Вступ до технології індустрії рідкоземельних елементів
·Рідкісноземельні елементи is не металевий елемент, а збірний термін для 15 рідкоземельних елементів іітрійіскандій.Таким чином, 17 рідкоземельних елементів і їх різноманітні сполуки мають різноманітне застосування, починаючи від хлоридів із чистотою 46% до окремих рідкоземельних оксидів ірідкоземельні метализ чистотою 99,9999%.З додаванням споріднених сполук і сумішей існує незліченна кількість рідкоземельних продуктів.Так,рідкоземельнітехнологія також різноманітна на основі відмінностей цих 17 елементів.Однак у зв'язку з тим, що рідкоземельні елементи можна розділити на церій іітрійгрупи, засновані на мінеральних характеристиках, процеси видобутку, плавлення та розділення рідкоземельних мінералів також відносно уніфіковані.Починаючи з початкового видобутку руди, методи розділення, процеси плавки, методи вилучення та процеси очищення рідкоземельних елементів будуть впроваджуватися один за одним.
Переробка рідкісних земель
·Переробка корисних копалин — це процес механічної обробки, який використовує відмінності фізичних і хімічних властивостей між різними мінералами, що входять до складу руди, використовує різні методи збагачення, процеси та обладнання для збагачення корисних мінералів у руді, видалення шкідливих домішок і їх розділення. з жильних мінералів.
·Врідкоземельніруди, що видобуваються в усьому світі, змістрідкоземельні оксидистановить лише кілька відсотків, а деякі навіть нижчі.Щоб задовольнити виробничі вимоги плавки,рідкоземельнімінерали відокремлюються від мінералів жильної породи та інших корисних мінералів шляхом збагачення перед плавкою, щоб підвищити вміст рідкоземельних оксидів і отримати рідкоземельні концентрати, які відповідають вимогам металургії рідкоземельних металів.Для збагачення рідкоземельних руд зазвичай використовується метод флотації, який часто доповнюється кількома комбінаціями гравітаційної та магнітної сепарації для формування потоку процесу збагачення.
Theрідкоземельніродовище на шахті Байюнебо у Внутрішній Монголії – це родовище залізного доломіту типу карбонатної породи, яке в основному складається із супутніх рідкоземельних мінералів у залізній руді (крім фторуглеродної церієвої руди та монациту, є також кільканіобійірідкоземельнімінерали).
Видобута руда містить близько 30% заліза та близько 5% оксидів рідкоземельних металів. Після подрібнення великої руди в шахті її транспортують потягом на збагачувальну фабрику Baotou Iron and Steel Group Company.Завдання збагачувальної фабрики – збільшитиFe2O3від 33% до понад 55%, спочатку подрібнення та сортування на конічній кульовій млині, а потім відбір первинного залізного концентрату 62-65% Fe2O3 (оксид заліза) за допомогою циліндричного магнітного сепаратора.Хвости продовжують піддаватися флотації та магнітній сепарації для отримання вторинного концентрату заліза, що містить більше 45%Fe2O3(оксид заліза).Рідкісноземельні землі збагачують у флотаційній піні, вмістом 10-15%.Концентрат можна вибрати за допомогою струшувального столу для отримання грубого концентрату з вмістом REO 30%.Після повторної обробки обладнанням для збагачення можна отримати рідкоземельний концентрат із вмістом REO понад 60%.
Метод розкладання рідкоземельного концентрату
·Рідкісноземельніелементи в концентратах зазвичай існують у формі нерозчинних карбонатів, фторидів, фосфатів, оксидів або силікатів.Рідкісноземельні елементи мають бути перетворені на сполуки, розчинні у воді або неорганічних кислотах, шляхом різноманітних хімічних змін, а потім піддаються таким процесам, як розчинення, розділення, очищення, концентрація або кальцинування для отримання різних змішанихрідкоземельнітакі сполуки, як змішані рідкоземельні хлориди, які можна використовувати як продукти або сировину для виділення окремих рідкоземельних елементів.Цей процес називаєтьсярідкоземельнірозкладання концентрату, також відоме як попередня обробка.
·Існує багато методів декомпозиціїрідкоземельніконцентрати, які загалом можна розділити на три категорії: кислотний метод, лужний метод і розкладання хлоруванням.Розкладання кислоти можна далі розділити на розкладання соляної кислоти, розкладання сірчаної кислоти та розкладання фтористоводневої кислоти.Розкладання лугом можна далі розділити на методи розкладання гідроксиду натрію, плавлення гідроксиду натрію або випалювання соди.Відповідний технологічний процес, як правило, вибирається на основі принципів типу концентрату, характеристик сорту, плану продукту, зручності відновлення та комплексного використання нерідкоземельних елементів, переваг для гігієни праці та захисту навколишнього середовища, а також економічної раціональності.
· Хоча було виявлено майже 200 мінералів рідкісних і розсіяних елементів, вони не були збагачені в самостійні родовища за допомогою промислового видобутку через їхню рідкість.Поки лише рідкісні самостійнігерманій, селен, ітелурродовища виявлено, але масштаби родовищ не дуже великі.
Виплавка рідкоземельних елементів
·Є два способирідкоземельніметалургія, гідрометалургія та пірометалургія.
· Весь процес рідкоземельних гідрометалургії та металохімічної металургії здебільшого відбувається в розчині та розчиннику, наприклад, розкладання рідкоземельного концентрату, відділення та екстракціярідкоземельні оксиди, сполуки та окремі рідкоземельні метали, які використовують процеси хімічного розділення, такі як осадження, кристалізація, окиснення-відновлення, екстракція розчинником та іонний обмін.Найбільш часто використовуваним методом є екстракція органічним розчинником, який є універсальним процесом для промислового розділення високочистих окремих рідкоземельних елементів.Гідрометалургійний процес складний, 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 виробництворідкоземельні сплавиметодом силікотермічного відновлення, виробництво рідкоземельних металів або сплавів методом електролізу розплавленої солі та виробництворідкоземельні сплавиметодом термічного відновлення металу тощо.
Загальною характеристикою пірометалургії є виробництво в умовах високих температур.
Процес виробництва рідкоземельних елементів
·Рідкісноземельнікарбонат ірідкоземельний хлоридє двома основними основними продуктами врідкоземельніпромисловість.Загалом, на даний момент існує два основних процеси виробництва цих двох продуктів.Один процес — це процес випалу в концентрованій сірчаній кислоті, а інший процес називається процесом каустичної соди, скорочено — процес їдкого натру.
·На додаток до наявності в різних рідкоземельних мінералах, значна частинарідкоземельні елементиУ природі співіснують з апатитом і фосфоритними мінералами.Загальні світові запаси фосфатної руди становлять приблизно 100 млрд. т із середнімрідкоземельнівміст 0,5 ‰.За оцінками, загальна сума врідкоземельніпов'язаних з фосфатними рудами в світі становить 50 млн. тонн.У відповідь характеристика низрідкоземельніЗміст і особливий статус появи в шахтах, різні процеси відновлення були вивчені як всередині країни, так і за кордоном, які можна розділити на мокрі та термічні методи.У вологих методах їх можна розділити на метод азотної кислоти, метод соляної кислоти та метод сірчаної кислоти відповідно до різних кислот розкладання.Існують різні способи відновлення рідкоземельних елементів із фосфорних хімічних процесів, усі вони тісно пов’язані з методами переробки фосфатної руди.Під час термічного процесу виробництварідкоземельнівідсоток відновлення може досягати 60%.
З безперервним використанням ресурсів фосфатної породи та переходом до розробки низькоякісної фосфатної породи, мокрий процес виробництва фосфорної кислоти з сірчаною кислотою став основним методом у хімічній промисловості фосфатів, а відновленнярідкоземельні елементиу сірчаній кислоті за мокрим способом фосфорна кислота стала гарячою точкою досліджень.У процесі виробництва фосфорної кислоти сірчаної кислоти за мокрим способом процес контролю збагачення рідкоземельних елементів фосфорною кислотою з подальшим використанням екстракції органічними розчинниками для вилучення рідкоземельних елементів має більше переваг, ніж раніше розроблені методи.
Процес видобутку рідкоземельних елементів
Розчинність сірчаної кислоти
церійгрупа (нерозчинні в сульфатних комплексних солях) –лантан, церій, празеодим, неодимовий, і прометій;
Тербійгрупа (слаборозчинні в сульфатних комплексних солях) -самарій, європій, гадоліній, тербій, диспрозій, ігольмій;
Ітрійгрупа (розчинні в сульфатних комплексних солях) –ітрій, ербій, тулій, ітербій,лютецій, іскандій.
Розділення екстракції
світлорідкоземельні(P204 екстракція слабкої кислотності) –лантан,церій, празеодим,неодимовий, і прометій;
Середньорідкісноземельні (P204 екстракція низької кислотності)-самарій,європій,гадоліній,тербій,диспрозій;
Важкарідкоземельніелементів(екстракція кислотності в P204) -гольмій,
Введення в процес екстракції
У процесі відокремленнярідкоземельні елементи,завдяки надзвичайно схожим фізико-хімічним властивостям 17 елементів, а також великій кількості супутніх домішок урідкоземельні елементи, процес екстракції є відносно складним і часто використовується.
Розрізняють три типи процесів екстракції: поетапний метод, іонний обмін і екстракція розчинником.
Покроковий метод
Метод поділу й очищення за різницею розчинності сполук у розчинниках називають поетапним.Відітрій(Y) долютецій(Lu), єдиний поділ між усіма природнимирідкоземельні елементи, включаючи радій, відкритий подружжям Кюрі,
Усі вони розділені цим методом.Робоча процедура цього методу є відносно складною, і одноразове відділення всіх рідкоземельних елементів зайняло більше 100 років, при цьому одне відділення та повторна операція досягають 20 000 разів.Для працівників хімії, їхня робота
Міцність відносно висока, а процес відносно складний.Таким чином, за допомогою цього методу неможливо виробити одну рідкісну землю у великих кількостях.
Іонний обмін
Дослідницькі роботи з рідкоземельних елементів перешкоджали неможливості виробити єдинийрідкоземельний елементу великих кількостях поетапними методами.Щоб проаналізуватирідкоземельні елементищо містяться в продуктах ядерного поділу та видаляють рідкоземельні елементи з урану та торію, була успішно вивчена іонообмінна хроматографія (іонообмінна хроматографія), яка потім використовувалася для розділеннярідкоземельний елементс.Перевага методу іонного обміну полягає в тому, що кілька елементів можна розділити за одну операцію.І він також може отримати продукти високої чистоти.Однак недоліком є те, що його неможливо обробляти безперервно, з тривалим робочим циклом і високими витратами на регенерацію та заміну смоли.Тому цей колись основний метод виділення великої кількості рідкісноземельних елементів було вилучено з основного методу розділення та замінено методом екстракції розчинником.Однак через видатні характеристики іонообмінної хроматографії в отриманні високочистих окремих рідкоземельних продуктів, в даний час для отримання надвисокої чистоти окремих продуктів і розділення деяких важких рідкоземельних елементів також необхідно використовувати іонообмінну хроматографію відокремити та виробити рідкоземельний продукт.
Екстракція розчинником
Метод використання органічних розчинників для екстракції та відділення екстрагованої речовини від незмішуваного водного розчину називається екстракцією рідина-рідина органічним розчинником, скорочено як екстракція розчинником.Це процес масообміну, який переносить речовини з однієї рідкої фази в іншу.Метод екстракції розчинником раніше застосовувався в нафтохімії, органічній хімії, фармацевтичній хімії та аналітичній хімії.Проте за останні сорок років, завдяки розвитку атомної енергетики та технології, а також потребі у виробництві надчистих речовин і рідкісних елементів, екстракція розчинниками досягла значного прогресу в таких галузях, як промисловість ядерного палива та рідкісна металургія. .Китай досяг високого рівня досліджень теорії екстракції, синтезу та застосування нових екстрагентів, а також процесу екстракції для виділення рідкоземельних елементів.У порівнянні з такими методами розділення, як градуйоване осадження, градуйована кристалізація та іонний обмін, екстракція розчинником має низку переваг, таких як хороший ефект розділення, велика виробнича потужність, зручність для швидкого та безперервного виробництва та легке досягнення автоматичного керування.Тому поступово він став основним способом відокремлення великих кількостейрідкоземельніs.
Очищення рідкоземельних елементів
Виробнича сировина
Рідкоземельні метализазвичай поділяються на змішані рідкоземельні метали та одиничнірідкоземельні метали.Склад змішанийрідкоземельні металиподібний до вихідного рідкоземельного складу в руді, і окремий метал - це метал, відокремлений і очищений від кожного рідкоземельного металу.Зменшити важкорідкоземельний оксидs (за винятком оксидівсамарій,європій,, тулій,ітербій) в один метал за допомогою загальних металургійних методів завдяки високій теплоті утворення та високій стабільності.Тому зазвичай використовується сировина для виробництварідкоземельні металинині є їх хлориди та фториди.
Електроліз розплавленої солі
Масове виробництво змішанерідкоземельні металиУ промисловості зазвичай використовується метод електролізу розплавленої солі.Існує два способи електролізу: хлоридний і оксидний.Спосіб приготування одноразовийрідкоземельні метализмінюється в залежності від елемента.самарій,європій,,тулій,ітербійнепридатні для електролітичного приготування через високий тиск пари, а замість цього готуються методом відновної дистиляції.Інші елементи можна одержати електролізом або методом термічного відновлення металу.
Електроліз хлоридів є найпоширенішим методом виробництва металів, особливо змішаних рідкоземельних металів.Процес простий, економічний і вимагає мінімальних вкладень.Однак найбільшим недоліком є виділення газоподібного хлору, який забруднює навколишнє середовище.Електроліз оксидів не виділяє шкідливих газів, але вартість трохи вище.Загалом, висока ціна одногорідкісні земліяк отнеодимовийіпразеодимотримують за допомогою оксидного електролізу.
Метод вакуумного відновного електролізу може приготувати лише загальний промисловий сортрідкоземельні метали.Готуватисярідкоземельні метализ низьким вмістом домішок і високою чистотою зазвичай використовується метод вакуумного термічного відновлення.Цим методом можна отримати всі окремі рідкоземельні метали, алесамарій,європій,,тулій,ітербійнеможливо виготовити за допомогою цього методу.Окисно-відновний потенціалсамарій,європій,,тулій,ітербійа кальцій знижується лише частковорідкоземельніфтор.Як правило, отримання цих металів базується на принципах високого тиску пари цих металів і низького тиску париметалевий лантанс.Оксиди цих чотирьохрідкісні землізмішуються з фрагментамиметалевий лантанs і спресовані в блоки та відновлені у вакуумній печі.лантанє більш активним, покисамарій,європій,,тулій,ітербійперетворюються на золотолантані збирається при конденсації, що полегшує його відділення від шлаку.
Час публікації: 07 листопада 2023 р