Uvod v tehnologijo industrije redkih zemelj
·Redke zemlje ini kovinski element, temveč skupni izraz za 15 redkozemeljskih elementov initrijinskandijZato ima 17 redkozemeljskih elementov in njihove različne spojine različne uporabe, od kloridov s čistoto 46 % do posameznih redkozemeljskih oksidov inredke zemeljske kovines čistostjo 99,9999 %. Z dodatkom sorodnih spojin in mešanic obstaja nešteto izdelkov iz redkih zemelj. Torej,redka zemljaTudi tehnologija je raznolika glede na razlike med temi 17 elementi. Vendar pa lahko redkozemeljske elemente razdelimo na cerij initrijSkupine, ki temeljijo na mineralnih značilnostih, so tudi postopki rudarjenja, taljenja in ločevanja redkih zemelj relativno poenoteni. Začenši z začetnim rudarjenjem rude, bodo metode ločevanja, postopki taljenja, metode ekstrakcije in postopki čiščenja redkih zemelj predstavljene ena za drugo.
Predelava mineralov redkih zemelj
· Predelava mineralov je mehanski postopek predelave, ki izkorišča razlike v fizikalnih in kemijskih lastnostih različnih mineralov, ki sestavljajo rudo, ter uporablja različne metode, postopke in opremo za obogatitev koristnih mineralov v rudi, odstranjevanje škodljivih nečistoč in njihovo ločevanje od jalovinskih mineralov.
·Vredka zemljarud, izkopanih po vsem svetu, vsebnostredkozemeljskih oksidovje le nekaj odstotkov, nekateri pa celo nižji. Da bi zadostili proizvodnim zahtevam taljenja,redka zemljaMinerali se pred taljenjem ločijo od jalovinskih in drugih uporabnih mineralov z obogatitvijo, da se poveča vsebnost oksidov redkih zemelj in dobijo koncentrati redkih zemelj, ki lahko izpolnjujejo zahteve metalurgije redkih zemelj. Obogatitev rud redkih zemelj se običajno izvaja s flotacijsko metodo, ki jo pogosto dopolnjujejo več kombinacij gravitacije in magnetne ločitve, da se tvori proces obogatitve.
Theredka zemljaNahajališče v rudniku Baiyunebo v Notranji Mongoliji je nahajališče železovega dolomita karbonatnega tipa, ki ga sestavljajo predvsem spremljajoči redkozemeljski minerali v železovi rudi (poleg fluoroogljikove cerijeve rude in monazita je tudi večniobijinredka zemljaminerali).
Pridobljena ruda vsebuje približno 30 % železa in približno 5 % redkozemeljskih oksidov. Po drobljenju velike rude v rudniku jo z vlakom prepeljejo v obrat za bogatenje podjetja Baotou Iron and Steel Group Company. Naloga obrata za bogatenje je povečatiFe2O3od 33 % do več kot 55 %, najprej z mletjem in sortiranjem na stožčastem krogličnem mlinu, nato pa z izbiro primarnega železovega koncentrata s 62–65 % Fe2O3 (železov oksid) z uporabo valjastega magnetnega separatorja. Jalovina se nadaljuje s flotacijo in magnetnim ločevanjem, da se dobi sekundarni železov koncentrat, ki vsebuje več kot 45 %Fe2O3(železov oksid). Redke zemlje so obogatene s flotacijsko peno z vsebnostjo 10–15 %. Koncentrat je mogoče izbrati s stresalno mizo, da se dobi grobi koncentrat z vsebnostjo REO 30 %. Po predelavi z opremo za bogatenje je mogoče dobiti koncentrat redkih zemelj z vsebnostjo REO več kot 60 %.
Metoda razgradnje koncentrata redkih zemelj
·Redka zemljaElementi v koncentratih običajno obstajajo v obliki netopnih karbonatov, fluoridov, fosfatov, oksidov ali silikatov. Redkozemeljske elemente je treba pretvoriti v spojine, topne v vodi ali anorganskih kislinah, z različnimi kemičnimi spremembami in nato podvreči postopke, kot so raztapljanje, ločevanje, čiščenje, koncentriranje ali kalcinacija, da se dobijo različne mešanice.redka zemljaspojine, kot so mešani kloridi redkih zemelj, ki se lahko uporabljajo kot produkti ali surovine za ločevanje posameznih elementov redkih zemelj. Ta postopek se imenujeredka zemljarazgradnja koncentrata, znana tudi kot predobdelava.
· Obstaja veliko metod za razgradnjoredka zemljakoncentrati, ki jih lahko na splošno razdelimo v tri kategorije: kislinska metoda, alkalna metoda in razgradnja s kloriranjem. Kislinska razgradnja se lahko nadalje razdeli na razgradnjo s klorovodikovo kislino, razgradnjo s žveplovo kislino in razgradnjo s fluorovodikovo kislino. Alkalna razgradnja se lahko nadalje razdeli na razgradnjo natrijevega hidroksida, taljenje natrijevega hidroksida ali praženje s sodo. Ustrezen procesni tok se običajno izbere na podlagi načel vrste koncentrata, značilnosti kakovosti, načrta izdelka, primernosti za pridobivanje in celovito uporabo neredkozemeljskih elementov, koristi za higieno dela in varstvo okolja ter ekonomske racionalnosti.
·Čeprav je bilo odkritih skoraj 200 redkih in razpršenih mineralov, zaradi svoje redkosti z industrijskim rudarjenjem niso bili obogateni v samostojna nahajališča. Do sedaj so bili odkriti le redki neodvisnigermanij, selenintelurOdkrita so bila nahajališča, vendar obseg nahajališč ni zelo velik.
Taljenje redkih zemelj
· Obstajata dva načina zaredka zemljataljenje, hidrometalurgija in pirometalurgija.
· Celoten proces hidrometalurgije redkih zemelj in kemične metalurgije kovin poteka večinoma v raztopini in topilu, kot so razgradnja koncentrata redkih zemelj, ločevanje in ekstrakcijaredkozemeljskih oksidov, spojine in posamezne redkozemeljske kovine, ki uporabljajo postopke kemičnega ločevanja, kot so obarjanje, kristalizacija, oksidacijsko-redukcijska ekstrakcija in ionska izmenjava. Najpogosteje uporabljena metoda je ekstrakcija z organskimi topili, ki je univerzalni postopek za industrijsko ločevanje posameznih redkozemeljskih elementov visoke čistosti. Hidrometalurgijski postopek je kompleksen, čistost produkta pa visoka. Ta metoda ima širok spekter uporabe pri proizvodnji končnih izdelkov.
Pirometalurški postopek je preprost in ima visoko produktivnost.Redka zemljapirometalurgija vključuje predvsem proizvodnjozlitine redkih zemeljs silikotermno redukcijsko metodo, proizvodnjo redkih zemeljskih kovin ali zlitin z metodo elektrolize staljene soli in proizvodnjozlitine redkih zemeljs postopkom termične redukcije kovin itd.
Skupna značilnost pirometalurgije je proizvodnja pri visokih temperaturah.
Postopek proizvodnje redkih zemelj
·Redka zemljakarbonat inredkozemeljski kloridsta dva glavna primarna izdelka vredka zemljaindustrija. Na splošno trenutno obstajata dva glavna postopka za proizvodnjo teh dveh izdelkov. En postopek je postopek praženja s koncentrirano žveplovo kislino, drugi postopek pa se imenuje postopek s kavstično sodo, skrajšano postopek s kavstično sodo.
·Poleg tega, da so prisotni v različnih redkih zemeljskih mineralih, je pomemben delredki zemeljski elementiv naravi sobivajo z apatitnimi in fosfatnimi minerali. Skupne svetovne rezerve fosfatne rude znašajo približno 100 milijard ton, s povprečnoredka zemljavsebnost 0,5 ‰. Ocenjuje se, da je skupna količinaredka zemljaPovezana s fosfatno rudo na svetu je 50 milijonov ton. Zaradi značilnosti nizkeredka zemljaGlede na vsebnost in status posebnih pojavljanj v rudnikih so bili tako doma kot v tujini preučeni različni postopki pridobivanja, ki jih lahko razdelimo na mokre in termične metode. Mokre metode lahko glede na različne kisline razgradimo na metodo z dušikovo kislino, metodo z klorovodikovo kislino in metodo z žveplovo kislino. Obstajajo različni načini pridobivanja redkih zemelj iz fosforja s kemičnimi postopki, ki so vsi tesno povezani z metodami predelave fosfatne rude. Med termičnim proizvodnim procesom ...redka zemljastopnja okrevanja lahko doseže 60 %.
Z nenehno izkoriščanjem virov fosfatnih kamnin in premikom k razvoju nizkokakovostnih fosfatnih kamnin je mokri postopek z žveplovo kislino postal glavna metoda v kemični industriji fosfatov, pridobivanje fosforne kisline pa ...redki zemeljski elementiV mokrem postopku žveplove kisline je fosforna kislina postala raziskovalna vroča točka. V proizvodnem procesu žveplove kisline z mokrim postopkom fosforne kisline ima postopek nadzora obogatitve redkih zemelj s fosforno kislino in nato uporaba ekstrakcije z organskimi topilmi za ekstrakcijo redkih zemelj več prednosti kot prej razvite metode.
Postopek ekstrakcije redkih zemelj
Topnost žveplove kisline
Terbijskupina (rahlo topna v kompleksnih sulfatnih solih) -samarij, evropij, gadolinij, terbij, disprozijinholmij;
Ekstrakcijska ločitev
Svetlobaredka zemlja(P204 ekstrakcija s šibko kislostjo) –lantan,cerij, prazeodim,neodimin prometij;
Srednje redke zemeljske kovine (ekstrakcija P204 z nizko kislostjo) -samarij,evropij,gadolinij,terbij,disprozij;
Težkaredka zemljaelementi(ekstrakcija kisline v P204) -holmij,
Uvod v postopek ekstrakcije
V procesu ločevanjaredki zemeljski elementi,zaradi izjemno podobnih fizikalnih in kemijskih lastnosti 17 elementov, pa tudi zaradi obilice spremljajočih nečistoč vredki zemeljski elementi, postopek ekstrakcije je relativno zapleten in pogosto uporabljen.
Obstajajo tri vrste ekstrakcijskih postopkov: postopna metoda, ionska izmenjava in ekstrakcija s topilom.
Metoda po korakih
Metoda ločevanja in čiščenja z uporabo razlike v topnosti spojin v topilih se imenuje postopna metoda.itrij(Y) dolutecij(Lu), ena sama ločitev med vsemi naravno prisotnimiredki zemeljski elementi, vključno z radijem, ki sta ga odkrila zakonca Curie,
Vsi so ločeni s to metodo. Postopek te metode je relativno zapleten, posamezna ločitev vseh redkozemeljskih elementov pa je trajala več kot 100 let, pri čemer je bilo eno ločevanje in ponovitev operacije opravljenih 20.000-krat. Za kemične delavce je njihovo delo
Trdnost je relativno visoka in postopek je relativno zapleten. Zato s to metodo ni mogoče proizvesti velikih količin posamezne redke zemlje.
Ionska izmenjava
Raziskovalno delo na področju redkih zemeljskih elementov je ovirala nezmožnost izdelave enega samegaredki zemeljski elementv velikih količinah s postopnimi metodami. Da bi analiziraliredki zemeljski elementiZa ločevanje redkozemeljskih elementov, ki jih vsebujejo produkti jedrske fisije, in odstranjevanje redkozemeljskih elementov iz urana in torija je bila uspešno preučena ionska izmenjevalna kromatografija (ionska izmenjevalna kromatografija), ki je bila nato uporabljena zaredki zemeljski elementPrednost metode ionske izmenjave je, da je mogoče v eni operaciji ločiti več elementov. Prav tako je mogoče pridobiti produkte visoke čistosti. Slabost pa je, da je ni mogoče obdelovati neprekinjeno, saj ima dolg operativni cikel in visoke stroške regeneracije in izmenjave smole. Zato je bila ta nekoč glavna metoda za ločevanje velikih količin redkih zemelj umaknjena iz glavne metode ločevanja in nadomeščena z metodo ekstrakcije s topilom. Zaradi izjemnih lastnosti ionske izmenjevalne kromatografije pri pridobivanju visoko čistih posameznih produktov redkih zemelj pa je trenutno za proizvodnjo ultra visoko čistih posameznih produktov in ločevanje nekaterih težkih elementov redkih zemelj potrebna tudi ionsko izmenjevalna kromatografija za ločevanje in proizvodnjo produkta redkih zemelj.
Ekstrakcija s topilom
Metoda uporabe organskih topil za ekstrakcijo in ločevanje ekstrahirane snovi iz nemešljive vodne raztopine se imenuje ekstrakcija tekočina-tekočina z organskim topilom, skrajšano ekstrakcija s topilom. Gre za postopek prenosa mase, ki prenaša snovi iz ene tekoče faze v drugo. Metoda ekstrakcije s topilom se je prej uporabljala v petrokemiji, organski kemiji, farmacevtski kemiji in analitični kemiji. Vendar pa je v zadnjih štiridesetih letih zaradi razvoja znanosti in tehnologije atomske energije ter potrebe po proizvodnji ultračistih snovi in redkih elementov ekstrakcija s topilom dosegla velik napredek v panogah, kot sta jedrska industrija in redka metalurgija. Kitajska je dosegla visoko raven raziskav na področju teorije ekstrakcije, sinteze in uporabe novih ekstraktorjev ter postopka ekstrakcije za ločevanje redkozemeljskih elementov. V primerjavi z metodami ločevanja, kot so stopnjevano obarjanje, stopnjevana kristalizacija in ionska izmenjava, ima ekstrakcija s topilom vrsto prednosti, kot so dober ločevalni učinek, velika proizvodna zmogljivost, enostavnost hitre in neprekinjene proizvodnje ter enostavno doseganje avtomatskega nadzora. Zato je postopoma postala glavna metoda za ločevanje velikih količin.redka zemljas.
Čiščenje redkih zemelj
Proizvodne surovine
Redke zemeljske kovinese običajno delijo na mešane redke zemeljske kovine in enojneredke zemeljske kovineSestava mešanihredke zemeljske kovineje podobna prvotni sestavi redkih zemelj v rudi, posamezna kovina pa je kovina, ločena in rafinirana iz vsake redke zemlje. Težko jo je zmanjšatiredkozemeljski oksids (razen oksidovsamarij,evropij,, tulij,iterbij) v eno samo kovino z uporabo splošnih metalurških metod zaradi njihove visoke toplotne obdelave in visoke stabilnosti. Zato so pogosto uporabljene surovine za proizvodnjoredke zemeljske kovinedanes so to njihovi kloridi in fluoridi.
Elektroliza staljene soli
Masovna proizvodnja mešanihredke zemeljske kovineV industriji se običajno uporablja metoda elektrolize staljene soli. Obstajata dve metodi elektrolize: kloridna elektroliza in oksidna elektroliza. Metoda priprave posamezneredke zemeljske kovinese razlikuje glede na element.samarij,evropij,,tulij,iterbijZaradi visokega parnega tlaka niso primerni za elektrolitsko pripravo in se namesto tega pripravljajo z metodo redukcijske destilacije. Druge elemente je mogoče pripraviti z elektrolizo ali metodo termične redukcije kovin.
Kloridna elektroliza je najpogostejša metoda za proizvodnjo kovin, zlasti mešanih redkozemeljskih kovin. Postopek je preprost, stroškovno učinkovit in zahteva minimalne naložbe. Največja pomanjkljivost pa je sproščanje klorovega plina, ki onesnažuje okolje. Oksidna elektroliza ne sprošča škodljivih plinov, vendar so stroški nekoliko višji. Na splošno so drage posamezneredke zemljekot na primerneodiminprazeodimse proizvajajo z uporabo oksidne elektrolize.
Metoda vakuumske redukcijske elektrolize lahko pripravi le splošno industrijsko kakovostredke zemeljske kovineZa pripravoredke zemeljske kovineZ nizko stopnjo nečistoč in visoko čistostjo se običajno uporablja metoda vakuumske termične redukcije. S to metodo je mogoče proizvesti vse posamezne redke zemeljske kovine, vendarsamarij,evropij,,tulij,iterbijni mogoče proizvesti s to metodo. Redoks potencialsamarij,evropij,,tulij,iterbijin kalcij le delno zmanjšaredka zemljafluorid. Na splošno priprava teh kovin temelji na načelih visokega parnega tlaka teh kovin in nizkega parnega tlakakovinski lantanOksidi teh štirihredke zemljeso pomešani z delcikovinski lantanin stisnjeni v bloke ter reducirani v vakuumski peči.Lantanje bolj aktiven, medtem kosamarij,evropij,,tulij,iterbijse reducirajo v zlato zlantanin se zbira s kondenzacijo, zaradi česar ga je enostavno ločiti od žlindre.
Čas objave: 7. november 2023