Die Gewinnung der Lanthanoide

Zur Gewinnung der Lanthanoide werden zunächst die Mineralien (z. B. Monazit und Bastnäsit) zermahlen und mittels physikalischer Trennverfahren vom Begleitgestein abgetrennt.
Diese Trennung erfolgt aufgrund von unterschiedlichen Eigenschaften, wie Dichte, Verhalten im Magnetfeld und Verhalten im elektrischen Feld.

Als wichtigstes Verfahren ist hierbei die Flotation zu nennen:
Die zu trennenden Mineralien befinden sich in einem mit Wasser gefüllten Becken, in das von unten Luftblasen eingeleitet werden.

Durch Zugabe eines geeigneten Flotationsmittels, welches sich an die gewünschten Erzteilchen anlagert, wird eine hydrophobe Oberfläche geschaffen.
Diese Oberfläche ermöglicht nun eine Bindung an die Luftblasen, welche die Dichte des Teilchens hinreichend senkt, so dass es zur Wasseroberfläche steigt.

Um das Zerplatzen der Luftblasen an der Oberfläche zu verhindern wird ein Schaumbildner hinzugegeben.
Bei diesem Verfahren unterscheidet man zwischen direkter Flotation, bei der das gewünschte Erz aus der Schaumschicht gewonnen werden kann, und indirekter Flotation, die nur das unerwünschte Begleitgestein aufsteigen lässt.
Typische Flotationsmittel sind hierbei Seifen, Ölsauren oder langkettige Amine.

Das auf diese Art erhaltene Mineralkonzentrat wird nun entweder in Säuren oder in Laugen gelöst, wobei man diese Verfahren als sauren oder alkalischen (bzw. basischen) Aufschluß bezeichnet.

Beim sauren Aufschluß werden die feinzerteilten Mineralien in 120 - 230 °C heißer, konzentrierter Schwefelsäure gelöst, während typische Verunreinigungen wie SiO₂, ZrSiO₄, FeTiO₃ oder TiO₂ ungelöst bleiben.
Neben Lanthan und den Lanthanoiden liegt nun auch Thorium als Sulfat in der Lösung vor.
Nach dem Lösen der Sulfate in Eiswasser erfolgt eine partielle Neutralisation mit Ammoniak um das Thorium in Form basischer Salze auszufällen.
Hiernach können nun die Lanthanoide nach Zugabe von Oxalsäure ( HOOC-COOH) als Oxalate ausgefällt werden.
Durch Erhitzen werden die Oxalate in die Oxide überführt.
Die Zugabe von Natriumsulfat (Na₂SO₄) vor der Oxalatfällung ermöglicht die Trennung der Yttererden von den Ceriterden, welche als unlösliche Doppelsulfate Ln₂(SO₄)₃*Na₂SO₄ *n H₂O ausfallen.

Beim basischen Aufschluß des Monazits wird das Phosphatgemisch (Ln,Y,Th)PO₄ durch Behandlung mit 150 °C heißer 50 %iger Natronlauge unter Druck in das Gemisch der unlöslichen Hydroxide überführt.
Der Aufschluß verläuft nach folgenden Reaktionsgleichungen:

LnPO₄(s) + 3 NaOH(aq) —> Ln(OH)₃(s) + Na₃PO₄(aq)
Th₃PO₄(s) + 12 NaOH(aq) —> 3 Th(OH)₄(s) + 4 Na₃PO₄(aq)

Nach Dekantieren, Waschen und Filtrieren löst man nun die festen Hydroxide in Salpetersäure und erhält die Nitrate:

Ln(OH)₃(s) +3 HNO₃ —> Ln(NO₃)₃ + 3 H₂O(l)

Aus dieser Lösung werden nun Thorium und Spuren von Uran als Hydroxide gefällt und man erhält die Lösung der Lanthanidnitrate.