Uvod u tehnologiju industrije rijetkih zemalja
·Rijetke zemlje inije metalni element, već skupni naziv za 15 elemenata rijetke zemlje iitrijiskandij.Stoga 17 elemenata rijetkih zemalja i njihovi različiti spojevi imaju različite namjene, u rasponu od klorida s čistoćom od 46% do pojedinačnih oksida rijetkih zemalja imetali rijetke zemljes čistoćom od 99,9999%.Uz dodatak srodnih spojeva i smjesa, postoji bezbroj proizvoda rijetkih zemalja.Tako,rijetka zemljatehnologija je također raznolika na temelju razlika ovih 17 elemenata.Međutim, zbog činjenice da se elementi rijetkih zemalja mogu podijeliti na cerij iitrijgrupe temeljene na karakteristikama minerala, procesi rudarenja, taljenja i odvajanja minerala rijetkih zemalja također su relativno jedinstveni.Počevši od početnog rudarenja rude, metode odvajanja, procesi taljenja, metode ekstrakcije i procesi pročišćavanja rijetkih zemalja uvest će se jedan po jedan.
Prerada minerala rijetkih zemalja
· Prerada minerala je proces mehaničke obrade koji koristi razlike u fizičkim i kemijskim svojstvima između različitih minerala koji čine rudu, koristi različite metode obogaćivanja, procese i opremu za obogaćivanje korisnih minerala u rudi, uklanjanje štetnih nečistoća i njihovo odvajanje od minerala gangue.
·Urijetka zemljarude iskopane širom svijeta, sadržajoksidi rijetkih zemaljaiznosi tek nekoliko postotaka, a neki i niže.Kako bi se zadovoljili proizvodni zahtjevi taljenja,rijetka zemljaminerali se odvajaju od minerala jalovine i drugih korisnih minerala putem obogaćivanja prije taljenja, 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 prihvaća metodu flotacije, često dopunjenu višestrukim kombinacijama gravitacijske i magnetske separacije kako bi se formirao tijek procesa obogaćivanja.
Therijetka zemljanalazište u rudniku Baiyunebo u unutarnjoj Mongoliji nalazište je željeznog dolomita u obliku karbonatne stijene, uglavnom sastavljeno od popratnih minerala rijetkih zemalja u željeznoj rudi (uz fluorougljičnu cerijevu rudu i monacit, postoji i nekolikoniobijirijetka zemljaminerali).
Ekstrahirana ruda sadrži oko 30% željeza i oko 5% oksida rijetkih zemalja. Nakon drobljenja velike rude u rudniku, transportira se vlakom u postrojenje za obogaćivanje Baotou Iron and Steel Group Company.Zadaća oplemenjivača je povećanjeFe2O3od 33% do preko 55%, prvo mljevenje i usitnjavanje na mlinu s konusnom kuglom, a zatim odabir primarnog koncentrata željeza od 62-65% Fe2O3 (željezni oksid) pomoću cilindričnog magnetskog separatora.Jalovina se nastavlja podvrgavati flotaciji i magnetskoj separaciji kako bi se dobio sekundarni koncentrat željeza koji sadrži više od 45%Fe2O3(željezni oksid).Rijetka zemlja je obogaćena flotacijskom pjenom, sa stupnjem od 10-15%.Koncentrat se može odabrati uz pomoć stola za mućkanje kako bi se dobio grubi koncentrat sa sadržajem REO od 30%.Nakon ponovne obrade u opremi za obogaćivanje, može se dobiti koncentrat rijetke zemlje s udjelom REO od preko 60%.
Metoda razgradnje koncentrata rijetkih zemalja
·Rijetke zemljeelementi u koncentratima općenito postoje u obliku netopljivih karbonata, fluorida, fosfata, oksida ili silikata.Elementi rijetkih zemalja moraju se raznim kemijskim promjenama pretvoriti u spojeve topive u vodi ili anorganskim kiselinama, a zatim proći kroz procese kao što su otapanje, odvajanje, pročišćavanje, koncentracija ili kalcinacija kako bi se proizvele različite mješavinerijetka zemljaspojevi kao što su miješani kloridi rijetkih zemalja, koji se mogu koristiti kao proizvodi ili sirovine za odvajanje pojedinačnih elemenata rijetkih zemalja.Ovaj proces se zoverijetka zemljakoncentrat razgradnje, poznat i kao prethodna obrada.
·Postoje mnoge metode za razgradnjurijetka zemljakoncentrati, koji se općenito mogu podijeliti u tri kategorije: kiselinska metoda, alkalna metoda i razgradnja kloriranjem.Razgradnja kiseline može se dalje podijeliti na razgradnju klorovodične kiseline, razgradnju sumporne kiseline i razgradnju fluorovodične kiseline.Alkalna razgradnja može se dalje podijeliti na metode razgradnje natrijevog hidroksida, taljenja natrijevog hidroksida ili metode prženja sodom.Odgovarajući tijek procesa općenito se odabire na temelju načela vrste koncentrata, karakteristika stupnja, plana proizvoda, pogodnosti za oporabu i sveobuhvatnu upotrebu elemenata koji nisu rijetke zemlje, koristi za higijenu rada i zaštitu okoliša te ekonomske racionalnosti.
·Iako je otkriveno gotovo 200 minerala rijetkih i raspršenih elemenata, oni zbog svoje rijetkosti nisu obogaćeni u samostalna ležišta industrijskim rudarenjem.Zasad samo rijetki nezavisnigermanij, selen, itelurotkrivene su naslage, ali razmjeri naslaga nisu jako veliki.
Taljenje rijetkih zemalja
·Postoje dvije metode zarijetka zemljataljenje, hidrometalurgija i pirometalurgija.
· Cijeli proces hidrometalurgije rijetkih zemalja i kemijske metalurgije metala uglavnom je u otopini i otapalu, kao što je razgradnja koncentrata rijetkih zemalja, odvajanje i ekstrakcijaoksidi rijetkih zemalja, spojevi i pojedinačni rijetki zemni metali, koji koriste procese kemijske separacije kao što su taloženje, kristalizacija, oksidacijska redukcija, ekstrakcija otapalom i ionska izmjena.Najčešće korištena metoda je ekstrakcija organskim otapalom, što je univerzalni postupak za industrijsko odvajanje pojedinačnih elemenata rijetke zemlje visoke čistoće.Hidrometalurški proces je složen i čistoća proizvoda je visoka.Ova metoda ima širok raspon primjena u proizvodnji gotovih proizvoda.
Pirometalurški postupak je jednostavan i ima visoku produktivnost.Rijetke zemljepirometalurgija uglavnom uključuje proizvodnjulegure rijetkih zemaljametodom silikotermičke redukcije, proizvodnjom metala rijetkih zemalja ili legura metodom elektrolize rastaljene soli i proizvodnjomlegure rijetkih zemaljametodom termičke redukcije metala itd.
Zajednička karakteristika pirometalurgije je proizvodnja u uvjetima visokih temperatura.
Proces proizvodnje rijetkih zemalja
·Rijetke zemljekarbonat iklorid rijetke zemljesu dva glavna primarna proizvoda urijetka zemljaindustrija.Općenito govoreći, trenutno postoje dva glavna procesa za proizvodnju ova dva proizvoda.Jedan postupak je proces prženja koncentriranom sumpornom kiselinom, a drugi postupak se naziva proces kaustične sode, skraćeno proces kaustične sode.
·Osim što je prisutan u raznim mineralima rijetkih zemalja, značajan dioelementi rijetkih zemaljau prirodi koegzistiraju s mineralima apatita i fosfatnih stijena.Ukupne svjetske rezerve fosfatne rude iznose oko 100 milijardi tona, s prosječnomrijetka zemljasadržaj 0,5 ‰.Procjenjuje se da je ukupan iznos odrijetka zemljapovezana s fosfatnom rudom u svijetu iznosi 50 milijuna tona.Kao odgovor na karakteristike niskerijetka zemljaSadržaj i status posebne pojave u rudnicima, različiti procesi oporabe proučavani su u zemlji i inozemstvu, koji se mogu podijeliti na mokre i toplinske metode.Mokre metode se mogu podijeliti na metodu dušične kiseline, metodu klorovodične kiseline i metodu sumporne kiseline prema različitim kiselinama razgradnje.Postoje različiti načini za dobivanje rijetkih zemalja iz fosfornih kemijskih procesa, a svi su oni usko povezani s metodama obrade fosfatne rude.Tijekom procesa toplinske proizvodnje,rijetka zemljastopa oporavka može doseći 60%.
S kontinuiranim korištenjem resursa fosfatnih stijena i pomakom prema razvoju fosfatnih stijena niske kvalitete, mokri postupak sumporne kiseline s fosfornom kiselinom postao je glavna metoda u kemijskoj industriji fosfata, a oporavakelementi rijetkih zemaljau mokrom postupku sumporne kiseline fosforna kiselina postala je žarište istraživanja.U procesu proizvodnje sumporne kiseline mokrim postupkom fosforne kiseline, postupak kontroliranja obogaćivanja rijetkih zemalja u fosfornoj kiselini i zatim korištenje ekstrakcije organskim otapalom za ekstrakciju rijetkih zemalja ima više prednosti od rano razvijenih metoda.
Proces ekstrakcije rijetkih zemalja
Topljivost sumporne kiseline
Cerijskupina (netopivi u sulfatnim kompleksnim solima) –lantan, cerij, praseodim, neodimijskii prometij;
Terbijskupina (slabo topljivi u sulfatnim kompleksnim solima) -samarij, europij, gadolinij, terbij, disprozij, iholmij;
Itrijskupina (topivi u sulfatnim kompleksnim solima) –itrij, erbij, tulij, iterbij,lutecij, iskandij.
Odvajanje ekstrakcije
Svjetlorijetka zemlja(P204 ekstrakcija slabe kiselosti) –lantan,cerij, praseodim,neodimijskii prometij;
Srednja rijetka zemlja (P204 ekstrakcija niske kiselosti)-samarij,europij,gadolinij,terbij,disprozij;
Teškarijetka zemljaelementi(ekstrakcija kiselosti u P204) -holmij,
Uvod u proces ekstrakcije
U procesu odvajanjaelementi rijetke zemlje,zbog izrazito sličnih fizikalno-kemijskih svojstava 17 elemenata, kao i obilja popratnih nečistoća uelementi rijetkih zemalja, postupak ekstrakcije je relativno složen i često se koristi.
Postoje tri vrste procesa ekstrakcije: metoda korak po korak, ionska izmjena i ekstrakcija otapalom.
Metoda korak po korak
Metoda odvajanja i pročišćavanja pomoću razlike u topljivosti spojeva u otapalima naziva se metoda korak po korak.Izitrij(Y) dolutecij(Lu), jedno odvajanje između svih prirodnih pojavaelementi rijetkih zemalja, uključujući radij koji je otkrio bračni par Curie,
Svi su razdvojeni ovom metodom.Operativni postupak ove metode je relativno složen, a jedno odvajanje svih elemenata rijetke zemlje trajalo je više od 100 godina, pri čemu je jedno odvajanje i ponovljena operacija dostigla 20 000 puta.Za kemijske radnike, njihov posao
Čvrstoća je relativno visoka i proces je relativno složen.Stoga se ovom metodom ne može proizvesti niti jedna rijetka zemlja u velikim količinama.
Ionska izmjena
Istraživački rad na elementima rijetke zemlje ometen je nemogućnošću proizvodnje jednogelement rijetke zemljeu velikim količinama kroz metode korak po korak.Kako bismo analiziralielementi rijetkih zemaljakoji se nalaze u produktima nuklearne fisije i uklanjaju elemente rijetke zemlje iz urana i torija, uspješno je proučavana kromatografija ionske izmjene (kromatografija ionske izmjene), koja je zatim korištena za odvajanjeelement rijetke zemljes.Prednost metode ionske izmjene je u tome što se više elemenata može odvojiti u jednoj operaciji.Također može dobiti proizvode visoke čistoće.Međutim, nedostatak je što se ne može kontinuirano prerađivati, s dugim radnim ciklusom i visokim troškovima regeneracije i izmjene smole.Stoga je ova nekad glavna metoda za odvajanje velikih količina rijetkih zemalja povučena iz glavne metode odvajanja i zamijenjena metodom ekstrakcije otapalom.Međutim, zbog izvanrednih karakteristika kromatografije ionske izmjene u dobivanju pojedinačnih proizvoda rijetke zemlje visoke čistoće, trenutno je, kako bi se proizveli pojedinačni proizvodi ultra visoke čistoće i odvojili neki teški elementi rijetke zemlje, također potrebno koristiti kromatografiju ionske izmjene odvojiti i proizvesti proizvod rijetke zemlje.
Ekstrakcija otapalom
Metoda korištenja organskih otapala za ekstrakciju i odvajanje ekstrahirane tvari iz vodene otopine koja se ne može miješati naziva se ekstrakcija organskim otapalom tekućina-tekućina, skraćeno ekstrakcija otapalom.To je proces prijenosa mase koji prenosi tvari iz jedne tekuće faze u drugu.Metoda ekstrakcije otapalom ranije je primjenjivana u petrokemiji, organskoj kemiji, farmaceutskoj kemiji i analitičkoj kemiji.Međutim, u proteklih četrdeset godina, zbog razvoja znanosti i tehnologije atomske energije, kao i potrebe za proizvodnjom ultračistih tvari i rijetkih elemenata, ekstrakcija otapalima je postigla veliki napredak u industrijama kao što su industrija nuklearnog goriva i rijetka metalurgija. .Kina je postigla visoku razinu istraživanja u teoriji ekstrakcije, sintezi i primjeni novih ekstraktanata i ekstrakcijskom procesu za odvajanje elemenata rijetke zemlje.U usporedbi s metodama odvajanja kao što su stupnjevano taloženje, stupnjevana kristalizacija i ionska izmjena, ekstrakcija otapalom ima niz prednosti kao što su dobar učinak odvajanja, veliki proizvodni kapacitet, pogodnost za brzu i kontinuiranu proizvodnju i jednostavno postizanje automatske kontrole.Stoga je postupno postao glavna metoda za odvajanje velikih količinarijetka zemljas.
Pročišćavanje rijetkih zemalja
Sirovine za proizvodnju
Rijetki zemni metaliopćenito se dijele na miješane metale rijetkih zemalja i pojedinačnemetali rijetke zemlje.Sastav mješovitimetali rijetke zemljesličan je izvornom sastavu rijetke zemlje u rudi, a pojedinačni metal je metal odvojen i rafiniran od svake rijetke zemlje.Teško je smanjitioksid rijetke zemljes (osim oksida odsamarij,europij,, tulij,iterbij) u jedan metal korištenjem općih metalurških metoda, zbog njihove visoke topline stvaranja i visoke stabilnosti.Stoga se najčešće koriste sirovine za proizvodnjumetali rijetke zemljedanas su njihovi kloridi i fluoridi.
Elektroliza rastaljene soli
Masovna proizvodnja mješovitihmetali rijetke zemljeu industriji općenito koristi metodu elektrolize rastaljene soli.Postoje dvije metode elektrolize: elektroliza klorida i elektroliza oksida.Način pripreme jednogmetali rijetke zemljevarira ovisno o elementu.samarij,europij,,tulij,iterbijnisu prikladni za elektrolitičku pripremu zbog visokog tlaka pare, već se pripremaju metodom redukcijske destilacije.Ostali elementi mogu se pripremiti elektrolizom ili metodom termičke redukcije metala.
Kloridna elektroliza je najčešća metoda za proizvodnju metala, posebno za miješane metale rijetkih zemalja.Proces je jednostavan, isplativ i zahtijeva minimalna ulaganja.Ipak, najveći nedostatak je ispuštanje plinovitog klora koji zagađuje okoliš.Oksidna elektroliza ne ispušta štetne plinove, ali je trošak nešto veći.Općenito, singl visoke cijenerijetke zemljekao nprneodimijskiipraseodimse proizvode elektrolizom oksida.
Metoda vakuum redukcijske elektrolize može pripremiti samo opću industrijsku kvalitetumetali rijetke zemlje.Pripremitimetali rijetke zemljes niskim nečistoćama i visokom čistoćom, općenito se koristi metoda vakuumske toplinske redukcije.Ova metoda može proizvesti sve pojedinačne metale rijetke zemlje, alisamarij,europij,,tulij,iterbijne može se proizvesti ovom metodom.Redoks potencijalsamarij,europij,,tulij,iterbija kalcij samo djelomično reducirarijetka zemljafluorid.Općenito, priprema ovih metala temelji se na principima visokog tlaka pare ovih metala i niskog tlaka parelantan metals.Oksidi ova četiririjetke zemljepomiješani su s fragmentimalantan metals i komprimiran u blokove, te reduciran u vakuumskoj peći.Lantanje aktivniji, doksamarij,europij,,tulij,iterbijsvode se na zlato polantani skuplja se kondenzacijom, što ga čini lakim za odvajanje od troske.
Vrijeme objave: 7. studenog 2023