earth elements and scandium. – In the collection: Methods of obtaining chemical reagents and preparations. M.: IREA. 1967. issue. 16. pp. 124–129.
  2. Taylor M.D. Preparation of anhydrous lanthanon halides. // Chem.Rev. 1962. 62. № 6. pp.503–511.
  3. Gmelin Handbook of Inorganic Chemistry. 8th Ed. Sc, Y, La-Lu Rare earth elements. Part C 4a. System Number 39. Berlin – Heidelberg – N.-Y. Springer, 1982.
  4. Laptev D.M. Physico-chemical properties of lanthanide chlorides and their interaction in LnCl3 – LnCl2 systems. Dis. ... doctor of Chemical Sciences. Siberian State Mining and Metallurgical Academy named after S. Ordzhonikidze. Novokuznetsk, 1996. 394 p.
  5. Morozov I.S., Korshunov B.G. Interaction of neodymium and lanthanum oxides with chlorine gas // Journal of Inorganic Chemistry. 1956. No. 1. pp. 2606–2612.
  6. Morozov I.S., Korshunov B.G. On the thermodynamics of chlorination of rare earth metal oxides with chlorine gas // Reports of the USSR Academy of Sciences. 1958. Volume 119. No. 3. pp. 523–525.
  7. Senderoff S., Mellors G. W., Bretz R. I. Thermodynamic properties of solutions of cerium chloride in molten alkali halides. Annals New York Academy of Science 1960. 79. pp.878–896.
  8. Bagri P., Bastos T., Simpson M.F. Electrochemical methods for determination of activity coefficients of lanthanides in molten salts. ECS Transactions. 2016. 75. № 15, pp.489–495.
  9. Novoselova A.V., Smolenskii V.V. Electrochemical and thermodynamic properties of lanthanides (Nd, Sm, Eu, Tm, Yb) in alkali metal chloride melts. Radiochemistry. 2013. 55. № 3. pp. 243–256.
  10. Volkovich B. A., Medvedev E. O., Vasin B. D., etc. Spectroscopic investigation of the chlorination of lanthanide oxides in alkali metal chloride melts // Melts. 2006. No. 5. pp. 21–28.
  11. Khokhryakov A.A., Mikhaleva M.V., Molchanov A.M. //Journal of Inorganic Chemistry. Electronic absorption spectra of molecular chlorine solutions in molten alkali metal chlorides 2007. Vol. 52. No. 10. pp. 1705–1708.
  12. Kolobov A., Khokhlov V., Potapov A., Kochedykov V. Chlorine solutions in molten alkali chlorides. // Z.Naturforsch. 2007. 62a. № 3–4. P. 205–212.
  13. Bezukladnikov A.B., Baibakov D.P., Tarat E.Ya. // Trudy LTI im. Lensoveta, 1969. pp. 112–114.
  14. Baibakov D. P. Dis. ... candidate of Technical Sciences. LTI named after the Lensovet. Leningrad. 1971. – 144 p..
  15. Kolobov A.Yu., Potapov A.M., Khokhlov V.A. Chlorination of neodymium and lanthanum oxides with chlorine gas in a molten equimolar mixture NaCl – KCl. – In the collection: Demidov readings in the Urals, abstracts of reports Yekaterinburg, 2006. pp. 167–168.
  16. Smirnov M.B., Palguev C.F., Ivanovsky L.E. // J. Phys. Chemistry. Chlorine reference electrode in molten chlorides. 1966. 29. No. 5. pp. 772–777.
  17. Serebrennikov B.B. Chemistry of rare earth elements, vol. 1, Tomsk: Publishing House of the Tomsk University. 1959. 533 p.
  18. Kochedykov B.A., Zakiryanova I.D., Akashev L.A. Identification of products of interaction of rare earth metal oxides with air components by IR spectroscopy. Analytics and control. 2006. Volume 10. No. 2. pp.172–174.
  19. Kochedykov B.A., Zakiryanova I.D., Korzun I.B. Investigation of thermal decomposition of products of interaction of REE oxides with components of the air atmosphere. Analytics and Control. 2005. Volume 9. No. 1, pp.58–63.
  20. I.S. Morozov, Using of chlorine in the metallurgy of rare and non-ferrous metals, Nauka, Moscow, 1966
  21. S.L. Stefanyuk and I.S.Morozov, Zhur. Prikl. Khim. 38, 729. 1965.
  22. J.J. Katz and E. Rabinowitch, The Chemistry of Uranium, McGraw-Hill Book Company, Inc., N.Y. – Toronto – London 1951.
  23. V.A. Volkovich, T.R.Griffits and R.C. Thied, Proc. Int. G. Papatheodorou Symp. Patras, Sept.17–18, 1999. FORTH-ICE/HT, Patras, Greece, 1999, p. 78.
  24. A. Roine. HSC Chemistry [Software], Outotec, Pori. – 2018. – URL: www.outotec.com/HSC.
  25. Repin C.A. Preparation of anhydrous chlorides of rare earth elements. In the collection of Rare Earth metals. Ed. Ryabchikov D.I. 1963. M.: Nauka, pp.71–74.
  26. Stoyanova M.I., Konakova B.A., Ivashentsev Ya.I. On the interaction of one and a half lanthanide oxides with carbon tetrachloride. Izv. Universities. Colormet. 1974. № 3, c.103–106.
  27. Binnewies, E. Milke, Thermochemical Data of Elements and Compounds, Wiley-VCH, Weinheim. 2002
  28. B.D. Vasin, V.A. Ivanov, A.V. Sheetinskii. Potentiometric study of lanthanum-containing melts based on an equimolar mixture of sodium and potassium chlorides // Rasplavy (Melts). № 4. 103. 2000.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».