Uvod u tehnologiju industrije rijetkih zemalja
·Rijetke zemlje inije metalni element, već skupni naziv za 15 rijetkih zemljanih elemenata iitrijumiskandij.Stoga, 17 rijetkih zemnih elemenata i njihova različita jedinjenja imaju različite namjene, u rasponu od klorida čistoće od 46% do pojedinačnih oksida rijetkih zemalja iretkih zemnih metalasa čistoćom od 99,9999%.Uz dodatak srodnih spojeva i mješavina, postoji bezbroj rijetkih zemljanih proizvoda.dakle,retke zemljetehnologija je takođe raznolika na osnovu razlika ovih 17 elemenata.Međutim, zbog činjenice da se rijetki zemni elementi mogu podijeliti na cerij iitrijumgrupe zasnovane na karakteristikama minerala, procesi vađenja, topljenja i separacije minerala rijetkih zemalja su također relativno unificirani.Počevši od inicijalne eksploatacije rude, jedan po jedan uvodit će se metode separacije, procesi topljenja, ekstrakcije i procesi prečišćavanja rijetkih zemalja.
Mineralna prerada rijetkih zemalja
· Prerada minerala je proces mehaničke obrade koji koristi razlike u fizičkim i hemijskim svojstvima između različitih minerala koji čine rudu, koristi različite metode, procese i opremu za obogaćivanje korisnih minerala u rudi, uklanjanje štetnih nečistoća i njihovo odvajanje od minerala lanca.
·Uretke zemljerude iskopane širom svijeta, sadržajoksidi rijetkih zemaljaiznosi samo nekoliko postotaka, a neki i niži.Kako bi se zadovoljili proizvodni zahtjevi topljenja,retke zemljeminerali se odvajaju od minerala lanca i drugih korisnih minerala putem oplemenjivanja prije topljenja, kako bi se povećao sadržaj oksida rijetkih zemalja i dobili koncentrati rijetkih zemalja koji mogu zadovoljiti zahtjeve metalurgije rijetkih zemalja.Obogaćivanje ruda rijetkih zemalja općenito usvaja metodu flotacije, često dopunjenu višestrukim kombinacijama gravitacije i magnetske separacije kako bi se formirao tok procesa obogaćivanja.
Theretke zemljeležište u rudniku Baiyunebo u Unutrašnjoj Mongoliji je ležište željeznog dolomita tipa karbonatnih stijena, koje se uglavnom sastoji od pratećih minerala rijetkih zemalja u željeznoj rudi (pored fluorougljične cerijumske rude i monazita, postoji i nekolikoniobijiretke zemljeminerali).
Izvađena ruda sadrži oko 30% gvožđa i oko 5% oksida retkih zemalja. Nakon drobljenja velike rude u rudniku, ona se prevozi vozom do fabrike za oplemenjivanje Baotou Iron and Steel Group Company.Zadatak postrojenja za oplemenjivanje je povećanjeFe2O3od 33% do preko 55%, prvo mljevenje i klasiranje na konusnom kugličnom mlinu, a zatim odabir primarnog koncentrata željeza od 62-65% Fe2O3 (gvožđe oksid) pomoću cilindričnog magnetnog separatora.Jalovina i dalje prolazi kroz flotaciju i magnetnu separaciju kako bi se dobio sekundarni koncentrat željeza koji sadrži više od 45%Fe2O3(gvozdeni oksid).Rijetka zemlja je obogaćena flotacijskom pjenom, sa ocjenom od 10-15%.Koncentrat se može odabrati pomoću stola za mućkanje kako bi se dobio grubi koncentrat sa sadržajem REO od 30%.Nakon ponovne obrade pomoću opreme za oplemenjivanje, može se dobiti koncentrat rijetkih zemalja sa sadržajem REO od preko 60%.
Metoda razgradnje koncentrata rijetkih zemalja
·Rijetka zemljaelementi u koncentratima općenito postoje u obliku nerastvorljivih karbonata, fluorida, fosfata, oksida ili silikata.Elementi rijetkih zemalja moraju se pretvoriti u jedinjenja topiva u vodi ili anorganskim kiselinama kroz različite kemijske promjene, a zatim podvrgnuti procesima kao što su otapanje, odvajanje, pročišćavanje, koncentracija ili kalcinacija kako bi se proizvele različite miješaneretke zemljespojevi kao što su miješani hloridi rijetkih zemalja, koji se mogu koristiti kao proizvodi ili sirovine za odvajanje pojedinačnih rijetkih zemnih elemenata.Ovaj proces se zoveretke zemljerazgradnja koncentrata, poznata i kao predtretman.
· Postoji mnogo metoda za razlaganjeretke zemljekoncentrati, koji se generalno mogu podijeliti u tri kategorije: kisela metoda, alkalna metoda i hlorna razgradnja.Kiselinska razgradnja se dalje može podijeliti na razgradnju klorovodične kiseline, razgradnju sumporne kiseline i razgradnju fluorovodonične kiseline.Alkalna razgradnja se dalje može podijeliti na razgradnju natrijum hidroksida, topljenje natrijum hidroksida ili metode prženja sodom.Odgovarajući tok procesa se generalno bira na osnovu principa tipa koncentrata, karakteristika kvaliteta, plana proizvoda, pogodnosti za oporavak i sveobuhvatno korišćenje neretkozemnih elemenata, koristi za higijenu rada i zaštitu životne sredine, i ekonomsku racionalnost.
·Iako je otkriveno blizu 200 minerala rijetkih i dispergiranih elemenata, oni zbog svoje rijetkosti nisu obogaćeni u samostalna ležišta industrijskim rudarenjem.Za sada samo rijetki nezavisnigermanijum, selen, itelurnalazišta su otkrivena, ali obim ležišta nije veliki.
Topljenje rijetkih zemalja
·Postoje dvije metode zaretke zemljetopljenje, hidrometalurgija i pirometalurgija.
·Ceo proces hidrometalurgije retkih zemalja i hemijske metalurgije metala je uglavnom u rastvoru i rastvaraču, kao što je razlaganje koncentrata retkih zemalja, odvajanje i ekstrakcijaoksidi rijetkih zemalja, spojeva i pojedinačnih rijetkih zemnih metala, koji koriste procese kemijske separacije kao što su precipitacija, kristalizacija, oksidacija-redukcija, ekstrakcija rastvaračem i ionska izmjena.Najčešće korištena metoda je ekstrakcija organskim rastvaračem, što je univerzalni proces za industrijsko odvajanje pojedinačnih rijetkih zemnih elemenata visoke čistoće.Hidrometalurški proces je složen i čistoća proizvoda je visoka.Ova metoda ima širok spektar primjena u proizvodnji gotovih proizvoda.
Pirometalurški proces je jednostavan i ima visoku produktivnost.Rijetka zemljapirometalurgija uglavnom uključuje proizvodnjulegura retkih zemaljametodom silikotermne redukcije, proizvodnju rijetkih zemnih metala ili legura metodom elektrolize rastaljene soli i proizvodnjulegura retkih zemaljametodom termičke redukcije metala itd.
Zajednička karakteristika pirometalurgije je proizvodnja u uslovima visoke temperature.
Proces proizvodnje rijetkih zemalja
·Rijetka zemljakarbonat ihlorid rijetke zemljesu dva glavna primarna proizvoda uretke zemljeindustrija.Uopšteno govoreći, trenutno postoje dva glavna procesa za proizvodnju ova dva proizvoda.Jedan proces je proces prženja koncentriranom sumpornom kiselinom, a drugi proces se naziva proces kaustične sode, skraćeno proces kaustične sode.
·Pored toga što je prisutan u raznim mineralima retkih zemalja, značajan deorijetkih zemljanih elemenatau prirodi koegzistiraju s mineralima apatita i fosfata.Ukupne rezerve svjetske fosfatne rude su oko 100 milijardi tona, sa prosjekomretke zemljesadržaj od 0,5 ‰.Procjenjuje se da ukupan iznos odretke zemljevezano za fosfatnu rudu u svijetu je 50 miliona tona.Kao odgovor na karakteristike niskeretke zemljesadržaj i status posebnog stanja u rudnicima, proučavani su različiti procesi oporavka kako u zemlji tako i u inostranstvu, koji se mogu podijeliti na mokre i termičke metode.U mokrim metodama, mogu se podijeliti na metodu dušične kiseline, metodu klorovodične kiseline i metodu sumporne kiseline prema različitim kiselinama raspadanja.Postoje različiti načini oporavka rijetkih zemalja iz kemijskih procesa fosfora, a svi su usko povezani s metodama prerade fosfatne rude.Tokom procesa termičke proizvodnje,retke zemljestopa oporavka može doseći 60%.
Uz kontinuirano korištenje resursa fosfatnih stijena i pomak ka razvoju fosfatnih stijena niske kvalitete, vlažni proces sumporne kiseline proces fosforne kiseline postao je glavna metoda u hemijskoj industriji fosfata, a oporavakrijetkih zemljanih elemenatau vlažnom procesu sumporne kiseline fosforna kiselina je postala žarište istraživanja.U procesu proizvodnje vlažnog procesa sumporne kiseline, fosforna kiselina, proces kontrole obogaćivanja rijetkih zemalja fosfornom kiselinom, a zatim korištenje ekstrakcije organskim rastvaračem za ekstrakciju rijetkih zemalja ima više prednosti od rano razvijenih metoda.
Proces ekstrakcije rijetkih zemalja
Rastvorljivost sumporne kiseline
Ceriumgrupa (nerastvorljiva u sulfatnim kompleksnim solima) –lantan, cerij, praseodymium, neodimijumi prometijum;
Terbijumgrupa (malo rastvorljiva u sulfatnim kompleksnim solima) -samarijum, europium, gadolinij, terbijum, disprozijum, iholmijum;
Itrijumgrupa (rastvorljiva u sulfatnim kompleksnim solima) –itrijum, erbij, thulium, iterbijum,lutecijum, iskandij.
Odvajanje ekstrakcije
Lightretke zemlje(P204 ekstrakcija slabe kiseline) –lantan,cerij, praseodymium,neodimijumi prometijum;
Srednje rijetke zemlje (P204 ekstrakcija niske kiselosti)-samarijum,europium,gadolinij,terbijum,disprozijum;
Teškaretke zemljeelementi(ekstrakcija kiselosti u P204) -holmijum,
Uvod u proces ekstrakcije
U procesu odvajanjarijetki zemljani elementi,zbog izuzetno sličnih fizičkih i hemijskih svojstava 17 elemenata, kao i obilja pratećih nečistoća urijetkih zemljanih elemenata, proces ekstrakcije je relativno složen i često se koristi.
Postoje tri vrste procesa ekstrakcije: metoda korak po korak, jonska izmjena i ekstrakcija rastvaračem.
Metoda korak po korak
Metoda odvajanja i prečišćavanja koja koristi razliku u rastvorljivosti jedinjenja u rastvaračima naziva se metodom korak po korak.Oditrijum(Y) dolutecijum(Lu), jedno razdvajanje između svih prirodnih pojavarijetkih zemljanih elemenata, uključujući radijum koji je otkrio par Curie,
Svi su razdvojeni ovom metodom.Operativni postupak ove metode je relativno složen, a jedno odvajanje svih rijetkih zemnih elemenata trajalo je više od 100 godina, pri čemu je jedno odvajanje i ponovljena operacija dostigla 20000 puta.Za hemijske radnike, njihov posao
Čvrstoća je relativno visoka i proces je relativno složen.Stoga se korištenjem ove metode ne može proizvesti niti jedna rijetka zemlja u velikim količinama.
Jonska izmjena
Istraživački rad na rijetkim zemnim elementima otežan je nemogućnošću da se proizvede singlelement rijetke zemljeu velikim količinama kroz metode korak po korak.U cilju analizerijetkih zemljanih elemenatasadržane u produktima nuklearne fisije i uklanjanju rijetkih zemnih elemenata iz uranijuma i torija, uspješno je proučavana ionsko-izmjenjivačka hromatografija (ionska izmjenjivačka kromatografija), koja je potom korištena za odvajanjeelement rijetke zemljes.Prednost metode jonske izmjene je u tome što se više elemenata može razdvojiti u jednoj operaciji.Takođe može dobiti proizvode visoke čistoće.Međutim, nedostatak je što se ne može kontinuirano prerađivati, sa dugim ciklusom rada i visokim troškovima za regeneraciju i zamjenu smole.Stoga je ova nekada glavna metoda za odvajanje velikih količina rijetkih zemalja povučena iz glavne metode separacije i zamijenjena metodom ekstrakcije rastvaračem.Međutim, zbog izvanrednih karakteristika jonoizmenjivačke hromatografije u dobijanju pojedinačnih retkozemnih proizvoda visoke čistoće, trenutno je za proizvodnju pojedinačnih proizvoda ultra-visoke čistoće i odvajanje nekih teških retkozemnih elemenata potrebno koristiti i hromatografiju za izmjenu jona. za odvajanje i proizvodnju proizvoda retkih zemalja.
Ekstrakcija rastvaračem
Metoda korištenja organskih rastvarača za ekstrakciju i odvajanje ekstrahirane tvari iz vodene otopine koja se ne miješa naziva se ekstrakcija tekućinom i tekućinom organskim rastvaračem, skraćeno ekstrakcija rastvaračem.To je proces prijenosa mase koji prenosi tvari iz jedne tekuće faze u drugu.Metoda ekstrakcije rastvaračem je ranije primijenjena u petrohemiji, organskoj hemiji, farmaceutskoj hemiji i analitičkoj hemiji.Međutim, u proteklih četrdesetak godina, zbog razvoja nauke i tehnologije atomske energije, kao i potrebe za proizvodnjom ultračistih supstanci i rijetkih elemenata, ekstrakcija otapala je postigla veliki napredak u industrijama kao što su industrija nuklearnog goriva i rijetka metalurgija. .Kina je postigla visok nivo istraživanja u teoriji ekstrakcije, sintezi i primjeni novih ekstrakata i procesa ekstrakcije za odvajanje rijetkih zemnih elemenata.U poređenju sa metodama separacije kao što su stepenovana precipitacija, stepenovana kristalizacija i jonska izmena, ekstrakcija rastvaračem ima niz prednosti kao što su dobar efekat separacije, veliki proizvodni kapacitet, pogodnost za brzu i kontinuiranu proizvodnju i lako postizanje automatske kontrole.Stoga je postepeno postao glavna metoda za odvajanje velikih količinaretke zemljes.
Pročišćavanje rijetkih zemalja
Sirovine za proizvodnju
Rijetki zemni metaliopćenito se dijele na mješovite rijetke zemne metale i pojedinačneretkih zemnih metala.Sastav mješovitiretkih zemnih metalaje sličan originalnom sastavu rijetkih zemalja u rudi, a jedan metal je metal odvojen i rafiniran od svake rijetke zemlje.Teško je smanjitioksid rijetke zemljes (osim oksidasamarijum,europium,, thulium,iterbijum) u jedan metal upotrebom općih metalurških metoda, zbog njihove visoke topline formiranja i visoke stabilnosti.Stoga su najčešće korištene sirovine za proizvodnjuretkih zemnih metaladanas su njihovi hloridi i fluoridi.
Elektroliza rastaljene soli
Masovna proizvodnja mješovitihretkih zemnih metalau industriji općenito koristi metodu elektrolize rastaljene soli.Postoje dvije metode elektrolize: kloridna elektroliza i oksidna elektroliza.Metoda pripreme jednogretkih zemnih metalavarira ovisno o elementu.samarijum,europium,,thulium,iterbijumnisu pogodni za elektrolitičku pripremu zbog visokog pritiska pare, već se pripremaju metodom redukcijske destilacije.Ostali elementi se mogu pripremiti elektrolizom ili metodom termičke redukcije metala.
Elektroliza klorida je najčešća metoda za proizvodnju metala, posebno za miješane metale retkih zemalja.Proces je jednostavan, isplativ i zahtijeva minimalna ulaganja.Međutim, najveći nedostatak je oslobađanje plinovitog hlora, koji zagađuje okoliš.Oksidna elektroliza ne oslobađa štetne plinove, ali je cijena nešto veća.Općenito, singl visoke cijenerijetke zemljekao što suneodimijumipraseodymiumproizvode se oksidnom elektrolizom.
Metoda vakuumske redukcije elektrolize može pripremiti samo opće industrijske kvaliteteretkih zemnih metala.Pripremitiretkih zemnih metalasa malim nečistoćama i visokom čistoćom, obično se koristi metoda vakuumske termalne redukcije.Ova metoda može proizvesti sve pojedinačne rijetke zemne metale, alisamarijum,europium,,thulium,iterbijumne može se proizvesti ovom metodom.Redox potencijalsamarijum,europium,,thulium,iterbijuma kalcijum samo djelimično smanjujeretke zemljefluorida.Generalno, priprema ovih metala se zasniva na principima visokog pritiska pare ovih metala i niskog pritiska pare ovih metala.metal lantans.Oksidi ova četiririjetke zemljepomiješani su s fragmentimametal lantans i komprimirani u blokove, te reducirani u vakuumskoj peći.Lantanje aktivniji, doksamarijum,europium,,thulium,iterbijumse svode na zlato od stranelantani skuplja se na kondenzaciji, što olakšava odvajanje od šljake.
Vrijeme objave: Nov-07-2023