Wprowadzenie do technologii przemysłu ziem rzadkich
·Ziemia rzadka tjnie jest pierwiastkiem metalicznym, ale zbiorczym określeniem 15 pierwiastków ziem rzadkich iitrIskand.Dlatego 17 pierwiastków ziem rzadkich i ich różne związki mają różne zastosowania, począwszy od chlorków o czystości 46% po pojedyncze tlenki pierwiastków ziem rzadkich imetale ziem rzadkicho czystości 99,9999%.Po dodaniu pokrewnych związków i mieszanin istnieje niezliczona ilość produktów ziem rzadkich.Więc,ziemia rzadkatechnologia jest również zróżnicowana ze względu na różnice między tymi 17 elementami.Jednak ze względu na fakt, że pierwiastki ziem rzadkich można podzielić na cer iitrgrupy oparte na charakterystyce minerałów, procesy wydobycia, wytapiania i separacji minerałów ziem rzadkich są również stosunkowo ujednolicone.Począwszy od początkowego wydobycia rudy, zostaną kolejno wprowadzone metody separacji, procesy wytapiania, metody ekstrakcji i procesy oczyszczania pierwiastków ziem rzadkich.
Przeróbka minerałów pierwiastków ziem rzadkich
·Przeróbka minerałów to mechaniczny proces przetwarzania, w którym wykorzystuje się różnice we właściwościach fizycznych i chemicznych różnych minerałów tworzących rudę, wykorzystuje różne metody, procesy i sprzęt do wzbogacania w celu wzbogacenia rudy użytecznych minerałów, usunięcia szkodliwych zanieczyszczeń i ich oddzielenia z minerałów płonnych.
·Wziemia rzadkarudy wydobywane na całym świecie, zawartośćtlenki metali ziem rzadkichwynosi zaledwie kilka procent, a niektóre nawet mniej.Aby spełnić wymagania produkcyjne hutnictwa,ziemia rzadkaminerały oddziela się od minerałów skał płonnych i innych użytecznych minerałów poprzez wzbogacanie przed wytopem, w celu zwiększenia zawartości tlenków metali ziem rzadkich i uzyskania koncentratów metali ziem rzadkich, które mogą spełnić wymagania metalurgii metali ziem rzadkich.Do wzbogacania rud metali ziem rzadkich na ogół stosuje się metodę flotacji, często uzupełnioną wieloma kombinacjami separacji grawitacyjnej i magnetycznej w celu utworzenia przebiegu procesu wzbogacania.
Theziemia rzadkaZłoże w kopalni Baiyunebo w Mongolii Wewnętrznej jest złożem typu skał węglanowych dolomitu żelaza, składającym się głównie z towarzyszących mu minerałów ziem rzadkich występujących w rudzie żelaza (oprócz rudy fluorowęglowodoru ceru i monacytu występuje również kilkaniobIziemia rzadkaminerały).
Wydobywana ruda zawiera około 30% żelaza i około 5% tlenków metali ziem rzadkich. Po rozdrobnieniu dużej rudy w kopalni jest ona transportowana pociągiem do zakładu wzbogacania firmy Baotou Iron and Steel Group.Zadaniem zakładu wzbogacania jest zwiększanieFe2O3od 33% do ponad 55%, najpierw mielenie i sortowanie na młynie kulowym stożkowym, a następnie dobór pierwotnego koncentratu żelaza o zawartości 62-65% Fe2O3 (tlenek żelaza) za pomocą cylindrycznego separatora magnetycznego.Odpady poflotacyjne w dalszym ciągu poddawane są flotacji i separacji magnetycznej w celu uzyskania wtórnego koncentratu żelaza zawierającego ponad 45%Fe2O3(tlenek żelaza).Ziemia rzadka jest wzbogacona pianką flotacyjną o zawartości 10-15%.Koncentrat można wybrać za pomocą stołu wytrząsającego, aby uzyskać gruboziarnisty koncentrat o zawartości REO wynoszącej 30%.Po ponownym przetworzeniu w urządzeniach do wzbogacania można otrzymać koncentrat pierwiastków ziem rzadkich o zawartości REO przekraczającej 60%.
Metoda rozkładu koncentratu pierwiastków ziem rzadkich
·Rzadka ziemiapierwiastki w koncentratach występują na ogół w postaci nierozpuszczalnych węglanów, fluorków, fosforanów, tlenków lub krzemianów.Pierwiastki ziem rzadkich muszą zostać przekształcone w związki rozpuszczalne w wodzie lub kwasach nieorganicznych poprzez różne przemiany chemiczne, a następnie poddane procesom takim jak rozpuszczanie, oddzielanie, oczyszczanie, zatężanie lub kalcynacja w celu wytworzenia różnych mieszanychziemia rzadkazwiązki takie jak mieszane chlorki metali ziem rzadkich, które można wykorzystać jako produkty lub surowce do oddzielania pojedynczych pierwiastków ziem rzadkich.Proces ten nazywa sięziemia rzadkarozkład koncentratu, zwany także obróbką wstępną.
·Istnieje wiele metod rozkładuziemia rzadkakoncentraty, które można ogólnie podzielić na trzy kategorie: metoda kwasowa, metoda alkaliczna i rozkład chlorowany.Rozkład kwasowy można dalej podzielić na rozkład kwasu solnego, rozkład kwasu siarkowego i rozkład kwasu fluorowodorowego.Rozkład alkaliów można dalej podzielić na rozkład wodorotlenku sodu, topienie wodorotlenku sodu lub metody prażenia sody.Odpowiedni przebieg procesu jest zazwyczaj wybierany w oparciu o zasady dotyczące rodzaju koncentratu, charakterystyki gatunku, planu produktu, wygody odzyskiwania i wszechstronnego wykorzystania pierwiastków innych niż ziem rzadkich, korzyści dla higieny pracy i ochrony środowiska oraz racjonalności ekonomicznej.
·Mimo że odkryto blisko 200 rzadkich i rozproszonych minerałów pierwiastkowych, ze względu na ich rzadkość nie zostały one wzbogacone w samodzielne złoża w drodze górnictwa przemysłowego.Póki co rzadko spotykane niezależnegerman, selen, ItellurOdkryto złoża, jednak skala złóż nie jest zbyt duża.
Wytapianie pierwiastków ziem rzadkich
·Istnieją dwie metodyziemia rzadkahutnictwo, hydrometalurgia i pirometalurgia.
·Cały proces hydrometalurgii metali ziem rzadkich i metalurgii chemii metali odbywa się głównie w roztworze i rozpuszczalniku, na przykład rozkład koncentratu pierwiastków ziem rzadkich, oddzielanie i ekstrakcjatlenki metali ziem rzadkich, związki i pojedyncze metale ziem rzadkich, które wykorzystują procesy separacji chemicznej, takie jak wytrącanie, krystalizacja, utlenianie-redukcja, ekstrakcja rozpuszczalnikiem i wymiana jonowa.Najczęściej stosowaną metodą jest ekstrakcja rozpuszczalnikami organicznymi, która jest uniwersalnym procesem przemysłowej separacji pojedynczych pierwiastków ziem rzadkich o wysokiej czystości.Proces hydrometalurgii jest złożony, a czystość produktu wysoka.Metoda ta ma szerokie zastosowanie w wytwarzaniu gotowych wyrobów.
Proces pirometalurgiczny jest prosty i charakteryzuje się wysoką wydajnością.Rzadka ziemiapirometalurgia obejmuje głównie produkcjęstopy metali ziem rzadkichmetodą redukcji krzemotermicznej, produkcją metali ziem rzadkich lub stopów metodą elektrolizy stopionych soli oraz produkcjąstopy metali ziem rzadkichmetodą redukcji termicznej metalu itp.
Wspólną cechą pirometalurgii jest produkcja w warunkach wysokiej temperatury.
Proces produkcji pierwiastków ziem rzadkich
·Rzadka ziemiawęglan ichlorek pierwiastka ziem rzadkichto dwa główne produkty podstawowe wziemia rzadkaprzemysł.Ogólnie rzecz biorąc, obecnie istnieją dwa główne procesy wytwarzania tych dwóch produktów.Jednym z procesów jest proces prażenia stężonym kwasem siarkowym, a drugi proces nazywany jest procesem sody kaustycznej, w skrócie procesem sody kaustycznej.
·Oprócz obecności w różnych minerałach ziem rzadkich, znaczna częśćrzadkie elementy ziemiw przyrodzie współistnieją z minerałami apatytowymi i fosforytowymi.Całkowite zasoby światowych rud fosforanowych wynoszą średnio około 100 miliardów tonziemia rzadkazawartość 0,5 ‰.Szacuje się, że łączna kwotaziemia rzadkazwiązanych z rudą fosforanową na świecie wynosi 50 mln ton.W odpowiedzi na cechy niskieziemia rzadkazawartości i szczególnego stanu występowania w kopalniach, w kraju i za granicą badano różne procesy odzysku, które można podzielić na metody mokre i termiczne.W metodach mokrych można je podzielić na metodę kwasu azotowego, metodę kwasu solnego i metodę kwasu siarkowego zgodnie z różnymi kwasami rozkładu.Istnieją różne sposoby odzyskiwania pierwiastków ziem rzadkich z procesów chemicznych związanych z fosforem, a wszystkie są ściśle związane z metodami przetwarzania rudy fosforanowej.Podczas termicznego procesu produkcji,ziemia rzadkawskaźnik odzysku może osiągnąć 60%.
Wraz z ciągłym wykorzystaniem zasobów fosforytów i zwrotem w kierunku rozwoju niskiej jakości fosforytów, mokra metoda kwasu siarkowego, proces kwasu fosforowego stał się główną metodą w przemyśle chemicznym fosforanów, a odzysk fosforytówrzadkie elementy ziemiw procesie mokrym kwasu siarkowego kwas fosforowy stał się gorącym punktem badawczym.W procesie produkcji kwasu siarkowego metodą mokrą, proces kontrolowania wzbogacania pierwiastków ziem rzadkich w kwas fosforowy, a następnie ekstrakcja rozpuszczalnikami organicznymi w celu ekstrakcji pierwiastków ziem rzadkich ma więcej zalet niż wcześniej opracowane metody.
Proces ekstrakcji pierwiastków ziem rzadkich
Rozpuszczalność kwasu siarkowego
Cergrupa (nierozpuszczalna w kompleksowych solach siarczanowych) –lantan, cer, prazeodym, neodymi promet;
Terbgrupa (słabo rozpuszczalna w kompleksowych solach siarczanowych) -samar, europ, gadolin, terb, dysproz, Iholm;
Separacja ekstrakcyjna
Światłoziemia rzadka(P204 ekstrakcja słabo kwasową) –lantan,cer, prazeodym,neodymi promet;
Wprowadzenie do procesu ekstrakcji
W procesie separacjirzadkie elementy ziemi,ze względu na niezwykle podobne właściwości fizykochemiczne 17 pierwiastków, a także obfitość towarzyszących im zanieczyszczeńrzadkie elementy ziemi, proces ekstrakcji jest stosunkowo złożony i powszechnie stosowany.
Istnieją trzy rodzaje procesów ekstrakcji: metoda krok po kroku, wymiana jonowa i ekstrakcja rozpuszczalnikiem.
Metoda krok po kroku
Metodę rozdziału i oczyszczania wykorzystującą różnicę rozpuszczalności związków w rozpuszczalnikach nazywa się metodą krokową.Zitr(Y) dolutet(Lu), pojedyncze oddzielenie wszystkich naturalnie występującychrzadkie elementy ziemi, w tym rad odkryty przez parę Curie,
Wszystkie są rozdzielane tą metodą.Procedura działania tej metody jest stosunkowo złożona, a pojedyncza separacja wszystkich pierwiastków ziem rzadkich trwała ponad 100 lat, przy czym jedna separacja i powtarzana operacja sięgała 20000 razy.Dla pracowników chemicznych, ich praca
Wytrzymałość jest stosunkowo wysoka, a proces jest stosunkowo złożony.Dlatego przy użyciu tej metody nie można wytworzyć ani jednej pierwiastka ziem rzadkich w dużych ilościach.
Wymiana jonów
Prace badawcze nad pierwiastkami ziem rzadkich zostały utrudnione przez niemożność wyprodukowania pojedynczego pierwiastkapierwiastek ziem rzadkichw dużych ilościach metodą krok po kroku.W celu analizyrzadkie elementy ziemizawartych w produktach rozszczepienia jądrowego i usuwa pierwiastki ziem rzadkich z uranu i toru, z sukcesem zbadano chromatografię jonowymienną (chromatografię jonowymienną), którą następnie zastosowano do rozdziałupierwiastek ziem rzadkichS.Zaletą metody wymiany jonowej jest możliwość rozdzielenia wielu elementów w jednej operacji.Może także uzyskiwać produkty o wysokiej czystości.Jednak wadą jest to, że nie można go przetwarzać w sposób ciągły, co wiąże się z długim cyklem operacyjnym i wysokimi kosztami regeneracji i wymiany żywicy.Dlatego też ta niegdyś główna metoda oddzielania dużych ilości pierwiastków ziem rzadkich została wycofana z głównego nurtu metody separacji i zastąpiona metodą ekstrakcji rozpuszczalnikiem.Jednakże ze względu na wyjątkowe właściwości chromatografii jonowymiennej w otrzymywaniu pojedynczych produktów ziem rzadkich o wysokiej czystości, obecnie w celu wytworzenia pojedynczych produktów o ultrawysokiej czystości i oddzielenia niektórych ciężkich pierwiastków ziem rzadkich konieczne jest również zastosowanie chromatografii jonowymiennej do oddzielenia i wytworzenia produktu ziem rzadkich.
Ekstrakcji rozpuszczalnikiem
Metoda wykorzystania rozpuszczalników organicznych do ekstrakcji i oddzielenia wyekstrahowanej substancji od niemieszającego się roztworu wodnego nazywa się ekstrakcją ciecz-ciecz rozpuszczalnikiem organicznym, w skrócie ekstrakcją rozpuszczalnikiem.Jest to proces przenoszenia masy, który przenosi substancje z jednej fazy ciekłej do drugiej.Metodę ekstrakcji rozpuszczalnikowej stosowano już wcześniej w petrochemii, chemii organicznej, chemii farmaceutycznej i chemii analitycznej.Jednakże w ciągu ostatnich czterdziestu lat, w związku z rozwojem nauki i technologii o energii atomowej, a także potrzebą produkcji ultraczystych substancji i rzadkich pierwiastków, ekstrakcja rozpuszczalnikami poczyniła ogromne postępy w takich gałęziach przemysłu, jak przemysł paliw jądrowych i metalurgia rzadkich .Chiny osiągnęły wysoki poziom badań w teorii ekstrakcji, syntezie i zastosowaniu nowych ekstrahentów oraz procesie ekstrakcji w celu separacji pierwiastków ziem rzadkich.W porównaniu z metodami separacji, takimi jak stopniowane wytrącanie, stopniowana krystalizacja i wymiana jonowa, ekstrakcja rozpuszczalnikiem ma szereg zalet, takich jak dobry efekt separacji, duża wydajność produkcyjna, wygoda szybkiej i ciągłej produkcji oraz łatwa do osiągnięcia automatyczna kontrola.Dlatego stopniowo stała się główną metodą oddzielania dużych ilościziemia rzadkas.
Oczyszczanie pierwiastków ziem rzadkich
Surowce produkcyjne
Metale ziem rzadkichsą ogólnie podzielone na mieszane metale ziem rzadkich i pojedynczemetale ziem rzadkich.Skład mieszanymetale ziem rzadkichjest podobny do pierwotnego składu pierwiastków ziem rzadkich w rudzie, a pojedynczy metal to metal oddzielony i rafinowany z każdego pierwiastka ziem rzadkich.Trudno to zmniejszyćtlenek pierwiastka ziem rzadkichs (z wyjątkiem tlenkówsamar,europ,, tul,iterb) w jeden metal przy użyciu ogólnych metod metalurgicznych, ze względu na wysokie ciepło tworzenia i wysoką stabilność.Dlatego powszechnie stosowane surowce do produkcjimetale ziem rzadkichobecnie są to ich chlorki i fluorki.
Elektroliza stopionej soli
Masowa produkcja mieszanametale ziem rzadkichw przemyśle na ogół stosuje się metodę elektrolizy stopionej soli.Istnieją dwie metody elektrolizy: elektroliza chlorkowa i elektroliza tlenkowa.Sposób przygotowania singlametale ziem rzadkichróżni się w zależności od elementu.samar,europ,,tul,iterbnie nadają się do otrzymywania elektrolitycznego ze względu na wysoką prężność par i zamiast tego są przygotowywane metodą destylacji redukcyjnej.Pozostałe pierwiastki można wytwarzać metodą elektrolizy lub termoredukcji metali.
Elektroliza chlorków jest najpowszechniejszą metodą produkcji metali, zwłaszcza mieszanych metali ziem rzadkich.Proces jest prosty, opłacalny i wymaga minimalnych inwestycji.Największą wadą jest jednak wydzielanie się chloru, który zanieczyszcza środowisko.Elektroliza tlenkowa nie uwalnia szkodliwych gazów, ale koszt jest nieco wyższy.Generalnie bardzo drogi singielpierwiastki ziem rzadkichJak na przykładneodymIprazeodymprodukowane są metodą elektrolizy tlenkowej.
Metoda elektrolizy z redukcją próżni może przygotować jedynie ogólną jakość przemysłowąmetale ziem rzadkich.Aby przygotowaćmetale ziem rzadkichprzy niskiej zawartości zanieczyszczeń i wysokiej czystości powszechnie stosuje się metodę próżniowej redukcji termicznej.Metodą tą można wytworzyć wszystkie pojedyncze metale ziem rzadkich, alesamar,europ,,tul,iterbnie da się wytworzyć tą metodą.Potencjał redokssamar,europ,,tul,iterba wapń zmniejsza się tylko częściowoziemia rzadkafluorek.Generalnie wytwarzanie tych metali opiera się na zasadach wysokiej prężności par tych metali i niskiej prężności parlantan metalicznyS.Tlenki tych czterechpierwiastki ziem rzadkichsą zmieszane z fragmentamilantan metalicznyi sprasowane w bloki, a następnie zredukowane w piecu próżniowym.Lantanjest bardziej aktywny, podczas gdysamar,europ,,tul,iterbzostają zredukowane do złota przezlantani zbierane w wyniku kondensacji, co ułatwia oddzielenie od żużla.
Czas publikacji: 7 listopada 2023 r