Въведение в технологията на индустрията за редкоземни елементи
·Редкоземни iне е метален елемент, а сборен термин за 15 редкоземни елемента иитрийискандий.Следователно 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,редкоземнитехнологията също е разнообразна въз основа на разликите на тези 17 елемента.Въпреки това, поради факта, че редкоземните елементи могат да бъдат разделени на церий иитрийгрупи, базирани на минерални характеристики, процесите на добив, топене и разделяне на редкоземни минерали също са относително унифицирани.Започвайки от първоначалния добив на руда, методите за разделяне, процесите на топене, методите за екстракция и процесите на пречистване на редкоземни елементи ще бъдат въведени един по един.
Минерална обработка на редкоземни елементи
· Обработката на минерали е механичен процес на обработка, който използва разликите във физичните и химичните свойства между различните минерали, които съставляват рудата, използва различни методи за обогатяване, процеси и оборудване за обогатяване на полезни минерали в рудата, премахване на вредни примеси и отделянето им от пустинни минерали.
· Вредкоземнируди, добивани по целия свят, съдържанието наредкоземни оксидие само няколко процента, а някои дори по-ниски.За да отговори на производствените изисквания на топенето,редкоземниминералите се отделят от минерали от пуста земя 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 приема метод на флотация, често допълнен от множество комбинации от гравитационно и магнитно разделяне, за да се образува процес на обогатяване.
Theредкоземнинаходище в мината Baiyunebo във Вътрешна Монголия е находище от карбонатен скален тип на железен доломит, съставен главно от придружаващи редкоземни минерали в желязната руда (в допълнение към флуоровъглеродна цериева руда и монацит, има и няколкониобийиредкоземниминерали).
Извлечената руда съдържа около 30% желязо и около 5% редкоземни оксиди. След раздробяване на голямата руда в мината, тя се транспортира с влак до обогатяващата фабрика на Baotou Iron and Steel Group Company.Задачата на обогатителната фабрика е да увеличаваFe2O3от 33% до над 55%, първо смилане и сортиране на конична топкова мелница и след това избиране на първичен железен концентрат от 62-65% Fe2O3 (железен оксид) с помощта на цилиндричен магнитен сепаратор.Хвостът продължава да се подлага на флотация и магнитна сепарация, за да се получи вторичен железен концентрат, съдържащ повече от 45%Fe2O3(железен оксид).Редкоземните елементи са обогатени с флотационна пяна със съдържание 10-15%.Концентратът може да бъде избран с помощта на маса за разклащане, за да се получи груб концентрат със съдържание на REO от 30%.След повторна обработка от оборудване за обогатяване може да се получи концентрат от редкоземни метали със съдържание на REO над 60%.
Метод на разлагане на редкоземен концентрат
·Редкоземниелементите 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 бъдат подложени на процеси като разтваряне, разделяне, пречистване, концентрация или калциниране, за да се получат различни смесиредкоземнисъединения като смесени редкоземни хлориди, които могат да се използват като продукти или суровини за отделяне на единични редкоземни елементи.Този процес се наричаредкоземниразлагане на концентрат, известно още като предварителна обработка.
·Има много методи за разгражданередкоземниконцентрати, които могат да бъдат разделени на три категории: киселинен метод, алкален метод и разлагане чрез хлориране.Киселинното разлагане може допълнително да бъде разделено на разлагане на солна киселина, разлагане на сярна киселина и разлагане на флуороводородна киселина.Алкалното разлагане може да бъде допълнително разделено на разлагане на натриев хидроксид, топене на натриев хидроксид или методи за печене на сода.Подходящият поток на процеса обикновено се избира въз основа на принципите на типа концентрат, характеристиките на степента, продуктовия план, удобството за възстановяване и цялостното използване на нередкоземни елементи, ползата за хигиената на труда и опазването на околната среда и икономическата рационалност.
·Въпреки че са открити почти 200 минерала с редки и разпръснати елементи, те не са обогатени в независими находища с промишлен добив поради тяхната рядкост.Засега само редки независимигерманий, селен, ителурса открити залежи, но мащабът на находищата не е много голям.
Топене на редкоземни елементи
·Има два метода заредкоземнитопене, хидрометалургия и пирометалургия.
· Целият процес на хидрометалургия на редкоземни метали и химическа металургия на метали е най-вече в разтвор и разтворител, като разлагането на концентрата на редкоземните метали, отделянето и извличането наредкоземни оксиди, съединения и единични редкоземни метали, които използват процеси на химическо разделяне като утаяване, кристализация, окисление-редукция, екстракция с разтворител и йонен обмен.Най-често използваният метод е екстракция с органичен разтворител, който е универсален процес за индустриално 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.Редкоземнипирометалургията включва главно производството наредкоземни сплавичрез метод на силикотермична редукция, производството на редкоземни метали или сплави чрез метод на електролиза на разтопена сол и производството наредкоземни сплавичрез метод на термична редукция на метал и др.
Общата характеристика на пирометалургията е производството при високи температури.
Процес на производство на редкоземни елементи
·Редкоземникарбонат иредкоземен хлоридса двата основни основни продукта вредкоземнииндустрия.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 на сода каустик, съкратено като процес на сода каустик.
·Освен че присъства в различни редкоземни минерали, значителна част отредкоземни елементив природата съжителстват с апатит и минерали от фосфатни скали.Общите световни запаси от фосфатна руда са приблизително 100 милиарда тона, средноредкоземнисъдържание на 0,5 ‰.Смята се, че общата сума наредкоземнисвързани с фосфатна руда в света е 50 милиона тона.В отговор на характеристиките на нискаредкоземниСъдържание и особен статус на поява в мините, различни процеси на възстановяване са изследвани както в страната, така и в международен план, които могат да бъдат разделени на мокри и термични методи.При мокрите методи те могат да бъдат разделени на метод на азотна киселина, метод на солна киселина и метод на сярна киселина според различните киселини на разлагане.Има различни начини за възстановяване на редкоземни елементи от фосфорни химични процеси, всички от които са тясно свързани с методите за обработка на фосфатна руда.По време на топлинния производствен процес,редкоземнистепента на възстановяване може да достигне 60%.
С непрекъснатото използване на ресурсите от фосфатни скали и преминаването към разработването на нискокачествени фосфатни скали, процесът с фосфорна киселина с мокър процес със сярна киселина се превърна в основен метод във фосфатната химическа промишленост и възстановяването наредкоземни елементипри мокрия процес на сярна киселина фосфорната киселина се превърна в гореща точка за изследване.В процеса на производство на фосфорна киселина с мокър процес на сярна киселина, процесът на контролиране на обогатяването на редкоземни елементи с фосфорна киселина и след това 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
Церийгрупа (неразтворими в сулфатни комплексни соли) –лантан, церий, празеодим, неодимовии прометий;
Тербийгрупа (слабо разтворими в сулфатни комплексни соли) -самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, ихолмий;
Разделяне на екстракцията
Светлинаредкоземни(P204 екстракция със слаба киселинност) –лантан,церий, празеодим,неодимовии прометий;
тежъкредкоземниелементи(извличане на киселинност в P204) -холмий,
Въведение в процеса на екстракция
В процес 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 относително сложен и често използван.
Има три вида процеси на екстракция: метод стъпка по стъпка, йонообменна и екстракция с разтворител.
Метод стъпка по стъпка
Методът за разделяне и пречистване, използващ разликата в разтворимостта на съединенията в разтворители, се нарича метод стъпка по стъпка.отитрий(Y) къмлутеций(Lu), едно разделение между всички естествено срещащи середкоземни елементи, включително радий, открит от двойката Кюри,
Всички те са разделени по този метод.Работната процедура на този метод е сравнително сложна и еднократното разделяне на всички редкоземни елементи отне повече от 100 години, като едно разделяне и повторна операция достигат 20 000 пъти.За химичните работници, тяхната работа
Силата е сравнително висока и процесът е сравнително сложен.Следователно използването на този метод не може да произведе нито една рядка земя в големи количества.
Йонообмен
Изследователската работа върху редкоземните елементи е възпрепятствана от невъзможността да се произведе един единственредкоземен елементв големи количества чрез методи стъпка по стъпка.За да анализирамередкоземни елементисъдържащи се в продуктите на ядрения делене и премахване на редкоземните елементи от уран и торий, йонообменната хроматография (йонообменна хроматография) беше успешно проучена, която след това беше използвана за разделяне наредкоземен елементс.Предимството на йонообменния метод е, че множество елементи могат да бъдат разделени в една операция.И също така 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 регенериране и обмен на смола.Следователно, този някога основен метод за отделяне на големи количества редкоземни елементи е оттеглен от основния метод за разделяне и е заменен от метода за екстракция с разтворител.Въпреки това, поради изключителните характеристики на йонообменната хроматография при получаване на единични редкоземни продукти с висока чистота, понастоящем, за да се произведат единични продукти с ултрависока чистота и да се отделят някои тежки редкоземни елементи, също е необходимо да се използва йонообменна хроматография за отделяне и производство 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 екстракция течност-течност с органичен разтворител, съкратено екстракция с разтворител.Това е процес на пренос на маса, който прехвърля вещества от една течна фаза в друга.Методът на екстракция с разтворител е прилаган по-рано в нефтохимията, органичната химия, фармацевтичната химия и аналитичната химия.Въпреки това, през последните четиридесет години, поради развитието на науката и технологиите за атомната енергия, както и необходимостта от производство на ултрачисти вещества и редки елементи, екстракцията с разтворители постигна голям напредък в индустрии като производството на ядрено гориво и редката металургия .Китай е постигнал високо ниво на изследвания в теорията на екстракцията, синтеза и прилагането на нови екстрагенти и процеса на екстракция за отделяне на редкоземни елементи.В сравнение с методите на разделяне като степенувано утаяване, степенувана кристализация и йонен обмен, екстракцията с разтворител има серия от предимства като добър ефект на разделяне, голям производствен капацитет, удобство за бързо и непрекъснато производство и лесен за постигане автоматичен контрол.Поради това постепенно се превърна в основен метод за отделяне на големи количестваредкоземниs.
Редкоземно пречистване
Суровини за производство
Редкоземни металиобикновено се разделят на смесени редкоземни метали и единичниредкоземни метали.Съставът на смесениредкоземни металие подобен на оригиналния редкоземен състав в рудата, а един метал е метал, отделен и рафиниран от всяка редкоземна метал.Трудно се намаляваредкоземен оксидs (с изключение на оксидите насамарий,европий,, тулий,итербий) в един метал, използвайки общи металургични методи, поради тяхната висока топлина на образуване и висока стабилност.Следователно, често използваните суровини за производството наредкоземни металив наши дни са техните хлориди и флуориди.
Електролиза на разтопена сол
Масовото производство на смесениредкоземни металив индустрията обикновено се използва методът на електролиза на разтопена сол.Има два метода на електролиза: хлоридна електролиза и оксидна електролиза.Методът на приготвяне на единиченредкоземни металиварира в зависимост от елемента.самарий,европий,,тулий,итербийне са подходящи за електролитно приготвяне поради високото им налягане на парите и вместо това се приготвят чрез метода на редукционна дестилация.Други елементи могат да бъдат получени чрез електролиза или метод на термична редукция на метал.
Хлоридната електролиза е най-разпространеният метод за производство на метали, особено за 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.Като цяло, единични на висока ценаредкоземни елементикатонеодимовиипразеодимсе произвеждат чрез оксидна електролиза.
Методът за електролиза с вакуумна редукция може да подготви само общо промишлено качестворедкоземни метали.Подготвямредкоземни металис ниски примеси и висока чистота обикновено се използва метод за термична редукция във вакуум.Този метод може да произведе всички отделни редкоземни метали, носамарий,европий,,тулий,итербийне могат да бъдат произведени с този метод.Редокс потенциалът насамарий,европий,,тулий,итербийа калцият намалява само частичноредкоземнифлуорид.Като цяло, 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 елементисе смесват с фрагменти отметален лантанs и се компресират в блокове и се редуцират във вакуумна пещ.лантане по-активен, докатосамарий,европий,,тулий,итербийсе редуцират до злато отлантани се събира при кондензация, което улеснява отделянето му от шлаката.
Време на публикуване: 07 ноември 2023 г