Вступ до технології промисловості рідкоземельних матеріалів
·Рідкісноземельні iне металевий елемент, а збірний термін для 15 рідкоземельних елементів таітрійіскандійТаким чином, 17 рідкоземельних елементів та їхні різні сполуки мають різне застосування, починаючи від хлоридів із чистотою 46% до окремих оксидів рідкоземельних елементів тарідкісноземельні метализ чистотою 99,9999%. З додаванням споріднених сполук та сумішей існує безліч рідкоземельних продуктів. Отже,рідкісноземельніТехнологія також різноманітна через відмінності цих 17 елементів. Однак, через те, що рідкоземельні елементи можна розділити на церій таітрійГрупи, засновані на характеристиках мінералів, також відносно уніфіковані процеси видобутку, плавки та розділення рідкоземельних мінералів. Починаючи з початкового видобутку руди, методи розділення, процеси плавки, методи екстракції та процеси очищення рідкоземельних елементів будуть представлені один за одним.
Переробка корисних копалин рідкісноземельних металів
·Мінеральна переробка – це механічний процес обробки, який використовує відмінності у фізичних та хімічних властивостях різних мінерал, що складають руду, застосовує різні методи збагачення, процеси та обладнання для збагачення корисних мінералів у руді, видалення шкідливих домішок та їх відділення від порожньої породи.
·Урідкісноземельніруд, що видобуваються по всьому світу, вмістоксиди рідкоземельних металівстановить лише кілька відсотків, а деякі навіть нижче. Щоб задовольнити виробничі потреби плавки,рідкісноземельніМінерали відокремлюють від пустої породи та інших корисних мінералів шляхом збагачення перед плавкою, щоб збільшити вміст оксидів рідкоземельних елементів та отримати концентрати рідкоземельних елементів, які можуть відповідати вимогам металургії рідкоземельних елементів. Збагачення руд рідкоземельних елементів зазвичай використовує метод флотації, часто доповнений кількома комбінаціями гравітаційного та магнітного розділення для формування потоку процесу збагачення.
TheрідкісноземельніРодовище на шахті Байюнебо у Внутрішній Монголії — це родовище залізного доломіту карбонатного типу, що складається переважно з супутніх рідкісноземельних мінералів у залізній руді (окрім фторвуглецевої церієвої руди та монациту, є також кільканіобійірідкісноземельнімінерали).
Видобута руда містить близько 30% заліза та близько 5% оксидів рідкоземельних елементів. Після подрібнення великої руди в шахті її транспортують поїздом на збагачувальну фабрику компанії Baotou Iron and Steel Group. Завданням збагачувальної фабрики є збільшення...Fe2O3від 33% до понад 55%, спочатку подрібнюючи та сортуючи на конічному кульовому млині, а потім відбираючи первинний залізний концентрат з вмістом Fe2O3 62-65% (оксид заліза) за допомогою циліндричного магнітного сепаратора. Хвости продовжують флотацію та магнітну сепарацію для отримання вторинного залізного концентрату, що містить понад 45%Fe2O3(оксид заліза). Рідкісноземельні елементи збагачуються флотаційною піною з вмістом 10-15%. Концентрат можна відібрати за допомогою струшувального столу для отримання грубого концентрату з вмістом РЗМ 30%. Після переробки на збагачувальному обладнанні можна отримати рідкісноземельний концентрат з вмістом РЗМ понад 60%.
Метод розкладання концентрату рідкоземельних металів
·РідкісноземельніЕлементи в концентратах зазвичай існують у формі нерозчинних карбонатів, фторидів, фосфатів, оксидів або силікатів. Рідкоземельні елементи повинні бути перетворені на сполуки, розчинні у воді або неорганічних кислотах, шляхом різних хімічних змін, а потім пройти такі процеси, як розчинення, розділення, очищення, концентрування або кальцинація, для отримання різних змішаних...рідкісноземельнісполуки, такі як змішані хлориди рідкоземельних елементів, які можна використовувати як продукти або сировину для розділення окремих рідкоземельних елементів. Цей процес називаєтьсярідкісноземельнірозкладання концентрату, також відоме як попередня обробка.
· Існує багато методів розкладаннярідкісноземельніконцентрати, які можна загалом розділити на три категорії: кислотний метод, лужний метод та хлорування. Кислотне розкладання можна додатково поділити на розкладання соляною кислотою, розкладання сірчаною кислотою та розкладання плавиковою кислотою. Лужне розкладання можна додатково поділити на розкладання гідроксиду натрію, плавлення гідроксиду натрію або содовий випал. Відповідний технологічний процес зазвичай вибирається на основі принципів типу концентрату, характеристик сорту, плану виробництва, зручності вилучення та комплексного використання нерідкоземельних елементів, користі для гігієни праці та охорони навколишнього середовища, а також економічної раціональності.
·Хоча було виявлено майже 200 рідкісних та розсіяних мінералів, вони не були збагачені в самостійні родовища шляхом промислового видобутку через їхню рідкість. Поки що лише рідкісні незалежнігерманій, селен, тателурродовища були виявлені, але масштаби родовищ не дуже великі.
Плавка рідкісноземельних елементів
· Існує два способирідкісноземельніплавка, гідрометалургія та пірометалургія.
· Весь процес гідрометалургії рідкісноземельних елементів та металохімічної металургії здебільшого відбувається в розчині та розчиннику, наприклад, розкладання концентрату рідкісноземельних елементів, розділення та екстракціяоксиди рідкоземельних металів, сполуки та окремі рідкоземельні метали, для яких використовуються процеси хімічного розділення, такі як осадження, кристалізація, окислювально-відновний процес, екстракція розчинником та іонний обмін. Найпоширенішим методом є екстракція органічним розчинником, яка є універсальним процесом для промислового розділення високочистих окремих рідкоземельних елементів. Гідрометалургійний процес є складним, а чистота продукту висока. Цей метод має широкий спектр застосування у виробництві готової продукції.
Пірометалургійний процес простий і має високу продуктивність.Рідкісноземельніпірометалургія в основному включає виробництвосплави рідкісноземельних матеріалівметодом силікотермічного відновлення, виробництво рідкоземельних металів або сплавів методом електролізу розплавлених солей та виробництвосплави рідкісноземельних матеріалівметодом термічного відновлення металу тощо
Загальною рисою пірометалургії є виробництво за умов високої температури.
Процес виробництва рідкісноземельних елементів
·Рідкісноземельнікарбонат іхлорид рідкоземельних речовинє двома основними первинними продуктами врідкісноземельніпромисловість. Загалом кажучи, наразі існує два основні процеси виробництва цих двох продуктів. Один процес - це процес випалу в концентрованій сірчаній кислоті, а інший процес називається процесом каустичної соди, скорочено як процес каустичної соди.
·Окрім того, що вони присутні в різних рідкоземельних мінералах, значна частинарідкоземельні елементиу природі співіснують з мінералами апатиту та фосфоритних порід. Загальні запаси світових фосфатних руд становлять приблизно 100 мільярдів тонн, із середнімрідкісноземельнівміст 0,5 ‰. За оцінками, загальна кількістьрідкісноземельніпов'язаний з фосфатною рудою у світі становить 50 мільйонів тонн. У відповідь на характеристики низькогорідкісноземельніЩодо вмісту та особливого статусу поширення в шахтах, різні процеси вилучення досліджувалися як всередині країни, так і за кордоном, які можна розділити на вологі та термічні методи. Мокри методи можна розділити на азотнокислотний, солянокислотний та сірчанокислотний залежно від різних кислот розкладання. Існують різні способи вилучення рідкісноземельних елементів з фосфору за допомогою хімічних процесів, усі з яких тісно пов'язані з методами обробки фосфатної руди. Під час термічного процесу виробництва...рідкісноземельнірівень одужання може досягати 60%.
З постійним використанням ресурсів фосфоритної породи та переходом до розробки низькоякісної фосфоритної породи, мокрий процес видобутку фосфорної кислоти з використанням сірчаної кислоти став основним методом у фосфатно-хімічній промисловості, а відновлення...рідкоземельні елементиУ мокрому процесі отримання сірчаної кислоти фосфорна кислота стала дослідницькою гарячою точкою. У процесі виробництва фосфорної кислоти мокрим способом отримання сірчаної кислоти, процес контролю збагачення рідкісноземельних елементів фосфорною кислотою та подальше використання екстракції органічним розчинником для вилучення рідкісноземельних елементів має більше переваг, ніж раніше розроблені методи.
Процес видобутку рідкісноземельних елементів
Розчинність сірчаної кислоти
Церійгрупа (нерозчинна у комплексних солях сульфатів) –лантан, церій, празеодим, неодим, і прометій;
Тербійгрупа (слаборозчинна в комплексних солях сульфатів) -самарій, європію, гадоліній, тербій, диспрозій, тагольмій;
Ітрійгрупа (розчинна у комплексних солях сульфатів) –ітрій, ербій, тулій, ітербій,лютецій, таскандій.
Екстракційне розділення
Світлорідкісноземельні(P204 слабка кислотність екстракції) –лантан,церій, празеодим,неодим, і прометій;
Середній рідкоземельний метал (екстракція P204 з низькою кислотністю)-самарій,європію,гадоліній,тербій,диспрозій;
Важкийрідкісноземельніелементи(екстракція кислотності в P204) -гольмій,
Вступ до процесу екстракції
У процесі розлученнярідкоземельні елементи,через надзвичайно схожі фізичні та хімічні властивості 17 елементів, а також велику кількість супутніх домішок урідкоземельні елементи, процес екстракції є відносно складним і поширеним.
Існує три типи процесів екстракції: поетапний метод, іонний обмін та екстракція розчинником.
Покроковий метод
Метод розділення та очищення, що використовує різницю в розчинності сполук у розчинниках, називається поетапним методом. Зітрій(Y) долютецій(Lu), єдине розділення між усіма природнимирідкоземельні елементи, включаючи радій, відкритий подружжям Кюрі,
Усі вони розділені за допомогою цього методу. Процедура виконання цього методу є досить складною, і одноразове розділення всіх рідкоземельних елементів зайняло понад 100 років, при цьому кількість розділень та повторних операцій досягла 20 000 разів. Для працівників хімії їхня робота...
Міцність відносно висока, а процес досить складний. Тому за допомогою цього методу неможливо виробляти окремий рідкоземельний елемент у великих кількостях.
Іонний обмін
Дослідницька робота з рідкоземельними елементами була ускладнена неможливістю створити єдинийрідкоземельний елементу великих кількостях за допомогою покрокових методів. Для аналізурідкоземельні елементищо містяться в продуктах ядерного поділу, та видаляти рідкоземельні елементи з урану та торію, була успішно досліджена іонообмінна хроматографія (іонообмінна хроматографія), яку потім використовували для розділеннярідкоземельний елементПеревагою методу іонного обміну є те, що за одну операцію можна розділити кілька елементів. Також він дозволяє отримувати продукти високої чистоти. Однак недоліком є те, що його неможливо обробляти безперервно, що потребує тривалого робочого циклу та високих витрат на регенерацію та обмін смоли. Тому цей колись основний метод розділення великої кількості рідкісноземельних елементів був виведений з основного методу розділення та замінений методом екстракції розчинником. Однак, завдяки видатним характеристикам іонообмінної хроматографії в отриманні високочистих окремих продуктів рідкісноземельних елементів, наразі, для отримання надвисокочистих окремих продуктів та розділення деяких важких рідкісноземельних елементів, також необхідно використовувати іонообмінну хроматографію для розділення та отримання продукту рідкісноземельних елементів.
Екстракція розчинником
Метод використання органічних розчинників для екстракції та розділення екстрагованої речовини з незмішуваного водного розчину називається рідинно-рідинною екстракцією органічним розчинником, скорочено екстракцією розчинником. Це процес масопереносу, який переносить речовини з однієї рідкої фази в іншу. Метод екстракції розчинником раніше застосовувався в нафтохімічній, органічній хімії, фармацевтичній хімії та аналітичній хімії. Однак за останні сорок років, завдяки розвитку атомної науки і техніки, а також потребі у виробництві надчистих речовин і рідкісних елементів, екстракція розчинником досягла значного прогресу в таких галузях, як ядерне паливо та рідкісна металургія. Китай досяг високого рівня досліджень у теорії екстракції, синтезі та застосуванні нових екстрагентів, а також процесу екстракції для розділення рідкісноземельних елементів. Порівняно з методами розділення, такими як ступеневе осадження, ступенева кристалізація та іонний обмін, екстракція розчинником має низку переваг, таких як хороший ефект розділення, велика виробнича потужність, зручність швидкого та безперервного виробництва, а також легке автоматичне керування. Тому вона поступово стала основним методом розділення великих кількостей.рідкісноземельніs.
Очищення рідкоземельних елементів
Виробнича сировина
Рідкоземельні метализазвичай поділяються на змішані рідкісноземельні метали та окремірідкісноземельні металиСклад змішанихрідкісноземельні металисхожий на початковий склад рідкісноземельних елементів у руді, а окремий метал – це метал, відокремлений та очищений від кожного рідкісноземельного елемента. Важко зменшитиоксид рідкоземельних матеріалівs (за винятком оксидівсамарій,європію,, тулій,ітербій) в один метал за допомогою загальних металургійних методів, завдяки їх високій теплотворній здатності та високій стабільності. Тому зазвичай використовуються сировинні матеріали для виробництварідкісноземельні металив наші дні це їх хлориди та фториди.
Електроліз розплавленої солі
Масове виробництво змішанихрідкісноземельні металиУ промисловості зазвичай використовується метод електролізу розплавлених солей. Існує два методи електролізу: хлоридний електроліз та оксидний електроліз. Метод приготування однієїрідкісноземельні метализмінюється залежно від елемента.самарій,європію,,тулій,ітербійне підходять для електролітичного отримання через високий тиск пари, і натомість їх отримують методом відновної дистиляції. Інші елементи можна отримати електролізом або методом термічного відновлення металів.
Хлорний електроліз є найпоширенішим методом виробництва металів, особливо змішаних рідкоземельних металів. Процес простий, економічно ефективний та вимагає мінімальних інвестицій. Однак найбільшим недоліком є виділення газоподібного хлору, який забруднює навколишнє середовище. Оксидний електроліз не виділяє шкідливих газів, але його вартість дещо вища. Як правило, дорогі одношарові...рідкісноземельні елементитакі якнеодиміпразеодимвиробляються за допомогою оксидного електролізу.
Метод вакуумного відновного електролізу може готувати лише загальнопромисловий продуктрідкісноземельні металиПідготуватирідкісноземельні метализ низьким рівнем домішок та високою чистотою зазвичай використовується метод вакуумного термічного відновлення. Цей метод може виробляти всі окремі рідкісноземельні метали, алесамарій,європію,,тулій,ітербійне може бути отриманий за допомогою цього методу. Окисно-відновний потенціалсамарій,європію,,тулій,ітербійа кальцій лише частково зменшуєрідкісноземельніфторид. Як правило, отримання цих металів базується на принципах високого тиску пари цих металів та низького тиску париметалевий лантанс. Оксиди цих чотирьохрідкісноземельні елементизмішуються з фрагментамиметалевий лантанs та стиснуті в блоки, а потім відновлені у вакуумній печі.Лантанує більш активним, водночассамарій,європію,,тулій,ітербійперетворюються на золотолантані збирається шляхом конденсації, що полегшує його відділення від шлаку.
Час публікації: 07 листопада 2023 р.