Въведение в технологиите на индустрията за редкоземни материали
·Рядкоземни iне е метален елемент, а събирателен термин за 15 редкоземни елемента иитрийискандийСледователно, 17-те редкоземни елемента и техните различни съединения имат различни приложения, вариращи от хлориди с чистота 46% до единични редкоземни оксиди иредкоземни металис чистота 99,9999%. С добавянето на сродни съединения и смеси, има безброй редкоземни продукти. Така че,рядкоземниТехнологията също е разнообразна въз основа на разликите между тези 17 елемента. Въпреки това, поради факта, че редкоземните елементи могат да бъдат разделени на церий иитрийГрупите, базирани на минералните характеристики, също са относително унифицирани в процесите на добив, топене и разделяне на редкоземни минерали. Започвайки от първоначалния добив на руда, методите за разделяне, процесите на топене, методите за екстракция и процесите на пречистване на редкоземните елементи ще бъдат въведени един по един.
Минерална преработка на редкоземни елементи
· Обработката на минерали е механичен процес на обработка, който използва разликите във физичните и химичните свойства между различните минерали, изграждащи рудата, използва различни методи за обогатяване, процеси и оборудване за обогатяване на полезни минерали в рудата, отстраняване на вредни примеси и отделянето им от пустите минерали.
·Врядкоземнируди, добивани по целия свят, съдържанието наредкоземни оксидие само няколко процента, а някои дори по-ниски. За да се отговорят на производствените изисквания за топене,рядкоземниМинералите се отделят от пустите минерали и други полезни минерали чрез обогатяване преди топене, за да се увеличи съдържанието на редкоземни оксиди и да се получат редкоземни концентрати, които могат да отговорят на изискванията на редкоземната металургия. Обогатяването на редкоземни руди обикновено използва флотационен метод, често допълнен от множество комбинации от гравитационно и магнитно разделяне, за да се образува технологичен поток на обогатяване.
TheрядкоземниНаходището в мината Байюнебо във Вътрешна Монголия е карбонатно скално находище на железен доломит, съставено главно от съпътстващи редкоземни минерали в желязната руда (в допълнение към флуоровъглеродната цериева руда и монацита, има и няколкониобийирядкоземниминерали).
Добитата руда съдържа около 30% желязо и около 5% редкоземни оксиди. След раздробяване на едрата руда в мината, тя се транспортира с влак до обогатителния завод на Baotou Iron and Steel Group Company. Задачата на обогатителния завод е да увеличи...Fe2O3от 33% до над 55%, като първо се смила и сортира в конична топкова мелница, а след това се избира първичен железен концентрат с 62-65% Fe2O3 (железен оксид) с помощта на цилиндричен магнитен сепаратор. Отпадъците продължават да се подлагат на флотация и магнитно разделяне, за да се получи вторичен железен концентрат, съдържащ повече от 45%Fe2O3(железен оксид). Редкоземните елементи се обогатяват във флотационна пяна със съдържание на редкоземни елементи 10-15%. Концентратът може да се селектира с помощта на разклащаща маса, за да се получи едър концентрат със съдържание на REO от 30%. След преработка с обогатително оборудване може да се получи концентрат от редкоземни елементи със съдържание на REO над 60%.
Метод на разлагане на концентрат от редкоземни метали
·РядкоземниЕлементите в концентратите обикновено съществуват под формата на неразтворими карбонати, флуориди, фосфати, оксиди или силикати. Редкоземните елементи трябва да бъдат превърнати в съединения, разтворими във вода или неорганични киселини, чрез различни химични промени и след това да преминат през процеси като разтваряне, разделяне, пречистване, концентриране или калциниране, за да се получат различни смесени...рядкоземнисъединения като смесени редкоземни хлориди, които могат да се използват като продукти или суровини за отделяне на отделни редкоземни елементи. Този процес се наричарядкоземниразлагане на концентрата, известно още като предварителна обработка.
· Има много методи за разлаганерядкоземниконцентрати, които най-общо могат да бъдат разделени на три категории: киселинен метод, алкален метод и хлориращо разлагане. Киселинното разлагане може да бъде допълнително разделено на разлагане със солна киселина, разлагане със сярна киселина и разлагане със флуороводородна киселина. Алкалното разлагане може да бъде допълнително разделено на разлагане със натриев хидроксид, топене със натриев хидроксид или методи за печене на сода. Подходящият технологичен поток обикновено се избира въз основа на принципите за вида на концентрата, характеристиките на качеството, продуктовия план, удобството за извличане и цялостно използване на нередкоземни елементи, ползата за хигиената на труда и опазването на околната среда, както и икономическата рационалност.
·Въпреки че са открити близо 200 редки и разпръснати елементарни минерала, те не са обогатени в самостоятелни находища чрез промишлен добив поради тяхната рядкост. Досега са открити само редки независимигерманий, селенителурОткрити са находища, но мащабът на находищата не е много голям.
Топене на редкоземни елементи
· Има два метода зарядкоземнитопене, хидрометалургия и пирометалургия.
· Целият процес на хидрометалургия на редкоземни елементи и металохимична металургия е предимно в разтвор и разтворител, като например разлагане на концентрат от редкоземни елементи, отделяне и екстракцияредкоземни оксиди, съединения и единични редкоземни метали, които използват процеси на химическо разделяне като утаяване, кристализация, окислително-редукционен процес, екстракция с разтворител и йонен обмен. Най-често използваният метод е екстракцията с органичен разтворител, която е универсален процес за промишлено разделяне на единични редкоземни елементи с висока чистота. Хидрометалургичният процес е сложен и чистотата на продукта е висока. Този метод има широк спектър от приложения при производството на готови продукти.
Пирометалургичният процес е прост и има висока производителност.РядкоземниПирометалургията включва главно производството насплави от редки земни материаличрез силикотермичен метод на редукция, производството на редкоземни метали или сплави чрез метод на електролиза на разтопена сол и производството насплави от редки земни материаличрез метод на термично редуциране на метал и др.
Общата характеристика на пирометалургията е производството при условия на висока температура.
Процес на производство на редкоземни елементи
·Рядкоземникарбонат иредкоземен хлоридса двата основни първични продукта врядкоземнииндустрия. Най-общо казано, в момента има два основни процеса за производство на тези два продукта. Единият процес е процесът на печене с концентрирана сярна киселина, а другият процес се нарича процес с каустична сода, съкратено процес с каустична сода.
·Освен че присъстват в различни редкоземни минерали, значителна част отредкоземни елементиВ природата съжителстват с апатитови и фосфатни скални минерали. Общите световни запаси от фосфатна руда са приблизително 100 милиарда тона, със среднорядкоземнисъдържание от 0,5 ‰. Смята се, че общото количестворядкоземнисвързаният с фосфатна руда в света е 50 милиона тона. В отговор на характеристиките на нискитерядкоземниСъдържанието и статусът на специалните залежи в мините са изследвани различни процеси на добив както в страната, така и в чужбина, които могат да бъдат разделени на мокри и термични методи. Мокрите методи могат да бъдат разделени на метод с азотна киселина, метод с солна киселина и метод сярна киселина в зависимост от различните киселини на разлагане. Съществуват различни химични процеси за извличане на редкоземни елементи от фосфор, всички от които са тясно свързани с методите за обработка на фосфатна руда. По време на термичния производствен процес,рядкоземнипроцентът на възстановяване може да достигне 60%.
С непрекъснатото използване на ресурсите от фосфатни скали и преминаването към разработване на нискокачествени фосфатни скали, мокрият процес със сярна киселина и фосфорната киселина се превърнаха в основен метод във фосфатно-химическата промишленост, а възстановяването на фосфорната киселина...редкоземни елементиВ мокрия процес на производство на сярна киселина фосфорната киселина се е превърнала в гореща точка на изследване. В процеса на производство на сярна киселина чрез мокър процес на производство на фосфорна киселина, процесът на контролиране на обогатяването на редкоземни елементи с фосфорна киселина и последващото използване на екстракция с органичен разтворител за извличане на редкоземни елементи има повече предимства от ранно разработените методи.
Процес на извличане на редкоземни елементи
Разтворимост на сярна киселина
Тербийгрупа (слабо разтворима в сулфатни комплексни соли) -самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозиумихолмий;
Екстракционно разделяне
Светлинарядкоземни(P204 екстракция със слаба киселинност) –лантан,церий, празеодим,неодими прометий;
Средно редкоземни елементи (извличане с ниска киселинност на P204) -самарий,европий,гадолиний,тербий,диспрозиум;
Тежъкрядкоземниелементи(екстракция на киселинност в P204) -холмий,
Въведение в процеса на екстракция
В процеса на разделянередкоземни елементи,поради изключително сходните физични и химични свойства на 17 елемента, както и изобилието от съпътстващи примеси вредкоземни елементи, процесът на екстракция е сравнително сложен и често използван.
Има три вида процеси на екстракция: поетапен метод, йонен обмен и екстракция с разтворител.
Метод стъпка по стъпка
Методът за разделяне и пречистване, използващ разликата в разтворимостта на съединенията в разтворители, се нарича поетапен метод. Отитрий(Y) долутеций(Lu), единично разделение между всички естествено срещащи середкоземни елементи, включително радий, открит от двойката Кюри,
Всички те се разделят по този метод. Работната процедура на този метод е сравнително сложна и еднократното разделяне на всички редкоземни елементи отнема над 100 години, като едно разделяне и повторната операция достигат 20 000 пъти. За химическите работници, тяхната работа...
Якостта е сравнително висока, а процесът е сравнително сложен. Следователно, с този метод не може да се произведе един единствен редкоземен елемент в големи количества.
Йонен обмен
Изследователската работа върху редкоземните елементи е възпрепятствана от невъзможността да се произведе един-единственрядкоземен елементв големи количества чрез поетапни методи. За да се анализираредкоземни елементисъдържащи се в продуктите на ядреното делене и отстраняване на редкоземните елементи от уран и торий, йонообменната хроматография (йонообменна хроматография) беше успешно проучена, която след това беше използвана за отделяне нарядкоземен елементПредимството на метода на йонообменната хроматография е, че множество елементи могат да бъдат разделени в една операция. Също така, той може да получи продукти с висока чистота. Недостатъкът обаче е, че не може да се обработва непрекъснато, с дълъг работен цикъл и високи разходи за регенерация и обмен на смола. Следователно, този някога основен метод за разделяне на големи количества редкоземни елементи е изтеглен от основния метод за разделяне и е заменен от метода на екстракция с разтворител. Въпреки това, поради изключителните характеристики на йонообменната хроматография при получаване на високочисти единични продукти от редкоземни елементи, понастоящем, за да се получат единични продукти с ултрависока чистота и да се отделят някои тежки редкоземни елементи, е необходимо да се използва и йонообменна хроматография за разделяне и получаване на продукт от редкоземни елементи.
Екстракция с разтворител
Методът за използване на органични разтворители за екстрахиране и отделяне на екстрахираното вещество от несмесващ се воден разтвор се нарича течно-течна екстракция с органичен разтворител, съкратено екстракция с разтворител. Това е процес на масопренос, който прехвърля вещества от една течна фаза в друга. Методът на екстракция с разтворител е прилаган по-рано в нефтохимическата, органичната химия, фармацевтичната химия и аналитичната химия. Въпреки това, през последните четиридесет години, благодарение на развитието на атомната енергийна наука и технологии, както и на необходимостта от производство на ултрачисти вещества и редки елементи, екстракцията с разтворител е постигнала голям напредък в индустрии като ядрената горивна промишленост и редката металургия. Китай е постигнал високо ниво на изследвания в теорията на екстракцията, синтеза и приложението на нови екстрагенти и процеса на екстракция за разделяне на редкоземни елементи. В сравнение с методите за разделяне като градуирано утаяване, градуирана кристализация и йонен обмен, екстракцията с разтворител има редица предимства, като добър ефект на разделяне, голям производствен капацитет, удобство за бързо и непрекъснато производство и лесен за постигане автоматичен контрол. Следователно, тя постепенно се е превърнала в основен метод за разделяне на големи количества.рядкоземниs.
Пречистване на редкоземни елементи
Производствени суровини
Редкоземни металиобикновено се разделят на смесени редкоземни метали и единичниредкоземни металиСъставът на смесенитередкоземни металие подобен на оригиналния състав на редкоземните елементи в рудата, а един метал е метал, отделен и рафиниран от всеки редкоземен елемент. Трудно е да се намалиредкоземен оксидs (с изключение на оксиди насамарий,европий,, тулий,итербий) в един метал, използвайки общи металургични методи, поради високата им топлина на образуване и висока стабилност. Следователно, често използваните суровини за производството наредкоземни металив днешно време са техните хлориди и флуориди.
Електролиза на разтопена сол
Масовото производство на смесениредкоземни металиВ промишлеността обикновено се използва методът на електролиза на разтопена сол. Съществуват два метода за електролиза: хлоридна електролиза и оксидна електролиза. Методът за приготвяне на единичнаредкоземни металиварира в зависимост от елемента.самарий,европий,,тулий,итербийне са подходящи за електролитно получаване поради високото им парно налягане и вместо това се получават чрез метода на редукционна дестилация. Други елементи могат да бъдат получени чрез електролиза или метод на термична редукция на метали.
Хлоридната електролиза е най-разпространеният метод за производство на метали, особено на смесени редкоземни метали. Процесът е прост, рентабилен и изисква минимални инвестиции. Най-големият недостатък обаче е отделянето на хлорен газ, който замърсява околната среда. Оксидната електролиза не отделя вредни газове, но цената е малко по-висока. Обикновено, скъпите единични...редкоземни елементикато напримернеодимипразеодимсе произвеждат чрез оксидна електролиза.
Методът на вакуумно-редукционна електролиза може да приготви само...редкоземни металиДа се подготвиредкоземни металиС ниски примеси и висока чистота, обикновено се използва метод на вакуумна термична редукция. Този метод може да произведе всички единични редкоземни метали, носамарий,европий,,тулий,итербийне може да се получи по този метод. Редокс потенциалът насамарий,европий,,тулий,итербийи калцият само частично намаляварядкоземнифлуорид. Обикновено получаването на тези метали се основава на принципите на високо налягане на парите на тези метали и ниско налягане на парите наметален лантанс. Оксидите на тези четириредкоземни елементиса смесени с фрагменти отметален лантани се компресират на блокове и се редуцират във вакуумна пещ.Лантанае по-активен, докатосамарий,европий,,тулий,итербийсе редуцират до злато отлантани се събира чрез кондензация, което улеснява отделянето му от шлаката.
Време на публикуване: 07 ноември 2023 г.