Введение в технологию редкоземельной промышленности
·Редкоземельный элемент iэто не металлический элемент, а собирательный термин для 15 редкоземельных элементов ииттрийискандий. Таким образом, 17 редкоземельных элементов и их различные соединения имеют различное применение: от хлоридов с чистотой 46% до отдельных редкоземельных оксидов иредкоземельные металлыс чистотой 99,9999%. С добавлением родственных соединений и смесей, существует бесчисленное множество редкоземельных продуктов. Итак,редкоземельныйТехнология также разнообразна на основе различий этих 17 элементов. Однако, в связи с тем, что редкоземельные элементы можно разделить на церий ииттрийгруппы, основанные на характеристиках минералов, процессы добычи, плавки и разделения редкоземельных минералов также относительно унифицированы. Начиная с первоначальной добычи руды, методы разделения, процессы плавки, методы извлечения и процессы очистки редкоземельных металлов будут представлены один за другим.
Переработка редкоземельных металлов
·Обогащение полезных ископаемых — это процесс механической обработки, который использует различия в физических и химических свойствах различных минералов, входящих в состав руды, применяет различные методы обогащения, процессы и оборудование для обогащения полезных минералов в руде, удаления вредных примесей и отделения их от пустых пород.
·Вредкоземельныйруды, добываемые во всем мире, содержаниередкоземельные оксидысоставляет всего несколько процентов, а некоторые даже ниже. Для того, чтобы удовлетворить производственные потребности плавки,редкоземельныйМинералы отделяются от пустой породы и других полезных ископаемых путем обогащения перед плавкой, чтобы увеличить содержание редкоземельных оксидов и получить концентраты редкоземельных элементов, которые могут соответствовать требованиям металлургии редкоземельных элементов. Обогащение редкоземельных руд обычно осуществляется методом флотации, часто дополняемым несколькими комбинациями гравитационного и магнитного разделения для формирования технологического потока обогащения.
TheредкоземельныйМесторождение на руднике Байюнебо во Внутренней Монголии представляет собой месторождение карбонатного типа железистого доломита, в основном состоящего из сопутствующих редкоземельных минералов в железной руде (помимо фторуглеродной цериевой руды и монацита, есть также несколькониобийиредкоземельныйминералы).
Добытая руда содержит около 30% железа и около 5% редкоземельных оксидов. После дробления крупной руды в шахте ее перевозят по железной дороге на обогатительную фабрику Baotou Iron and Steel Group Company. Задача обогатительной фабрики — увеличитьFe2O3от 33% до более 55%, сначала измельчение и сортировка на конической шаровой мельнице, а затем отбор первичного железного концентрата 62-65% Fe2O3 (оксид железа) с использованием цилиндрического магнитного сепаратора. Хвосты продолжают подвергаться флотации и магнитной сепарации для получения вторичного железного концентрата, содержащего более 45%Fe2O3(оксид железа). Редкоземельные элементы обогащаются в пене флотации с содержанием 10-15%. Концентрат может быть отобран с помощью вибростола для получения грубого концентрата с содержанием РЗЭ 30%. После переработки на обогатительном оборудовании может быть получен концентрат РЗЭ с содержанием РЗЭ более 60%.
Метод разложения концентрата редкоземельных элементов
·Редкоземельные элементыЭлементы в концентратах обычно существуют в форме нерастворимых карбонатов, фторидов, фосфатов, оксидов или силикатов. Редкоземельные элементы должны быть преобразованы в соединения, растворимые в воде или неорганических кислотах, посредством различных химических изменений, а затем пройти такие процессы, как растворение, разделение, очистка, концентрация или прокаливание для получения различных смешанныхредкоземельныйсоединения, такие как смешанные хлориды редкоземельных элементов, которые могут быть использованы в качестве продуктов или сырья для разделения отдельных редкоземельных элементов. Этот процесс называетсяредкоземельныйразложение концентрата, также известное как предварительная обработка.
·Существует много методов разложенияредкоземельныйконцентраты, которые можно в целом разделить на три категории: кислотный метод, щелочной метод и разложение хлорированием. Кислотное разложение можно далее разделить на разложение соляной кислотой, разложение серной кислотой и разложение плавиковой кислотой. Щелочное разложение можно далее разделить на разложение гидроксида натрия, плавление гидроксида натрия или методы обжига соды. Соответствующий технологический процесс обычно выбирается на основе принципов типа концентрата, характеристик сорта, плана продукта, удобства для извлечения и комплексного использования нередкоземельных элементов, пользы для гигиены труда и охраны окружающей среды, а также экономической рациональности.
·Хотя было обнаружено около 200 редких и рассеянных элементных минералов, они не были обогащены в самостоятельные месторождения с промышленной добычей из-за их редкости. До сих пор только редкие независимыегерманий, селен, ителлурМесторождения обнаружены, но масштабы их не очень велики.
Плавка редкоземельных металлов
·Существует два методаредкоземельныйплавка, гидрометаллургия и пирометаллургия.
·Весь процесс гидрометаллургии редкоземельных элементов и химической металлургии металлов в основном происходит в растворе и растворителе, например, разложение концентрата редкоземельных элементов, разделение и извлечениередкоземельные оксиды, соединений и отдельных редкоземельных металлов, которые используют химические процессы разделения, такие как осаждение, кристаллизация, окисление-восстановление, экстракция растворителем и ионный обмен. Наиболее часто используемый метод - это экстракция органическим растворителем, которая является универсальным процессом для промышленного разделения высокочистых отдельных редкоземельных элементов. Процесс гидрометаллургии сложен, а чистота продукта высока. Этот метод имеет широкий спектр применения при производстве готовой продукции.
Пирометаллургический процесс прост и имеет высокую производительность.Редкоземельные элементыПирометаллургия в основном включает производстворедкоземельные сплавыметодом силикотермического восстановления, производство редкоземельных металлов или сплавов методом электролиза расплавленных солей, а также производстворедкоземельные сплавыметодом термического восстановления металла и т.д.
Общей характеристикой пирометаллургии является производство в условиях высоких температур.
Процесс производства редкоземельных элементов
·Редкоземельные элементыкарбонат ихлорид редкоземельного металлаявляются двумя основными первичными продуктами вредкоземельныйпромышленность. Вообще говоря, в настоящее время существуют два основных процесса производства этих двух продуктов. Один процесс — это процесс обжига концентрированной серной кислоты, а другой процесс называется процессом каустической соды, сокращенно — процессом каустической соды.
·Помимо присутствия в различных редкоземельных минералах, значительная частьредкоземельные элементыВ природе сосуществуют с апатитом и фосфатными рудами. Общие запасы мировых фосфатных руд составляют около 100 млрд тонн, при этом средняяредкоземельныйсодержание 0,5 ‰. Подсчитано, что общее количестворедкоземельныйсвязанная с фосфатной рудой в мире составляет 50 миллионов тонн. В ответ на характеристики низкогоредкоземельныйСодержание и особый статус появления в шахтах, различные процессы восстановления были изучены как внутри страны, так и за рубежом, которые можно разделить на мокрые и термические методы. В мокрых методах их можно разделить на метод азотной кислоты, метод соляной кислоты и метод серной кислоты в соответствии с различными кислотами разложения. Существуют различные способы восстановления редкоземельных элементов из фосфорных химических процессов, все из которых тесно связаны с методами обработки фосфатной руды. В процессе термического производства,редкоземельныйПроцент выздоровления может достигать 60%.
В связи с непрерывным использованием ресурсов фосфоритовой руды и переходом к разработке фосфоритовой руды низкого качества, процесс получения фосфорной кислоты мокрым сернокислотным способом стал основным методом в фосфатной химической промышленности, а извлечениередкоземельные элементыв сернокислотном мокром процессе фосфорная кислота стала горячей точкой исследований. В процессе производства сернокислотной мокрой фосфорной кислоты процесс контроля обогащения редкоземельных элементов в фосфорной кислоте и последующего использования органической экстракции растворителем для извлечения редкоземельных элементов имеет больше преимуществ, чем ранее разработанные методы.
Процесс извлечения редкоземельных элементов
Растворимость серной кислоты
Церийгруппа (нерастворимая в сульфатных комплексных солях) –лантан, церий, празеодим, неодимовыйи прометий;
Тербийгруппа (слабо растворима в сульфатных комплексных солях) -самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, игольмий;
Иттрийгруппа (растворимы в сульфатных комплексных солях) –иттрий, эрбий, тулий, иттербий,лютеций, искандий.
Экстракционное разделение
Светредкоземельный(P204 слабая кислотность экстракции) –лантан,церий, празеодим,неодимовыйи прометий;
Средний редкоземельный элемент (извлечение P204 с низкой кислотностью)-самарий,европий,гадолиний,тербий,диспрозий;
Тяжелыйредкоземельныйэлементы(извлечение кислотности в P204) -гольмий,
Введение в процесс экстракции
В процессе разделенияредкоземельные элементы,из-за чрезвычайно близких физических и химических свойств 17 элементов, а также обилия сопутствующих примесей вредкоземельные элементыпроцесс экстракции относительно сложен и широко применяется.
Существует три типа процессов экстракции: пошаговый метод, ионный обмен и экстракция растворителем.
Пошаговый метод
Метод разделения и очистки, использующий разницу в растворимости соединений в растворителях, называется поэтапным методом.иттрий(Y) клютеций(Лу), единое разделение между всеми встречающимися в природередкоземельные элементы, включая радий, открытый супругами Кюри,
Все они разделены с помощью этого метода. Процедура работы этого метода относительно сложна, и однократное разделение всех редкоземельных элементов заняло более 100 лет, причем одно разделение и повторная операция достигали 20000 раз. Для химиков их работа
Прочность относительно высока, а процесс относительно сложен. Поэтому, используя этот метод, невозможно производить единичные редкоземельные элементы в больших количествах.
Ионный обмен
Исследования редкоземельных элементов были затруднены из-за невозможности создания единогоредкоземельный элементв больших количествах пошаговыми методами. Для того, чтобы проанализироватьредкоземельные элементысодержащихся в продуктах ядерного деления и удаляющих редкоземельные элементы из урана и тория, была успешно изучена ионообменная хроматография (ионообменная хроматография), которая затем была использована для разделенияредкоземельный элементs. Преимущество метода ионного обмена заключается в том, что за одну операцию можно разделить несколько элементов. И он также может получать продукты высокой чистоты. Однако недостатком является то, что его нельзя обрабатывать непрерывно, с длительным рабочим циклом и высокими затратами на регенерацию и замену смолы. Поэтому этот некогда основной метод разделения больших количеств редкоземельных элементов был выведен из основного метода разделения и заменен методом экстракции растворителем. Однако из-за выдающихся характеристик ионообменной хроматографии при получении высокочистых отдельных редкоземельных продуктов в настоящее время для получения отдельных продуктов сверхвысокой чистоты и разделения некоторых тяжелых редкоземельных элементов также необходимо использовать ионообменную хроматографию для разделения и получения редкоземельного продукта.
Экстракция растворителем
Метод использования органических растворителей для извлечения и разделения извлеченного вещества из несмешивающегося водного раствора называется органической экстракцией жидкость-жидкость, сокращенно экстракция растворителем. Это процесс переноса массы, который переносит вещества из одной жидкой фазы в другую. Метод экстракции растворителем ранее применялся в нефтехимии, органической химии, фармацевтической химии и аналитической химии. Однако за последние сорок лет, в связи с развитием атомной энергетики и технологий, а также необходимостью производства сверхчистых веществ и редких элементов, экстракция растворителем достигла большого прогресса в таких отраслях, как ядерная топливная промышленность и редкая металлургия. Китай достиг высокого уровня исследований в области теории экстракции, синтеза и применения новых экстрагентов и процесса экстракции для разделения редкоземельных элементов. По сравнению с методами разделения, такими как ступенчатое осаждение, ступенчатая кристаллизация и ионный обмен, экстракция растворителем имеет ряд преимуществ, таких как хороший эффект разделения, большая производительность, удобство для быстрого и непрерывного производства и простота достижения автоматического управления. Поэтому он постепенно стал основным методом разделения больших количествредкоземельныйs.
Очистка редкоземельных элементов
Производственное сырье
Редкоземельные металлыобычно делятся на смешанные редкоземельные металлы и отдельныередкоземельные металлы. Состав смешанныйредкоземельные металлыпохож на исходный редкоземельный состав в руде, и один металл представляет собой металл, отделенный и очищенный от каждого редкоземельного элемента. Его трудно уменьшитьоксид редкоземельного металлаs (за исключением оксидовсамарий,европий,, тулий,иттербий) в один металл с использованием общих металлургических методов, из-за их высокой теплоты образования и высокой стабильности. Поэтому обычно используемое сырье для производстваредкоземельные металлыв настоящее время их хлориды и фториды.
Электролиз расплавленной соли
Массовое производство смешанныхредкоземельные металлыв промышленности обычно используют метод электролиза расплавленных солей. Существует два метода электролиза: хлоридный электролиз и оксидный электролиз. Метод приготовления одногоредкоземельные металлыварьируется в зависимости от элемента.самарий,европий,,тулий,иттербийне подходят для электролитического получения из-за их высокого давления паров, и вместо этого готовятся методом восстановительной дистилляции. Другие элементы могут быть получены методом электролиза или методом термического восстановления металла.
Хлоридный электролиз является наиболее распространенным методом получения металлов, особенно для смешанных редкоземельных металлов. Процесс прост, экономически эффективен и требует минимальных инвестиций. Однако самым большим недостатком является выделение хлорного газа, который загрязняет окружающую среду. Оксидный электролиз не выделяет вредных газов, но его стоимость немного выше. Как правило, дорогостоящие отдельныередкоземельные элементытакой какнеодимовыйипразеодимпроизводятся с помощью оксидного электролиза.
Метод вакуумного электролиза позволяет получать только общепромышленный классредкоземельные металлы. Подготовитьредкоземельные металлыс низким содержанием примесей и высокой чистотой обычно используется метод вакуумного термического восстановления. Этот метод может производить все отдельные редкоземельные металлы, носамарий,европий,,тулий,иттербийне может быть получено с помощью этого метода. Окислительно-восстановительный потенциалсамарий,европий,,тулий,иттербийи кальций лишь частично снижаетредкоземельныйфторид. Обычно получение этих металлов основано на принципах высокого давления паров этих металлов и низкого давления паровлантан металлическийs. Оксиды этих четырехредкоземельные элементысмешаны с фрагментамилантан металлическийи спрессованы в блоки и восстановлены в вакуумной печи.Лантанболее активен, в то время каксамарий,европий,,тулий,иттербийпревращаются в золотолантани собирается при конденсации, что позволяет легко отделить его от шлака.
Время публикации: 07.11.2023