Separation factors at sublimation refining of some lanthanides
It is shown that the application of ideal separation factor in calculations of sublimation refining of Sm, Eu, Tm, and Yb has confined character: in considered base–impurity systems a difference between effective (β) and ideal (βi ) separation factors increases with deviation of βi from unity and ca...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2020 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/194342 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Separation factors at sublimation refining of some lanthanides / А.I. Кravchenko // Problems of atomic science and tecnology. — 2020. — Т. 1, № 1. — С. 35-37. — Бібліогр.: 3 назв. — англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859831828691550208 |
|---|---|
| author | Кravchenko, А.I. |
| author_facet | Кravchenko, А.I. |
| citation_txt | Separation factors at sublimation refining of some lanthanides / А.I. Кravchenko // Problems of atomic science and tecnology. — 2020. — Т. 1, № 1. — С. 35-37. — Бібліогр.: 3 назв. — англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | It is shown that the application of ideal separation factor in calculations of sublimation refining of Sm, Eu, Tm, and Yb has confined character: in considered base–impurity systems a difference between effective (β) and ideal (βi ) separation factors increases with deviation of βi from unity and can be very significant; the measurable difference (in limited of a one order) between β and ideal βi is observed at deviation of βi from unity not more than 2 orders. This does not contradict the conclusion on separation factors at distillation and sublimation of other substances. The discrepancies between the effective and ideal separation factors in evaporative refining processes (distillation and sublimation) are not associated with the chemical interaction of the components.
Показано, що застосовність ідеального коефіцієнта розподілу в розрахунках сублімаційного рафінування Sm, Eu, Tm і Yb має обмежений характер: у розглянутих системах основа–домішка розбіжність ефективного (β) і ідеального (βi) коефіцієнтів розподілу зростає з відхиленням βi від одиниці і може бути вельми значним; помірна розбіжність β і βi (у межах одного порядку) спостерігається при відхиленні значень βi від одиниці не більше ніж на два порядки. Це не суперечить висновку про коефіцієнти розподілу при дистиляції і сублімації інших речовин. Розбіжності між ефективним і ідеальним коефіцієнтами розподілу у випарних процесах рафінування (дистиляція і сублімація) не пов'язані з хімічною взаємодією компонентів.
Показано, что применимость идеального коэффициента разделения в расчетах высокотемпературного сублимационного рафинирования Sm, Eu, Tm и Yb имеет ограниченный характер: в рассмотренных системах основа–примесь расхождение эффективного (β) и идеального (βi) коэффициентов разделения растет с отклонением βi от единицы и может быть весьма значительным; умеренное расхождение β и βi (в пределах одного порядка) наблюдается при отклонении значений βi от единицы не более чем на два порядка. Это не противоречит заключению о коэффициентах разделения при дистилляции и сублимации других веществ. Расхождения между эффективным и идеальным коэффициентами разделения в испарительных процессах рафинирования (дистилляция и сублимация) при малом содержании примесей не связаны с химическим взаимодействием компонентов.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:32:29Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1562-6016. PASТ. 2020. №1(125), p. 35-37.
UDC 669
SEPARATION FACTORS AT SUBLIMATION REFINING OF SOME
LANTHANIDES
А.I. Кravchenko
National Science Center “Kharkov Institute of Physics and Technology”, Kharkiv, Ukraine
E-mail: alex@krawa.net
It is shown that the application of ideal separation factor in calculations of high-temperature sublimation refining
of Sm, Eu, Tm and Yb has confined character: in considered base-impurity systems a difference between effective
(β) and ideal (βi) separation factors increases with deviation of βi from unity and can be very significant; the
measurable difference (in limited of a one order) between β and ideal βi is observed at deviation of βi from unity not
more than 2 orders. This does not contradict the conclusion on separation factors at distillation and sublimation of
other substances. The discrepancies between the effective and ideal separation factors in evaporative refining
processes (distillation and sublimation at low impurity content) are not associated with the chemical interaction of
the components.
Sublimation is one of the main methods for
obtaining high-purity substances (as well as distillation
and crystallization), in connection with which interest is
shown in the theory of sublimation refining [1, 2]. In
particular, it was shown that high-temperature
sublimation (at a temperature near the melting point) is
described by the same simple equations as distillation.
One of the questions of the theory of distillation and
sublimation is the question of the applicability of the
ideal separation factor βi in the calculations of these
processes. While the values of the effective separation
factor β for real evaporation processes depend on many
factors and cannot be calculated before the experiment,
in ideal model of distillation it is easy to establish that
βi=pi/p, where p and pi are the vapor pressure of the base
and impurity, respectively. The values of βi are known
for most binary systems over a wide temperature range -
since the vapor pressures of almost all chemical
elements are known. The effective separation
coefficient β can be found from the results of the
refining process. As follows from the distillation
equation, at not too large degree of distillation β~C/C0,
where C is the impurity concentration in the condensate,
C0 is the initial impurity concentration in the substance
being refined [2].
An analysis of the experimental data on the refining
of a number of substances was carried out. A
comparison was made between β and βi in the refining
of the base-impurity systems, in which Cd, Ga, Mn, Pb,
S, Sb, Se, Te, Zn served as the basis for distillation
(about 40 systems) and As, Cr, Mg, Mn for high-
temperature sublimation (about 20 systems) [2]. It was
shown that the applicability of βi in the calculations of
the distillation and sublimation refining of these systems
is limited: the divergence of β and βi increases with
deviation of βi from unity and can be quite significant; a
moderate divergence of β and βi (within the same order
of magnitude) is observed when the values of βi deviate
from unity by no more than 3 orders of magnitude (in
separate systems β/βi ~ 1 and βi ~ 1).
In pursuit of the fullness of knowledge about
evaporative refining processes, attention was drawn to
experimental data on the sublimation of Sm, Eu, Tm
and Yb [3] – data that were not considered in a previous
study [2]. The evaporation of these substances (with an
initial impurity content of ~ 10
–5
10
–2
wt.%) was
carried out at temperatures close to their melting points
(melting points Sm, Eu, Tm, and Yb are 1350, 1099,
1818, and 1097 K, respectively). The purpose of this
work was to study the ratio of the effective and ideal
separation factors for the sublimation of lanthanides Sm,
Eu, Tm and Yb and to determine the applicability of the
ideal separation factor in the calculations of the
sublimation refining of these substances in comparison
with the data on the distillation and sublimation of other
substances.
According to the experimental data on the content of
impurities in Sm, Eu, Tm and Yb during sublimation,
the order of values of the effective separation factor β in
various base-impurity systems was estimated
(β ~ С/С0). To calculate of βi we used data on the vapor
pressure of pure components at the indicated tempe-
ratures [4]. The results of calculations of β and βi are
given in Table (total – for 36 base-impurity systems).
The conclusion that can be made about the ratio of β
and βi by sublimation of the substances considered
(Table) does not contradict the conclusion of [2] for
distillation and sublimation.
At the same time, comparison of β and βi during
distillation and sublimation (Table and [2]) allows us to
re-address the question of the reasons for the divergence
of β and βi. Two circumstances are noteworthy. Firstly,
the content of impurities does not decrease by more than
3 orders of magnitude – even at βi<<1. Secondly,
systems for which β ~ βi ~ 0.1 and βi ~ 1 are formed by
elements with different valencies capable of forming
chemical compounds with a vapor pressure substantially
different from the vapor pressure of these elements. So,
according to the data of Table and the data of [2],
β ~ βi ~ 0.1 and βi ~ 1 in the systems Yb(III)-Ca(II),
Ga(III)-Cu(I), Ga(III)-Si(IV), Tm(III)-Mn(VII), Pb(IV)-
Ag(I), Pb(IV)-In(III), Pb(IV)-Sb(V), As(V)-Na(I),
As(V)-Mg(II), Se(VI)-Cd(II) Mn(VII)-Fe(VIII), the
basic valency of the element is indicated in parentheses.
These circumstances indicate that the discrepancies
between the effective and ideal separation coefficients
in high-temperature evaporative refining processes are
explained not by the chemical interaction of the
components, but by other factors (possibly, the capture
of impurities by the vapor of the main component).
mailto:alex@krawa.net
Separation factors at sublimation refining of Sm, Eu, Tm, Yb
Impurity
β/βi and βi for matters with different base
Sm Eu Tm Yb
β/βi βi β/βi βi β/βi βi β/βi βi
Ca – – – – – – ~1 0.2
Mn ~1 ~10
-2
~10
3
~10
-4
~1 ~10
-1
~10
4
~10
-4
Al ~10 ~10
-3
~10
5
~10
-5
~10
2
~10
-2
~10
4
~10
-5
Ni ~10
2
~10
-3
~10
5
~10
-5
~10
2
~10
-2
~10
5
~10
-5
Cu ~10 ~10
-4
~10
6
~10
-6
~10
3
~10
-3
~10
6
~10
-6
Co ~10
2
~10
-4
~10
6
~10
-6
~10
3
~10
-3
~10
6
~10
-6
Si ~10
3
~10
-5
~10
6
~10
-7
~10
4
~10
-4
~10
6
~10
-7
Fe ~10
3
~10
-6
~10
6
~10
-8
~10
5
~10
-5
~10
7
~10
-8
La ~10
5
~10
-8
- - ~10
7
~10
-7
~10
10
~10
-10
Ta >>10
13
<<10
-13
>>10
13
<<10
-13
>>10
13
<<10
-13
>>10
13
<<10
-13
CONCLUSION
The applicability of the ideal separation ratio in the
calculations of the high-temperature sublimation
refining Sm, Eu, Tm and Yb is limited: in the
considered base-impurity systems (with Ca, Mn, Al, Ni,
Cu, Co, Si, Fe, La, Ta impurities) the divergence
between the effective (β) and ideal (βi) separation
factors increases with deviation of βi from unity and can
be quite significant (by several orders of magnitude); a
moderate divergence of β and βi (within the same order
of magnitude) is observed when the values of βi deviate
from unity by no more than 2 orders of magnitude.
The discrepancy between the effective and ideal
separation coefficients in the evaporation refining
processes (distillation and sublimation at low impurity
content) is not due to chemical interaction of the
components, but for other reasons (perhaps the
entrapment of impurities by the main component vapor).
REFERENCES
1. A.I. Zhukov, A.I. Kravchenko. Calculation of
sublimation with allowance for impurity diffusion //
Inorganic Materials. 2017, v. 53, N 6, p. 648-653.
2. A.I. Kravchenko. Relationship between effective
and ideal separation factors for distillation and
sublimation // Inorganic Materials. 2016, v. 52, N 4,
p. 378-385.
3. A.M. Ionov, T.V. Nikiforova, N.N. Rytus.
Aspects of the purification of volatile rare earth metals
by UHV sublimation: Sm, Eu, Tm, Yb // Vacuum. 1996,
v. 47, N 6-8, p. 879-883.
4. A.N. Nesmeyanov. Vapor pressure of chemical
elements. Moscow: Akad. Nauk SSSR, 1961, 396 p.
Article received 20.09.2019
КОЭФФИЦИЕНТЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ПРИ СУБЛИМАЦИОННОМ РАФИНИРОВАНИИ
НЕКОТОРЫХ ЛАНТАНОИДОВ
А.И. Кравченко
Показано, что применимость идеального коэффициента разделения в расчетах высокотемпературного
сублимационного рафинирования Sm, Eu, Tm и Yb имеет ограниченный характер: в рассмотренных
системах основапримесь расхождение эффективного (β) и идеального (βi) коэффициентов разделения
растет с отклонением βi от единицы и может быть весьма значительным; умеренное расхождение β и βi (в
пределах одного порядка) наблюдается при отклонении значений βi от единицы не более чем на два порядка.
Это не противоречит заключению о коэффициентах разделения при дистилляции и сублимации других
веществ. Расхождения между эффективным и идеальным коэффициентами разделения в испарительных
процессах рафинирования (дистилляция и сублимация) при малом содержании примесей не связаны с
химическим взаимодействием компонентов.
КОЕФІЦІЄНТИ РОЗПОДІЛУ ПРИ СУБЛІМАЦІЙНОМУ РАФІНУВАННІ
ДЕЯКИХ ЛАНТАНОЇДІВ
O.I. Кравченко
Показано, що застосовність ідеального коефіцієнта розподілу в розрахунках сублімаційного рафінування
Sm, Eu, Tm і Yb має обмежений характер: у розглянутих системах основадомішка розбіжність ефективного
(β) і ідеального (βi) коефіцієнтів розподілу зростає з відхиленням βi від одиниці і може бути вельми значним;
помірна розбіжність β і βi (у межах одного порядку) спостерігається при відхиленні значень βi від одиниці не
більше ніж на два порядки. Це не суперечить висновку про коефіцієнти розподілу при дистиляції і
сублімації інших речовин. Розбіжності між ефективним і ідеальним коефіцієнтами розподілу у випарних
процесах рафінування (дистиляція і сублімація) не пов'язані з хімічною взаємодією компонентів.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-194342 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-07T15:32:29Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кravchenko, А.I. 2023-11-22T16:18:42Z 2023-11-22T16:18:42Z 2020 Separation factors at sublimation refining of some lanthanides / А.I. Кravchenko // Problems of atomic science and tecnology. — 2020. — Т. 1, № 1. — С. 35-37. — Бібліогр.: 3 назв. — англ. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/194342 669 It is shown that the application of ideal separation factor in calculations of sublimation refining of Sm, Eu, Tm, and Yb has confined character: in considered base–impurity systems a difference between effective (β) and ideal (βi ) separation factors increases with deviation of βi from unity and can be very significant; the measurable difference (in limited of a one order) between β and ideal βi is observed at deviation of βi from unity not more than 2 orders. This does not contradict the conclusion on separation factors at distillation and sublimation of other substances. The discrepancies between the effective and ideal separation factors in evaporative refining processes (distillation and sublimation) are not associated with the chemical interaction of the components. Показано, що застосовність ідеального коефіцієнта розподілу в розрахунках сублімаційного рафінування Sm, Eu, Tm і Yb має обмежений характер: у розглянутих системах основа–домішка розбіжність ефективного (β) і ідеального (βi) коефіцієнтів розподілу зростає з відхиленням βi від одиниці і може бути вельми значним; помірна розбіжність β і βi (у межах одного порядку) спостерігається при відхиленні значень βi від одиниці не більше ніж на два порядки. Це не суперечить висновку про коефіцієнти розподілу при дистиляції і сублімації інших речовин. Розбіжності між ефективним і ідеальним коефіцієнтами розподілу у випарних процесах рафінування (дистиляція і сублімація) не пов'язані з хімічною взаємодією компонентів. Показано, что применимость идеального коэффициента разделения в расчетах высокотемпературного сублимационного рафинирования Sm, Eu, Tm и Yb имеет ограниченный характер: в рассмотренных системах основа–примесь расхождение эффективного (β) и идеального (βi) коэффициентов разделения растет с отклонением βi от единицы и может быть весьма значительным; умеренное расхождение β и βi (в пределах одного порядка) наблюдается при отклонении значений βi от единицы не более чем на два порядка. Это не противоречит заключению о коэффициентах разделения при дистилляции и сублимации других веществ. Расхождения между эффективным и идеальным коэффициентами разделения в испарительных процессах рафинирования (дистилляция и сублимация) при малом содержании примесей не связаны с химическим взаимодействием компонентов. en Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Pure materials and the vacuum technologies Separation factors at sublimation refining of some lanthanides Коефіцієнти розподілу при сублімаційному рафінуванні деяких лантаноїдів Коефіцієнти розподілу при сублімаційному рафінуванні деяких лантаноїдів Article published earlier |
| spellingShingle | Separation factors at sublimation refining of some lanthanides Кravchenko, А.I. Pure materials and the vacuum technologies |
| title | Separation factors at sublimation refining of some lanthanides |
| title_alt | Коефіцієнти розподілу при сублімаційному рафінуванні деяких лантаноїдів Коефіцієнти розподілу при сублімаційному рафінуванні деяких лантаноїдів |
| title_full | Separation factors at sublimation refining of some lanthanides |
| title_fullStr | Separation factors at sublimation refining of some lanthanides |
| title_full_unstemmed | Separation factors at sublimation refining of some lanthanides |
| title_short | Separation factors at sublimation refining of some lanthanides |
| title_sort | separation factors at sublimation refining of some lanthanides |
| topic | Pure materials and the vacuum technologies |
| topic_facet | Pure materials and the vacuum technologies |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/194342 |
| work_keys_str_mv | AT kravchenkoai separationfactorsatsublimationrefiningofsomelanthanides AT kravchenkoai koefícíêntirozpodíluprisublímacíinomurafínuvannídeâkihlantanoídív |