Введение в технологии редкоземельной промышленности
·Редкая земля яЭто 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 оксидов редкоземельных металлов иредкоземельные металлыс чистотой 99,9999%.С добавлением родственных соединений и смесей появляется бесчисленное множество редкоземельных продуктов.Так,редкоземельныйТехнология также разнообразна в зависимости от различий этих 17 элементов.Однако в связи с тем, что редкоземельные элементы можно разделить на церий ииттрийГруппы по минеральным характеристикам, процессы добычи, плавки и разделения редкоземельных минералов также относительно унифицированы.Начиная с начальной добычи руды, методы разделения, процессы плавки, методы извлечения и процессы очистки редкоземельных элементов будут внедряться один за другим.
Минеральная переработка редкоземельных металлов
·Обработка полезных ископаемых — это процесс механической обработки, в котором используются различия в физических и химических свойствах различных минералов, составляющих руду, используются различные методы, процессы и оборудование обогащения для обогащения полезных минералов в руде, удаления вредных примесей и их разделения. из жильных минералов.
·Вредкоземельныйруд, добываемых по всему миру, содержаниеоксиды редкоземельных металловсоставляет всего несколько процентов, а некоторые даже ниже.Чтобы удовлетворить производственные требования плавки,редкоземельныйминералы отделяются от пустой породы и других полезных ископаемых путем обогащения перед плавкой с целью увеличения содержания оксидов редкоземельных элементов и получения концентратов редкоземельных элементов, отвечающих требованиям редкоземельной металлургии.Для обогащения редкоземельных руд обычно используется метод флотации, часто дополняемый несколькими комбинациями гравитационной и магнитной сепарации для формирования технологического процесса обогащения.
редкоземельныйМесторождение на руднике Байюнебо во Внутренней Монголии представляет собой месторождение железного доломита карбонатного типа, сложенное в основном из сопутствующих редкоземельных минералов в железной руде (помимо фторуглеродной цериевой руды и монацита имеется также несколькониобийиредкоземельныйминералы).
Добытая руда содержит около 30% железа и около 5% оксидов редкоземельных элементов. После дробления крупной руды в шахте ее транспортируют поездом на обогатительный завод компании Baotou Iron and Steel Group.Задача обогатительного комбината – повыситьFe2O3от 33% до более 55%, сначала измельчая и сортируя на конусной шаровой мельнице, а затем отбирая первичный железный концентрат 62-65% Fe2O3 (оксид железа) с использованием цилиндрического магнитного сепаратора.Хвосты продолжают подвергаться флотации и магнитной сепарации с получением вторичного железосодержащего концентрата с содержанием более 45 %.Fe2O3(оксид железа).Редкоземельными элементами обогащают флотопену с содержанием 10-15%.Концентрат можно подобрать с помощью вибростола для получения грубого концентрата с содержанием РЗЭ 30%.После переработки на обогатительном оборудовании можно получить редкоземельный концентрат с содержанием РЗЭ более 60%.
Метод разложения редкоземельного концентрата
·Редкоземельныйэлементы 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 подвергнуты таким процессам, как растворение, разделение, очистка, концентрирование или прокаливание для получения различных смешанных соединений.редкоземельныйтакие соединения, как смешанные хлориды редкоземельных элементов, которые можно использовать в качестве продуктов или сырья для разделения отдельных редкоземельных элементов.Этот процесс называетсяредкоземельныйразложение концентрата, также известное как предварительная обработка.
·Существует множество методов разложенияредкоземельныйконцентраты, которые обычно можно разделить на три категории: кислотный метод, щелочной метод и хлорирование.Кислотное разложение можно разделить на разложение соляной кислоты, разложение серной кислоты и разложение плавиковой кислоты.Щелочное разложение можно далее разделить на разложение гидроксида натрия, плавление гидроксида натрия или методы обжига содой.Соответствующая технологическая схема обычно выбирается исходя из принципов типа концентрата, марочных характеристик, схемы выпуска продукции, удобства извлечения и комплексного использования нередкоземельных элементов, пользы для гигиены труда и охраны окружающей среды, а также экономической рациональности.
·Хотя открыто около 200 минералов редких и рассеянных элементов, они не обогащены в самостоятельные месторождения при промышленной добыче из-за своей редкости.Пока что лишь редкие независимыегерманий, селен, ителлурместорождения открыты, но масштабы месторождений не очень велики.
Плавка редкоземельных металлов
·Существует два методаредкоземельныйплавка, гидрометаллургия и пирометаллургия.
·Весь процесс гидрометаллургии редкоземельных элементов и химической металлургии металлов происходит в основном в растворе и растворителе, например, разложение концентрата редкоземельных элементов, разделение и экстракцияоксиды редкоземельных металлов, соединения и отдельные редкоземельные металлы, в которых используются процессы химического разделения, такие как осаждение, кристаллизация, окисление-восстановление, экстракция растворителем и ионный обмен.Наиболее распространенным методом является экстракция органическими растворителями, которая представляет собой универсальный процесс промышленного разделения отдельных редкоземельных элементов высокой чистоты.Гидрометаллургический процесс сложен, а чистота продукта высокая.Этот метод имеет широкий спектр применения при производстве готовой продукции.
Пирометаллургический процесс прост и имеет высокую производительность.РедкоземельныйПирометаллургия 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 металлов
·Редкоземельныйкарбонат иредкоземельный хлоридявляются двумя основными первичными продуктами вредкоземельныйпромышленность.Вообще говоря, в настоящее время существует два основных процесса производства этих двух продуктов.Один процесс представляет собой процесс обжига в концентрированной серной кислоте, а другой процесс называется процессом каустической соды, сокращенно процесс каустической соды.
·Помимо присутствия в различных редкоземельных минералах, значительная частьредкоземельные элементыв природе сосуществуют с апатитом и фосфоритами.Общие запасы мировых фосфатных руд составляют около 100 миллиардов тонн, при этом средний показатель составляет 100 миллиардов тонн.редкоземельныйсодержание 0,5 ‰.Подсчитано, что общая суммаредкоземельныйСвязанное с фосфоритными рудами в мире составляет 50 млн тонн.В ответ на характеристики низкогоредкоземельныйСодержание и особый статус встречаемости в шахтах, как внутри страны, так и за рубежом изучены различные процессы восстановления, 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 зависимости от различных кислот разложения.Существуют различные способы извлечения редкоземельных элементов из химических процессов фосфора, каждый из которых тесно связан с методами переработки фосфатной руды.В процессе термического производстваредкоземельныйпроцент восстановления может достигать 60%.
В связи с непрерывным использованием ресурсов фосфоритной руды и переходом к разработке низкокачественной фосфоритной руды, мокрый процесс получения фосфорной кислоты с серной кислотой стал основным методом в химической промышленности по производству фосфоритов, а также извлечению фосфоритов.редкоземельные элементыв производстве серной кислоты мокрым способом фосфорная кислота стала горячей точкой исследований.В процессе производства серной кислоты мокрым способом фосфорной кислоты процесс контроля обогащения редкоземельных элементов фосфорной кислотой и последующего использования экстракции органическим растворителем для извлечения редкоземельных элементов имеет больше преимуществ, чем ранее разработанные методы.
Процесс добычи редкоземельных металлов
Растворимость серной кислоты
Церийгруппа (нерастворима в сульфатных комплексных солях) –лантан, церий, празеодим, неодими прометий;
Тербийгруппа (слабо растворим в сульфатно-комплексных солях)-самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, игольмий;
Иттрийгруппа (растворима в сульфатных комплексных солях) –иттрий, эрбий, тулий, иттербий,лютеций, искандий.
Разделение экстракции
Светредкоземельный(P204 экстракция слабой кислотности) –лантан,церий, празеодим,неодими прометий;
Среднередкоземельные элементы (экстракция P204 с низкой кислотностью)-самарий,европий,гадолиний,тербий,диспрозий;
Тяжелыйредкоземельныйэлементы(экстракция кислотности в P204) -гольмий,
Введение в процесс экстракции
В процессе разделенияредкоземельные элементы,из-за крайне схожих физических и химических свойств 17 элементов, а также обилия сопутствующих примесей вредкоземельные элементыПроцесс экстракции относительно сложен и широко используется.
Существует три типа процессов экстракции: пошаговый метод, ионный обмен и экстракция растворителем.
Пошаговый метод
Метод разделения и очистки с использованием разницы растворимости соединений в растворителях называется ступенчатым методом.Отиттрий(Y) чтобылютеций(Лу), единое разделение между всеми встречающимися в природередкоземельные элементы, включая радий, открытый четой Кюри,
Все они разделяются с помощью этого метода.Технология работы этого метода относительно сложна, однократное разделение всех редкоземельных элементов заняло более 100 лет, при этом количество операций одного разделения и повторных операций достигало 20 000 раз.Для химиков их работа
Прочность относительно высока, а процесс относительно сложен.Следовательно, с помощью этого метода невозможно производить ни одного редкоземельного элемента в больших количествах.
Ионный обмен
Научно-исследовательские работы по редкоземельным элементам тормозятся невозможностью их производства.редкоземельный элементв больших количествах поэтапными методами.Для того, чтобы проанализироватьредкоземельные элементысодержащихся в продуктах ядерного деления и удаления редкоземельных элементов из урана и тория, была успешно изучена ионообменная хроматография (ионообменная хроматография), которую затем использовали для разделенияредкоземельный элементс.Преимущество метода ионного обмена состоит в том, что за одну операцию можно разделить несколько элементов.И он также может получать продукты высокой чистоты.Однако недостатком является невозможность непрерывной обработки, длительный рабочий цикл и высокие затраты на регенерацию и замену смолы.Таким образом, этот некогда основной метод разделения больших количеств редкоземельных элементов был исключен из основного метода разделения и заменен методом экстракции растворителем.Однако из-за выдающихся характеристик ионообменной хроматографии при получении отдельных редкоземельных продуктов высокой чистоты в настоящее время для получения отдельных продуктов сверхвысокой чистоты и отделения некоторых тяжелых редкоземельных элементов необходимо также использовать ионообменную хроматографию. для разделения и производства редкоземельного продукта.
Экстракция растворителем
Метод использования органических растворителей для извлечения и отделения экстрагируемого вещества от несмешивающегося водного раствора называется жидкостно-жидкостной экстракцией органическим растворителем, сокращенно экстракцией растворителем.Это процесс массообмена, при котором вещества переходят 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, науки и техники, а также необходимостью производства сверхчистых веществ и редких элементов, экстракция растворителями 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, а также процесса экстракции для разделения редкоземельных элементов.По сравнению с такими методами разделения, как ступенчатое осаждение, ступенчатая кристаллизация и ионный обмен, экстракция растворителем имеет ряд преимуществ, таких как хороший эффект разделения, большая производственная мощность, удобство для быстрого и непрерывного производства и простота автоматического управления.Поэтому постепенно он стал основным методом разделения больших количествредкоземельныйs.
Очистка редкоземельных металлов
Сырье для производства
Редкоземельные металлыобычно делятся на смешанные редкоземельные металлы и одиночные.редкоземельные металлы.Состав смешанныйредкоземельные металлыаналогичен исходному составу редкоземельных элементов в руде, а один металл представляет собой металл, отделенный и очищенный от каждого редкоземельного элемента.Трудно уменьшитьоксид редкоземельных металловс (кроме оксидовсамарий,европий,, тулий,иттербий) в единый металл с использованием общеметаллургических методов из-за их высокой теплоты образования и высокой стабильности.Поэтому обычно используемое сырье для производстваредкоземельные металлыв настоящее время это их хлориды и фториды.
Электролиз расплавленных солей
Массовое производство смешанныхредкоземельные металлыв промышленности обычно используют метод электролиза расплавленных солей.Существует два метода электролиза: хлоридный электролиз и оксидный электролиз.Способ приготовления одиночногоредкоземельные металлыварьируется в зависимости от элемента.самарий,европий,,тулий,иттербийне подходят для электролитического приготовления из-за высокого давления паров и вместо этого получаются методом восстановительной перегонки.Другие элементы можно получить электролизом или методом термического восстановления металлов.
Хлоридный электролиз — наиболее распространенный метод получения металлов, особенно смешанных редкоземельных металлов.Процесс прост, экономически эффективен и требует минимальных инвестиций.Однако самым большим недостатком является выброс газообразного хлора, который загрязняет окружающую среду.Оксидный электролиз не выделяет вредных газов, но стоимость несколько выше.Как правило, дорогой синглредкоземельные элементытакой какнеодимипразеодимпроизводятся методом оксидного электролиза.
Метод вакуумно-восстановительного электролиза позволяет получить только общепромышленный сорт.редкоземельные металлы.Подготовитьредкоземельные металлыс низким содержанием примесей и высокой чистотой обычно используется метод вакуумного термического восстановления.Этим методом можно получить все отдельные редкоземельные металлы, носамарий,европий,,тулий,иттербийне могут быть произведены этим методом.Окислительно-восстановительный потенциалсамарий,европий,,тулий,иттербийа кальций лишь частично снижаетредкоземельныйфторид.Как правило, получение этих металлов основано на принципах высокого давления паров этих металлов и низкого давления паровлантан металлическийс.Оксиды этих четырехредкоземельные элементыперемешаны с фрагментамилантан металлическийс и прессуют в блоки, и восстанавливают в вакуумной печи.Лантанболее активен, в то время каксамарий,европий,,тулий,иттербийпревращаются в золото за счетлантани собирается при конденсации, что позволяет легко отделить его от шлака.
Время публикации: 7 ноября 2023 г.