Introducere în tehnologia industriei pământurilor rare
·Pământ rar inu este un element metalic, ci un termen colectiv pentru 15 elemente de pământuri rare șiytriuşiscandiuPrin urmare, cele 17 elemente de pământuri rare și diverșii lor compuși au diverse utilizări, de la cloruri cu o puritate de 46% până la oxizi individuali de pământuri rare șimetale de pământuri rarecu o puritate de 99,9999%. Prin adăugarea de compuși și amestecuri înrudite, există nenumărate produse din pământuri rare. Așadar,pământ rartehnologia este, de asemenea, diversă, bazată pe diferențele dintre aceste 17 elemente. Cu toate acestea, datorită faptului că elementele de pământuri rare pot fi împărțite în ceriu șiytriuGrupurile bazate pe caracteristicile mineralelor, procesele de extracție, topire și separare a mineralelor din pământuri rare sunt, de asemenea, relativ unificate. Pornind de la extracția inițială a minereului, metodele de separare, procesele de topire, metodele de extracție și procesele de purificare a pământurilor rare vor fi introduse pe rând.
Prelucrarea mineralelor de pământuri rare
Prelucrarea mineralelor este un proces mecanic de prelucrare care utilizează diferențele de proprietăți fizice și chimice dintre diversele minerale care alcătuiesc minereul, utilizând diferite metode, procese și echipamente de îmbogățire pentru a îmbogăți mineralele utile din minereu, a elimina impuritățile dăunătoare și a le separa de mineralele de gangă.
·Înpământ rarminereuri exploatate la nivel mondial, conținutul deoxizi de pământuri rareeste doar câteva procente, iar unele chiar mai puțin. Pentru a satisface cerințele de producție ale topirii,pământ rarMineralele sunt separate de mineralele de gangă și alte minerale utile prin valorificare înainte de topire, pentru a crește conținutul de oxizi de pământuri rare și a obține concentrate de pământuri rare care pot îndeplini cerințele metalurgiei pământurilor rare. Valorificarea minereurilor de pământuri rare adoptă, în general, metoda flotației, adesea completată de combinații multiple de separare gravitațională și magnetică pentru a forma un flux de proces de valorificare.
Cel/Cea/Cei/Celepământ rarZăcământul din mina Baiyunebo din Mongolia Interioară este un zăcământ de tip rocă carbonatică de dolomită de fier, compus în principal din minerale de pământuri rare însoțitoare în minereul de fier (pe lângă minereul de ceriu fluorocarbonizat și monazit, există și mai multeniobiuşipământ rarminerale).
Minereul extras conține aproximativ 30% fier și aproximativ 5% oxizi de pământuri rare. După zdrobirea minereului mare în mină, acesta este transportat cu trenul la uzina de valorificare a companiei Baotou Iron and Steel Group. Sarcina uzinei de valorificare este de a creșteFe2O3de la 33% la peste 55%, mai întâi măcinarea și sortarea pe o moară conică cu bile, apoi selectarea unui concentrat primar de fier de 62-65% Fe2O3 (oxid de fier) folosind un separator magnetic cilindric. Sterilul continuă să fie supus flotației și separării magnetice pentru a obține un concentrat secundar de fier care conține mai mult de 45%Fe2O3(oxid de fier). Pământurile rare sunt îmbogățite în spumă de flotație, cu o gradație de 10-15%. Concentratul poate fi selectat folosind o masă vibrantă pentru a produce un concentrat grosier cu un conținut de REO de 30%. După reprocesarea cu ajutorul unui echipament de îmbogățire, se poate obține un concentrat de pământuri rare cu un conținut de REO de peste 60%.
Metoda de descompunere a concentratului de pământuri rare
·Pământ rarElementele din concentrate există în general sub formă de carbonați, fluoruri, fosfați, oxizi sau silicați insolubili. Elementele de pământuri rare trebuie transformate în compuși solubili în apă sau acizi anorganici prin diverse modificări chimice și apoi supuse unor procese precum dizolvarea, separarea, purificarea, concentrarea sau calcinarea pentru a produce diverse amestecuri.pământ rarcompuși precum clorurile mixte de pământuri rare, care pot fi utilizați ca produse sau materii prime pentru separarea elementelor individuale de pământuri rare. Acest proces se numeștepământ rardescompunerea concentratului, cunoscută și sub denumirea de pretratare.
· Există multe metode de descompunerepământ rarconcentrate, care pot fi în general împărțite în trei categorii: metoda acidă, metoda alcalină și descompunere prin clorinare. Descompunerea acidă poate fi împărțită în continuare în descompunerea acidului clorhidric, descompunerea acidului sulfuric și descompunerea acidului fluorhidric. Descompunerea alcalină poate fi împărțită în continuare în descompunerea hidroxidului de sodiu, topirea hidroxidului de sodiu sau metode de prăjire a sodei. Fluxul de proces adecvat este în general selectat pe baza principiilor tipului de concentrat, caracteristicilor de calitate, planului de produs, confortului pentru recuperarea și utilizarea completă a elementelor non-pământuri rare, beneficiilor pentru igiena muncii și protecția mediului și raționalității economice.
Deși au fost descoperite aproape 200 de minerale rare și dispersate, acestea nu au fost îmbogățite în zăcăminte independente prin minerit industrial din cauza rarității lor. Până în prezent, doar minerale independente rare au fost descoperite.germaniu, seleniușitelurAu fost descoperite zăcăminte, dar amploarea zăcămintelor nu este foarte mare.
Topirea pământurilor rare
Există două metode pentrupământ rartopire, hidrometalurgie și pirometalurgie.
Întregul proces de hidrometalurgie a pământurilor rare și metalurgie chimică a metalelor se desfășoară în mare parte în soluție și solvent, cum ar fi descompunerea concentratului de pământuri rare, separarea și extracțiaoxizi de pământuri rare, compuși și metale de pământuri rare individuale, care utilizează procese de separare chimică, cum ar fi precipitarea, cristalizarea, oxidare-reducerea, extracția cu solvent și schimbul de ioni. Cea mai frecvent utilizată metodă este extracția cu solvent organic, care este un proces universal pentru separarea industrială a elementelor de pământuri rare individuale de înaltă puritate. Procesul hidrometalurgic este complex, iar puritatea produsului este ridicată. Această metodă are o gamă largă de aplicații în producerea de produse finite.
Procesul pirometalurgic este simplu și are o productivitate ridicată.Pământ rarPirometalurgia include în principal producerea dealiaje de pământuri rareprin metoda reducerii silicotermice, producerea de metale sau aliaje din pământuri rare prin metoda electrolizei cu săruri topite și producerea dealiaje de pământuri rareprin metoda reducerii termice a metalelor etc.
Caracteristica comună a pirometalurgiei este producția în condiții de temperatură ridicată.
Procesul de producție a pământurilor rare
·Pământ rarcarbonat șiclorură de pământuri raresunt cele două produse primare principale dinpământ rarindustrie. În general, există în prezent două procese principale pentru producerea acestor două produse. Un proces este procesul de prăjire cu acid sulfuric concentrat, iar celălalt proces se numește procesul de sodă caustică, prescurtat ca procesul de sodă caustică.
·Pe lângă faptul că sunt prezente în diverse minerale din pământuri rare, o parte semnificativă aelemente de pământuri rareîn natură coexistă cu minerale de apatită și rocă fosfatică. Rezervele totale de minereu de fosfat la nivel mondial sunt de aproximativ 100 de miliarde de tone, cu o mediepământ rarconținut de 0,5 ‰. Se estimează că cantitatea totală depământ rarasociat cu minereul de fosfat din lume este de 50 de milioane de tone. Ca răspuns la caracteristicile de nivel scăzutpământ rarAvând în vedere conținutul și statutul de prezență specială în mine, au fost studiate diverse procese de recuperare atât la nivel intern, cât și internațional, care pot fi împărțite în metode umede și termice. Metodele umede pot fi împărțite în metoda acidului azotic, metoda acidului clorhidric și metoda acidului sulfuric, în funcție de diferiții acizi de descompunere. Există diverse modalități de a recupera pământurile rare din procesele chimice ale fosforului, toate fiind strâns legate de metodele de procesare a minereului de fosfat. În timpul procesului de producție termică,pământ rarRata de recuperare poate ajunge la 60%.
Odată cu utilizarea continuă a resurselor de rocă fosfatică și trecerea către dezvoltarea rocilor fosfatice de calitate scăzută, procesul umed cu acid sulfuric și acid fosforic a devenit metoda principală în industria chimică a fosfaților, iar recuperarea...elemente de pământuri rareÎn procesul umed al acidului sulfuric, acidul fosforic a devenit un subiect de cercetare important. În procesul de producție a acidului sulfuric prin procedeul umed, procesul de control al îmbogățirii pământurilor rare în acid fosforic și apoi utilizarea extracției cu solvent organic pentru extragerea pământurilor rare are mai multe avantaje decât metodele dezvoltate inițial.
Procesul de extracție a pământurilor rare
Solubilitatea acidului sulfuric
Terbiugrup (ușor solubil în săruri complexe de sulfat) -samariu, europiu, gadoliniu, terbiu, disprosiușiholmiu;
Separare prin extracție
Aprindepământ rar(P204 extracție cu aciditate slabă) –lantan,ceriu, praseodim,neodimși prometiu;
pământuri rare mijlocii (extracție cu aciditate scăzută P204)-samariu,europiu,gadoliniu,terbiu,disprosiu;
Greupământ rarelemente(extracție acidă în P204) -holmiu,
Introducere în procesul de extracție
În procesul de separareelemente de pământuri rare,datorită proprietăților fizice și chimice extrem de similare ale celor 17 elemente, precum și abundenței impurităților însoțitoare dinelemente de pământuri rare, procesul de extracție este relativ complex și utilizat în mod obișnuit.
Există trei tipuri de procese de extracție: metoda pas cu pas, schimbul de ioni și extracția cu solvent.
Metoda pas cu pas
Metoda de separare și purificare care utilizează diferența de solubilitate a compușilor în solvenți se numește metoda pas cu pas. De laytriu(Y) cătrelutețiu(Lu), o singură separare între toate elementele care apar în mod naturalelemente de pământuri rare, inclusiv radiul descoperit de cuplul Curie,
Toate sunt separate folosind această metodă. Procedura de operare a acestei metode este relativ complexă, iar o singură separare a tuturor elementelor de pământuri rare a durat peste 100 de ani, o singură separare și operațiune repetată ajungând la 20.000 de ori. Pentru lucrătorii din industria chimică, munca lor
Rezistența este relativ mare, iar procesul este relativ complex. Prin urmare, utilizarea acestei metode nu poate produce niciun pământ rar în cantități mari.
Schimb de ioni
Munca de cercetare privind elementele de pământuri rare a fost împiedicată de incapacitatea de a produce un singur elementelementul pământos rarîn cantități mari prin metode pas cu pas. Pentru a analizaelemente de pământuri rareconținute în produsele de fisiune nucleară și pentru a elimina elementele de pământuri rare din uraniu și toriu, cromatografia de schimb ionic (cromatografia de schimb ionic) a fost studiată cu succes, fiind apoi utilizată pentru separareaelementul pământos rars. Avantajul metodei de schimb ionic este că mai multe elemente pot fi separate într-o singură operație. Și se pot obține, de asemenea, produse de înaltă puritate. Cu toate acestea, dezavantajul este că nu poate fi procesată continuu, existând un ciclu de operare lung și costuri ridicate pentru regenerarea și schimbul de rășină. Prin urmare, această metodă principală pentru separarea unor cantități mari de pământuri rare a fost retrasă din metoda de separare obișnuită și înlocuită cu metoda de extracție cu solvent. Cu toate acestea, datorită caracteristicilor remarcabile ale cromatografiei de schimb ionic în obținerea de produse individuale de pământuri rare de înaltă puritate, în prezent, pentru a produce produse individuale de puritate ultra-înaltă și a separa unele elemente de pământuri rare grele, este necesară și utilizarea cromatografiei de schimb ionic pentru a separa și produce un produs de pământuri rare.
Extracția cu solvent
Metoda de utilizare a solvenților organici pentru extragerea și separarea substanței extrase dintr-o soluție apoasă nemiscibilă se numește extracție lichid-lichid cu solvent organic, prescurtată extracție cu solvent. Este un proces de transfer de masă care transferă substanțe dintr-o fază lichidă în alta. Metoda de extracție cu solvent a fost aplicată anterior în petrochimie, chimie organică, chimie farmaceutică și chimie analitică. Cu toate acestea, în ultimii patruzeci de ani, datorită dezvoltării științei și tehnologiei energiei atomice, precum și a necesității de a produce substanțe ultrapure și elemente rare, extracția cu solvent a înregistrat progrese semnificative în industrii precum industria combustibililor nucleari și metalurgia rară. China a atins un nivel ridicat de cercetare în teoria extracției, sinteza și aplicarea de noi agenți de extracție și procesul de extracție pentru separarea elementelor de pământuri rare. Comparativ cu metodele de separare precum precipitarea gradată, cristalizarea gradată și schimbul de ioni, extracția cu solvent are o serie de avantaje, cum ar fi un efect bun de separare, o capacitate mare de producție, comoditatea pentru o producție rapidă și continuă și control automat ușor de realizat. Prin urmare, a devenit treptat principala metodă de separare a cantităților mari de...pământ rars.
Purificarea pământurilor rare
Materii prime de producție
Metale de pământuri raresunt în general împărțite în metale mixte de pământuri rare și metale simplemetale de pământuri rareCompoziția amesteculuimetale de pământuri rareeste similară cu compoziția originală a pământurilor rare din minereu, iar un singur metal este un metal separat și rafinat din fiecare pământ rar. Este dificil de redusoxid de pământuri rares (cu excepția oxizilor desamariu,europiu,, tuliu,yterbiu) într-un singur metal folosind metode metalurgice generale, datorită căldurii lor ridicate de formare și a stabilității ridicate. Prin urmare, materiile prime utilizate în mod obișnuit pentru producerea demetale de pământuri rareîn zilele noastre sunt clorurile și fluorurile lor.
Electroliza sărurilor topite
Producția în masă a amestecurilormetale de pământuri rareÎn industrie se folosește în general metoda de electroliză cu sare topită. Există două metode de electroliză: electroliza clorurii și electroliza oxidului. Metoda de preparare a unei singuremetale de pământuri rarevariază în funcție de element.samariu,europiu,,tuliu,yterbiunu sunt potrivite pentru prepararea electrolitică din cauza presiunii lor de vapori ridicate și sunt preparate folosind metoda distilării prin reducere. Alte elemente pot fi preparate prin electroliză sau prin metoda reducerii termice a metalelor.
Electroliza clorurilor este cea mai comună metodă de producere a metalelor, în special pentru metalele mixte din pământuri rare. Procesul este simplu, rentabil și necesită investiții minime. Cu toate acestea, cel mai mare dezavantaj este eliberarea de clor gazos, care poluează mediul. Electroliza oxidică nu eliberează gaze nocive, dar costul este puțin mai mare. În general, electroliza unică, cu preț ridicat,...pământuri rarecaneodimşipraseodimsunt produse prin electroliză oxidică.
Metoda de electroliză prin reducerea vidului poate prepara doar materiale de calitate industrială generalămetale de pământuri rareA pregătimetale de pământuri rarecu impurități scăzute și puritate ridicată, se utilizează în general metoda de reducere termică în vid. Această metodă poate produce toate metalele pământoase rare, darsamariu,europiu,,tuliu,yterbiunu poate fi produs folosind această metodă. Potențialul redox alsamariu,europiu,,tuliu,yterbiuiar calciul reduce doar parțialpământ rarfluorură. În general, prepararea acestor metale se bazează pe principiile presiunii de vapori ridicate a acestor metale și a presiunii de vapori scăzute alantan metalics. Oxizii acestor patrupământuri raresunt amestecate cu fragmente delantan metalicși comprimate în blocuri și reduse într-un cuptor cu vid.Lantaneste mai activ, în timp cesamariu,europiu,,tuliu,yterbiusunt reduse la aur de cătrelantanși colectate la condens, facilitând separarea de zgură.
Data publicării: 07 noiembrie 2023