Uvod v tehnologijo industrije redkih zemelj
·Redke zemlje ini kovinski element, ampak skupni izraz za 15 elementov redkih zemelj initrijinskandij.Zato ima 17 elementov redkih zemelj in njihovih različnih spojin različne uporabe, od kloridov s čistostjo 46 % do posameznih oksidov redkih zemelj inredke zemeljske kovines čistostjo 99,9999 %.Z dodatkom sorodnih spojin in mešanic obstaja nešteto izdelkov redkih zemelj.Torej,redke zemljetehnologija je tudi raznolika glede na razlike teh 17 elementov.Vendar pa je mogoče redke zemeljske elemente razdeliti na cerij initrijskupine, ki temeljijo na značilnostih mineralov, so tudi procesi rudarjenja, taljenja in ločevanja mineralov redkih zemelj relativno enotni.Od začetnega pridobivanja rude bodo drug za drugim predstavljene metode ločevanja, postopki taljenja, metode ekstrakcije in postopki čiščenja redkih zemelj.
Mineralna predelava redkih zemelj
·Predelava mineralov je postopek mehanske obdelave, ki izkorišča razlike v fizikalnih in kemijskih lastnostih med različnimi minerali, ki sestavljajo rudo, uporablja različne metode bogatenja, postopke in opremo za obogatitev koristnih mineralov v rudi, odstranjevanje škodljivih nečistoč in njihovo ločevanje. iz jalovskih mineralov.
· Vredke zemljerude, izkopane po vsem svetu, vsebinaoksidi redkih zemeljje le nekaj odstotkov, nekateri pa še nižji.Da bi izpolnili proizvodne zahteve taljenja,redke zemljeminerali so ločeni od mineralov jalovine in drugih uporabnih mineralov z obogatenjem pred taljenjem, da bi povečali vsebnost oksidov redkih zemelj in pridobili koncentrate redkih zemelj, ki lahko izpolnjujejo zahteve metalurgije redkih zemelj.Obogatitev rud redkih zemelj na splošno uporablja metodo flotacije, ki jo pogosto dopolnjuje več kombinacij gravitacijske in magnetne separacije, da se oblikuje potek procesa obogatenja.
Theredke zemljenahajališče v rudniku Baiyunebo v Notranji Mongoliji je karbonatno kamninsko nahajališče železovega dolomita, ki ga sestavljajo predvsem spremljajoči minerali redkih zemelj v železovi rudi (poleg fluoroogljikove cerijeve rude in monacita obstaja tudi večniobijinredke zemljeminerali).
Pridobljena ruda vsebuje približno 30 % železa in približno 5 % oksidov redkih zemelj. Po drobljenju velike rude v rudniku se z vlakom prepelje v obrat za obogatitev Baotou Iron and Steel Group Company.Naloga bogatilnice je povečatiFe2O3od 33 % do več kot 55 %, najprej mletje in sortiranje na stožčastem krogličnem mlinu, nato pa izbira primarnega železovega koncentrata 62-65 % Fe2O3 (železov oksid) z uporabo cilindričnega magnetnega separatorja.Jalovina se nadaljuje s flotacijo in magnetno separacijo, da dobimo sekundarni koncentrat železa, ki vsebuje več kot 45 %Fe2O3(železov oksid).Redka zemlja je obogatena s flotacijsko peno z vsebnostjo 10-15 %.Koncentrat lahko izberete s pomočjo stresalne mize, da dobite grob koncentrat z vsebnostjo REO 30 %.Po ponovni obdelavi z opremo za bogatenje je mogoče pridobiti koncentrat redkih zemelj z vsebnostjo REO nad 60 %.
Metoda razgradnje koncentrata redkih zemelj
·Redka zemljaelementi v koncentratih na splošno obstajajo v obliki netopnih karbonatov, fluoridov, fosfatov, oksidov ali silikatov.Elemente redkih zemelj je treba z različnimi kemičnimi spremembami pretvoriti v spojine, topne v vodi ali anorganskih kislinah, nato pa opraviti postopke, kot so raztapljanje, ločevanje, čiščenje, koncentracija ali kalcinacija, da nastanejo različne mešaneredke zemljespojine, kot so mešani kloridi redkih zemelj, ki se lahko uporabljajo kot proizvodi ali surovine za ločevanje posameznih elementov redkih zemelj.Ta proces se imenujeredke zemljekoncentrat razgradnje, znan tudi kot predobdelava.
· Obstaja veliko metod za razgradnjoredke zemljekoncentrati, ki jih lahko na splošno razdelimo v tri kategorije: kislinska metoda, alkalna metoda in razgradnja s kloriranjem.Razgradnjo kisline lahko nadalje razdelimo na razgradnjo klorovodikove kisline, razgradnjo žveplove kisline in razgradnjo fluorovodikove kisline.Alkalijsko razgradnjo lahko nadalje razdelimo na razgradnjo natrijevega hidroksida, taljenje natrijevega hidroksida ali metode praženja s sodo.Ustrezen potek postopka je na splošno izbran na podlagi načel vrste koncentrata, značilnosti stopnje, načrta izdelka, priročnosti za predelavo in celovito uporabo neredkih zemeljskih elementov, koristi za higieno dela in varstva okolja ter ekonomske racionalnosti.
·Čeprav je bilo odkritih skoraj 200 mineralov redkih in razpršenih elementov, jih zaradi njihove redkosti z industrijskim rudarjenjem niso obogateli v samostojna nahajališča.Zaenkrat le redki samostojnigermanij, selen, intelurnahajališča so bila odkrita, vendar obseg nahajališč ni zelo velik.
Taljenje redkih zemelj
· Obstajata dve metodi zaredke zemljetaljenje, hidrometalurgija in pirometalurgija.
· Celoten postopek hidrometalurgije redkih zemelj in kemične metalurgije kovin je večinoma v raztopini in topilu, kot je razgradnja koncentrata redkih zemelj, ločevanje in ekstrakcijaoksidi redkih zemelj, spojine in posamezne redke zemeljske kovine, ki uporabljajo postopke kemičnega ločevanja, kot so obarjanje, kristalizacija, oksidacijska redukcija, ekstrakcija s topilom in ionska izmenjava.Najpogosteje uporabljena metoda je ekstrakcija z organskim topilom, ki je univerzalni postopek za industrijsko ločevanje posameznih elementov redkih zemelj visoke čistosti.Hidrometalurški postopek je kompleksen in čistost izdelka je visoka.Ta metoda ima široko paleto aplikacij pri izdelavi končnih izdelkov.
Pirometalurški postopek je preprost in ima visoko produktivnost.Redka zemljapirometalurgija zajema predvsem proizvodnjozlitine redkih zemeljs silikotermično redukcijsko metodo, proizvodnjo redkih zemeljskih kovin ali zlitin z metodo elektrolize staljene soli in proizvodnjozlitine redkih zemeljz metodo termične redukcije kovin itd.
Skupna značilnost pirometalurgije je proizvodnja pri visokih temperaturah.
Proizvodni proces redkih zemelj
·Redka zemljakarbonat inklorid redkih zemeljsta dva glavna primarna proizvoda vredke zemljeindustrija.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 kot postopek s kavstično sodo.
·Poleg tega, da je prisoten v različnih mineralih redkih zemelj, pomemben delredkih zemeljskih elementovv naravi soobstajajo z minerali apatita in fosfatnih kamnin.Skupne svetovne zaloge fosfatne rude znašajo približno 100 milijard ton s povprečjemredke zemljevsebnost 0,5 ‰.Ocenjuje se, da skupni znesekredke zemljepovezanih s fosfatno rudo na svetu je 50 milijonov ton.Kot odgovor na značilnosti nizkeredke zemljeGlede na vsebino in status posebnega pojava v rudnikih so tako doma kot v tujini preučevali različne procese pridobivanja, ki jih lahko razdelimo na mokre in termične metode.Pri mokrih metodah jih lahko glede na različne razgradne kisline razdelimo na metodo z dušikovo kislino, metodo s klorovodikovo kislino in metodo z žveplovo kislino.Obstajajo različni načini pridobivanja redkih zemelj iz fosforjevih kemičnih procesov, ki so vsi tesno povezani z metodami predelave fosfatne rude.Med termičnim proizvodnim procesom seredke zemljestopnja okrevanja lahko doseže 60%.
Z nenehnim izkoriščanjem virov fosfatnih kamnin in premikom k razvoju nizkokakovostnih fosfatnih kamnin je postopek fosforne kisline po mokrem postopku z žveplovo kislino postal glavna metoda v kemični fosfatni industriji in predelavaredkih zemeljskih elementovpri žveplovi kislini z mokrim postopkom je fosforna kislina postala žarišče raziskav.V proizvodnem procesu fosforne kisline z mokrim postopkom žveplove kisline ima postopek nadzora obogatitve redkih zemelj s fosforno kislino in nato uporaba ekstrakcije z organskimi topili za ekstrakcijo redkih zemelj več prednosti kot zgodnje razvite metode.
Postopek pridobivanja redkih zemelj
Topnost žveplove kisline
Terbijskupina (rahlo topen v sulfatnih kompleksnih soli) -samarij, evropij, gadolinij, terbij, disprozij, inholmij;
Ločevanje ekstrakcije
Svetlobaredke zemlje(P204 ekstrakcija šibke kislosti) –lantan,cerij, prazeodim,neodimin prometij;
Težkoredke zemljeelementi(ekstrakcija kislosti v P204) -holmij,
Uvod v postopek ekstrakcije
V procesu ločevanjaredki zemeljski elementi,zaradi izjemno podobnih fizikalnih in kemijskih lastnosti 17 elementov ter obilice spremljajočih primesi vredkih zemeljskih elementov, je postopek ekstrakcije razmeroma zapleten in pogosto uporabljen.
Obstajajo tri vrste ekstrakcijskih postopkov: metoda po korakih, ionska izmenjava in ekstrakcija s topilom.
Metoda po korakih
Metoda ločevanja in čiščenja z uporabo razlike v topnosti spojin v topilih se imenuje metoda po korakih.Oditrij(Y) dolutecij(Lu), ena sama ločitev med vsemi naravnimiredkih zemeljskih elementov, vključno z radijem, ki sta ga odkrila zakonca Curie,
Vsi so ločeni s to metodo.Postopek delovanja te metode je razmeroma zapleten, posamezno ločevanje vseh elementov redkih zemelj pa je trajalo več kot 100 let, pri čemer je eno ločevanje in ponovljena operacija dosegla 20.000-krat.Za kemijske delavce, njihovo delo
Trdnost je relativno visoka in postopek je relativno zapleten.Zato s to metodo ni mogoče proizvesti niti ene redke zemlje v velikih količinah.
Ionska izmenjava
Raziskovalno delo na redkih zemeljskih elementih je ovirala nezmožnost izdelave enega samegaelement redkih zemeljv velikih količinah z metodami po korakih.Da bi analiziraliredkih zemeljskih elementovki jih vsebujejo produkti jedrske cepitve in odstranijo redke zemeljske elemente iz urana in torija, je bila uspešno preučena ionsko izmenjevalna kromatografija (ionsko izmenjevalna kromatografija), ki je bila nato uporabljena za ločevanjeelement redkih zemeljs.Prednost metode ionske izmenjave je, da je mogoče v eni operaciji ločiti več elementov.Prav tako lahko pridobi izdelke visoke čistosti.Pomanjkljivost pa je, da ga ni mogoče neprekinjeno obdelovati, z dolgim obratovalnim ciklom in visokimi stroški za regeneracijo in zamenjavo 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.Vendar pa je zaradi izjemnih značilnosti ionsko izmenjevalne kromatografije pri pridobivanju posameznih produktov redkih zemelj visoke čistosti trenutno za proizvodnjo posameznih produktov ultravisoke čistosti in ločevanje nekaterih elementov težke redke zemlje potrebna tudi uporaba ionsko izmenjevalne kromatografije ločiti in proizvesti izdelek redkih zemelj.
Ekstrakcija s topilom
Metoda uporabe organskih topil za ekstrakcijo in ločevanje ekstrahirane snovi iz vodne raztopine, ki se ne meša, se imenuje ekstrakcija tekočina-tekočina z organskim topilom, skrajšano ekstrakcija s topilom.Je proces prenosa mase, ki prenaša snovi iz ene tekoče faze v drugo.Metoda ekstrakcije s topilom je bila prej uporabljena v petrokemični, organski kemiji, farmacevtski kemiji in analizni kemiji.Vendar je v zadnjih štiridesetih letih zaradi razvoja znanosti in tehnologije atomske energije ter potrebe po proizvodnji ultra čistih snovi in redkih elementov ekstrakcija s topilom močno napredovala v panogah, kot sta industrija jedrskega goriva in redka metalurgija. .Kitajska je dosegla visoko raven raziskav na področju teorije ekstrakcije, sinteze in uporabe novih ekstraktantov ter procesa ekstrakcije za ločevanje elementov redkih zemelj.V primerjavi z metodami ločevanja, kot so stopenjska precipitacija, stopenjska kristalizacija in ionska izmenjava, ima ekstrakcija s topilom vrsto prednosti, kot so dober učinek ločevanja, velika proizvodna zmogljivost, udobje za hitro in neprekinjeno proizvodnjo ter enostavno doseganje avtomatskega nadzora.Zato je postopoma postala glavna metoda za ločevanje velikih količinredke zemljes.
Čiščenje redkih zemelj
Proizvodne surovine
Redke zemeljske kovineso na splošno razdeljeni na mešane redke zemeljske kovine in enojneredke zemeljske kovine.Sestava mešanaredke zemeljske kovineje podobna prvotni sestavi redkih zemelj v rudi, posamezna kovina pa je kovina, ločena in prečiščena iz vsake redke zemlje.Težko je zmanjšatioksid redkih zemeljs (razen oksidovsamarij,evropij,, tulij,iterbij) v eno kovino z uporabo splošnih metalurških metod zaradi visoke toplote tvorbe in visoke stabilnosti.Zato se običajno uporabljajo surovine za proizvodnjoredke zemeljske kovinedandanes so njihovi kloridi in fluoridi.
Elektroliza staljene soli
Masovna proizvodnja mešanihredke zemeljske kovinev industriji na splošno uporablja metodo elektrolize staljene soli.Obstajata dve metodi elektrolize: kloridna elektroliza in oksidna elektroliza.Način priprave enega samegaredke zemeljske kovinerazlikuje glede na element.samarij,evropij,,tulij,iterbijzaradi visokega parnega tlaka niso primerni za elektrolitsko pripravo, temveč se 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 za mešane kovine redkih zemelj.Postopek je preprost, stroškovno učinkovit in zahteva minimalne naložbe.Največja pomanjkljivost pa je sproščanje plinastega klora, ki onesnažuje okolje.Oksidna elektroliza ne sprošča škodljivih plinov, vendar je cena nekoliko višja.Na splošno enojni po visoki ceniredke zemljekot naprimerneodiminprazeodimse proizvajajo z oksidno elektrolizo.
Metoda vakuumske redukcijske elektrolize lahko pripravi samo splošno industrijsko kakovostredke zemeljske kovine.Pripravitiredke zemeljske kovinez nizko vsebnostjo nečistoč in visoko čistostjo se običajno uporablja metoda vakuumske toplotne redukcije.Ta metoda lahko proizvede vse posamezne redke zemeljske kovine, vendarsamarij,evropij,,tulij,iterbijni mogoče proizvesti s to metodo.Redoks potencialsamarij,evropij,,tulij,iterbijkalcij pa le delno zmanjšaredke zemljefluorid.Na splošno priprava teh kovin temelji na načelih visokega parnega tlaka teh kovin in nizkega parnega tlakakovinski lantans.Oksidi teh štirihredke zemljeso pomešani z delcikovinski lantans in stisnjen v bloke ter reduciran v vakuumski peči.Lantanje dejavnejši, medtem kosamarij,evropij,,tulij,iterbijse zmanjšajo na zlato zlantanin se zbira pri kondenzaciji, zaradi česar se zlahka loči od žlindre.
Čas objave: Nov-07-2023