Inleiding tot technologie voor de zeldzame-aarde-industrie
·Zeldzame aarde iis geen metaalelement, maar een verzamelnaam voor 15 zeldzame aarde-elementen enyttriumEnscandiumDaarom hebben de 17 zeldzame aarde-elementen en hun verschillende verbindingen verschillende toepassingen, variërend van chloriden met een zuiverheid van 46% tot enkele zeldzame aarde-oxiden enzeldzame aardmetalenmet een zuiverheid van 99,9999%. Door de toevoeging van verwante verbindingen en mengsels ontstaan er talloze zeldzame aardproducten. Dus,zeldzame aardeDe technologie is ook divers vanwege de verschillen tussen deze 17 elementen. Omdat zeldzame aardmetalen echter kunnen worden onderverdeeld in cerium enyttriumGroepen gebaseerd op minerale eigenschappen, de winnings-, smelt- en scheidingsprocessen van zeldzame aardmetalen zijn ook relatief uniform. Beginnend bij de eerste ertswinning, worden de scheidingsmethoden, smeltprocessen, extractiemethoden en zuiveringsprocessen van zeldzame aardmetalen één voor één geïntroduceerd.
Minerale verwerking van zeldzame aarden
·Minerale verwerking is een mechanisch verwerkingsproces dat gebruikmaakt van de verschillen in fysieke en chemische eigenschappen tussen verschillende mineralen waaruit het erts bestaat. Daarbij worden verschillende verrijkingsmethoden, processen en apparatuur gebruikt om bruikbare mineralen in het erts te verrijken, schadelijke onzuiverheden te verwijderen en deze te scheiden van gangmineralen.
·In dezeldzame aardeertsen die wereldwijd worden gedolven, de inhoud vanzeldzame aardoxidenis slechts een paar procent, en sommige zelfs lager. Om te voldoen aan de productie-eisen van het smelten,zeldzame aardeMineralen worden vóór het smelten gescheiden van gangmineralen en andere bruikbare mineralen door middel van verrijking. Dit verhoogt het gehalte aan zeldzame-aardeoxiden en resulteert in concentraten van zeldzame aarden die voldoen aan de eisen van de zeldzame-aardmetallurgie. De verrijking van zeldzame-aarde-ertsen vindt doorgaans plaats via de flotatiemethode, vaak aangevuld met meerdere combinaties van zwaartekracht- en magnetische scheiding om een verrijkingsproces te vormen.
Dezeldzame aardeDe afzetting in de Baiyunebo-mijn in Binnen-Mongolië is een carbonaatgesteente-type afzetting van ijzerdolomiet, voornamelijk samengesteld uit bijbehorende zeldzame aardmineralen in ijzererts (naast fluorkoolstofceriumerts en monaziet zijn er ook verschillendeniobiumEnzeldzame aardemineralen).
Het gewonnen erts bevat ongeveer 30% ijzer en ongeveer 5% zeldzame aardoxiden. Nadat het grove erts in de mijn is vermalen, wordt het per trein naar de verwerkingsfabriek van Baotou Iron and Steel Group Company vervoerd. De taak van de verwerkingsfabriek is om de productie te verhogen.Fe2O3van 33% tot meer dan 55%, eerst malen en graderen op een conische kogelmolen, en vervolgens selecteren van een primair ijzerconcentraat van 62-65% Fe2O3 (ijzeroxide) met behulp van een cilindrische magnetische scheider. De residuen ondergaan flotatie en magnetische scheiding om een secundair ijzerconcentraat te verkrijgen met meer dan 45% ijzer.Fe2O3(ijzeroxide). Zeldzame aardmetalen worden verrijkt tot flotatieschuim met een gehalte van 10-15%. Het concentraat kan met behulp van een schudtafel worden geselecteerd om een grof concentraat met een REO-gehalte van 30% te produceren. Na herverwerking door verwerkingsapparatuur kan een concentraat van zeldzame aardmetalen met een REO-gehalte van meer dan 60% worden verkregen.
Ontledingsmethode van zeldzame aardenconcentraat
·Zeldzame aardeElementen in concentraten bestaan over het algemeen in de vorm van onoplosbare carbonaten, fluoriden, fosfaten, oxiden of silicaten. Zeldzame aardmetalen moeten door middel van verschillende chemische veranderingen worden omgezet in verbindingen die oplosbaar zijn in water of anorganische zuren, en vervolgens processen ondergaan zoals oplossen, scheiden, zuiveren, concentreren of calcineren om diverse mengsels te produceren.zeldzame aardeVerbindingen zoals gemengde chloriden van zeldzame aarden, die kunnen worden gebruikt als producten of grondstoffen voor het scheiden van afzonderlijke zeldzame aarden. Dit proces wordtzeldzame aardeontleding van concentraat, ook wel voorbehandeling genoemd.
·Er zijn veel methoden omzeldzame aardeConcentraten, die over het algemeen kunnen worden onderverdeeld in drie categorieën: zuurmethode, alkalimethode en chloreringsontleding. Zuurontleding kan verder worden onderverdeeld in zoutzuurontleding, zwavelzuurontleding en waterstoffluorideontleding. Alkali-ontleding kan verder worden onderverdeeld in natriumhydroxideontleding, natriumhydroxidesmeltmethode of soda-roosting. De juiste processtroom wordt over het algemeen gekozen op basis van de principes van concentraattype, kwaliteitskenmerken, productplan, gemak voor de terugwinning en volledige benutting van niet-zeldzame aardmetalen, voordelen voor arbeidshygiëne en milieubescherming, en economische rationaliteit.
·Hoewel er bijna 200 zeldzame en verspreide elementmineralen zijn ontdekt, zijn ze vanwege hun zeldzaamheid niet verrijkt tot onafhankelijke afzettingen door industriële mijnbouw. Tot nu toe zijn er alleen zeldzame onafhankelijkegermanium, selenium, EntelluriumEr zijn afzettingen ontdekt, maar de omvang van de afzettingen is niet heel groot.
Smelten van zeldzame aarden
·Er zijn twee methoden voorzeldzame aardesmelten, hydrometallurgie en pyrometallurgie.
·Het gehele proces van zeldzame aardenhydrometallurgie en metaalchemische metallurgie vindt grotendeels plaats in oplossing en oplosmiddel, zoals de ontleding van zeldzame aardenconcentraat, scheiding en extractie vanzeldzame aardoxiden, verbindingen en afzonderlijke zeldzame aardmetalen, die gebruikmaken van chemische scheidingsprocessen zoals precipitatie, kristallisatie, oxidatie-reductie, oplosmiddelextractie en ionenwisseling. De meest gebruikte methode is extractie met organische oplosmiddelen, een universeel proces voor de industriële scheiding van zeer zuivere afzonderlijke zeldzame aardmetalen. Het hydrometallurgieproces is complex en de productzuiverheid is hoog. Deze methode kent een breed scala aan toepassingen bij de productie van eindproducten.
Het pyrometallurgische proces is eenvoudig en kent een hoge productiviteit.Zeldzame aardepyrometallurgie omvat voornamelijk de productie vanzeldzame aardlegeringendoor middel van silicothermische reductie, de productie van zeldzame aardmetalen of legeringen door middel van gesmolten zoutelektrolyse en de productie vanzeldzame aardlegeringendoor middel van thermische reductie van metaal enz.
Het gemeenschappelijke kenmerk van pyrometallurgie is de productie onder hoge temperatuuromstandigheden.
Productieproces van zeldzame aarden
·Zeldzame aardecarbonaat enzeldzame aardechloridezijn de twee belangrijkste primaire producten in dezeldzame aardeIndustrie. Over het algemeen zijn er momenteel twee hoofdprocessen voor de productie van deze twee producten. Het ene proces is het roosten van geconcentreerd zwavelzuur, en het andere proces heet het natronloogproces, afgekort als het natronloogproces.
·Naast de aanwezigheid in verschillende zeldzame aardmineralen, is een aanzienlijk deel vanzeldzame aardelementenIn de natuur bestaan ze naast apatiet- en fosfaatgesteentemineralen. De totale reserves aan fosfaaterts wereldwijd bedragen ongeveer 100 miljard ton, met een gemiddeldezeldzame aardegehalte van 0,5 ‰. Geschat wordt dat de totale hoeveelheidzeldzame aardeDe wereldwijde productie van fosfaaterts bedraagt 50 miljoen ton. Als reactie op de kenmerken van lagezeldzame aardeVanwege de aanwezigheid en de bijzondere aanwezigheidsstatus in mijnen zijn er zowel nationaal als internationaal verschillende winningsprocessen bestudeerd, die kunnen worden onderverdeeld in natte en thermische methoden. Bij natte methoden kunnen ze worden onderverdeeld in de salpeterzuurmethode, de zoutzuurmethode en de zwavelzuurmethode, afhankelijk van de verschillende ontledingszuren. Er zijn verschillende manieren om zeldzame aarden uit fosfor te winnen via chemische processen, die allemaal nauw verwant zijn aan de verwerkingsmethoden van fosfaaterts. Tijdens het thermische productieproceszeldzame aardeHet herstelpercentage kan 60% bedragen.
Met het voortdurende gebruik van fosfaatgesteentebronnen en de verschuiving naar de ontwikkeling van fosfaatgesteente van lage kwaliteit is het natte proces van zwavelzuurfosforzuur de belangrijkste methode geworden in de fosfaatchemische industrie, en het terugwinnen vanzeldzame aardelementenFosforzuur is een onderzoekshotspot geworden in het natte proces van zwavelzuur. In het productieproces van fosforzuur via het natte proces van zwavelzuur heeft het proces van het beheersen van de verrijking van zeldzame aarden in fosforzuur en het vervolgens gebruiken van extractie met organische oplosmiddelen om zeldzame aarden te extraheren meer voordelen dan eerder ontwikkelde methoden.
Proces van het winnen van zeldzame aarden
Oplosbaarheid van zwavelzuur
Ceriumgroep (onoplosbaar in sulfaatcomplexzouten) –lanthaan, cerium, praseodymium, neodymium, en promethium;
Terbiumgroep (licht oplosbaar in sulfaatcomplexzouten) -samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, Enholmium;
Yttriumgroep (oplosbaar in sulfaatcomplexzouten) –yttrium, erbium, thulium, ytterbium,lutetium, Enscandium.
Extractie scheiding
Lichtzeldzame aarde(P204 extractie met zwakke zuurgraad) –lanthaan,cerium, praseodymium,neodymium, en promethium;
Middelzware zeldzame aarde (P204 extractie met lage zuurgraad)samarium,europium,gadolinium,terbium,dysprosium;
Zwaarzeldzame aardeelementen(zuurgraad extractie in P204) -holmium,
Inleiding tot het extractieproces
In het proces van scheidingzeldzame aardelementen,vanwege de extreem vergelijkbare fysieke en chemische eigenschappen van 17 elementen, evenals de overvloed aan bijbehorende onzuiverheden inzeldzame aardelementen, het extractieproces is relatief complex en veelgebruikt.
Er zijn drie soorten extractieprocessen: de stapsgewijze methode, ionenuitwisseling en oplosmiddelextractie.
Stap-voor-stap methode
De methode van scheiding en zuivering waarbij gebruik wordt gemaakt van het verschil in oplosbaarheid van verbindingen in oplosmiddelen, wordt de stapsgewijze methode genoemd.yttrium(Y) naarlutetium(Lu), een enkele scheiding tussen alle natuurlijk voorkomendezeldzame aardelementen, waaronder radium ontdekt door het echtpaar Curie,
Ze worden allemaal met deze methode gescheiden. De werkwijze van deze methode is relatief complex en de enkele scheiding van alle zeldzame aardmetalen duurde meer dan 100 jaar, met één scheiding en herhaalde bewerkingen die 20.000 keer bereikten. Voor chemische arbeiders was hun werk
De sterkte is relatief hoog en het proces relatief complex. Daarom is het met deze methode niet mogelijk om één zeldzame aarde in grote hoeveelheden te produceren.
Ionenuitwisseling
Het onderzoek naar zeldzame aardmetalen wordt belemmerd door het onvermogen om een enkelvoudigezeldzame aarde-elementin grote hoeveelheden via stapsgewijze methoden. Om dezeldzame aardelementendie in kernsplijtingsproducten zitten en de zeldzame aardmetalen uit uranium en thorium verwijderen, werd ionenwisselingschromatografie (ionenwisselingschromatografie) met succes bestudeerd, die vervolgens werd gebruikt voor de scheiding vanzeldzame aarde-elements. Het voordeel van de ionenwisselingsmethode is dat meerdere elementen in één bewerking kunnen worden gescheiden. Bovendien kunnen er producten met een hoge zuiverheid worden verkregen. Het nadeel is echter dat de methode niet continu kan worden verwerkt, met een lange bedrijfscyclus en hoge kosten voor harsregeneratie en -uitwisseling. Daarom is deze, ooit de belangrijkste methode voor het scheiden van grote hoeveelheden zeldzame aarden, uit de reguliere scheidingsmethode gehaald en vervangen door de oplosmiddelextractiemethode. Vanwege de uitstekende eigenschappen van ionenwisselingschromatografie bij het verkrijgen van hoogzuivere enkelvoudige zeldzame aardproducten, is het momenteel echter ook noodzakelijk om ionenwisselingschromatografie te gebruiken om een zeldzaam aardproduct te scheiden en te produceren om enkelvoudige producten met een ultrahoge zuiverheid te produceren en enkele zware zeldzame aardelementen te scheiden.
Oplosmiddelextractie
De methode waarbij organische oplosmiddelen worden gebruikt om de geëxtraheerde stof te extraheren en te scheiden uit een niet-mengbare waterige oplossing, wordt vloeistof-vloeistofextractie met organische oplosmiddelen genoemd, afgekort als oplosmiddelextractie. Het is een massaoverdrachtsproces dat stoffen van de ene vloeibare fase naar de andere overbrengt. De oplosmiddelextractiemethode werd al eerder toegepast in de petrochemie, organische chemie, farmaceutische chemie en analytische chemie. De afgelopen veertig jaar heeft oplosmiddelextractie echter grote vooruitgang geboekt in sectoren zoals de kernbrandstofindustrie en de zeldzame metallurgie, dankzij de ontwikkeling van de wetenschap en technologie op het gebied van atoomenergie, en de behoefte aan de productie van ultrazuivere stoffen en zeldzame elementen. China heeft een hoog niveau van onderzoek bereikt op het gebied van extractietheorie, de synthese en toepassing van nieuwe extractanten en het extractieproces voor de scheiding van zeldzame aardmetalen. Vergeleken met scheidingsmethoden zoals gegradeerde precipitatie, gegradeerde kristallisatie en ionenwisseling, heeft oplosmiddelextractie een reeks voordelen, zoals een goed scheidingseffect, een grote productiecapaciteit, gemak voor snelle en continue productie en een eenvoudig te bereiken automatische regeling. Daarom is het geleidelijk de belangrijkste methode geworden voor het scheiden van grote hoeveelhedenzeldzame aardes.
Zuivering van zeldzame aarden
Productiegrondstoffen
Zeldzame aardmetalenworden over het algemeen onderverdeeld in gemengde zeldzame aardmetalen en enkelezeldzame aardmetalenDe samenstelling van gemengdezeldzame aardmetalenis vergelijkbaar met de oorspronkelijke samenstelling van zeldzame aardmetalen in het erts, en een enkel metaal is een metaal dat uit elke zeldzame aardmetalen is gescheiden en gezuiverd. Het is moeilijk omzeldzame aardeoxides (behalve oxiden vansamarium,europium,, thulium,ytterbium) tot één enkel metaal met behulp van algemene metallurgische methoden, vanwege hun hoge vormingswarmte en hoge stabiliteit. Daarom zijn de meest gebruikte grondstoffen voor de productie vanzeldzame aardmetalenTegenwoordig zijn het chloriden en fluoriden.
Gesmolten zout elektrolyse
De massaproductie van gemengdezeldzame aardmetalenIn de industrie wordt over het algemeen de gesmolten-zoutelektrolysemethode gebruikt. Er zijn twee elektrolysemethoden: chloride-elektrolyse en oxide-elektrolyse. De bereidingsmethode van een enkelvoudigzeldzame aardmetalenvarieert afhankelijk van het element.samarium,europium,,thulium,ytterbiumZijn niet geschikt voor elektrolytische bereiding vanwege hun hoge dampspanning en worden in plaats daarvan bereid met behulp van reductiedestillatie. Andere elementen kunnen worden bereid door elektrolyse of thermische metaalreductie.
Chloride-elektrolyse is de meest gebruikte methode voor de productie van metalen, met name gemengde zeldzame aardmetalen. Het proces is eenvoudig, kosteneffectief en vereist minimale investeringen. Het grootste nadeel is echter de uitstoot van chloorgas, wat milieuvervuilend is. Oxide-elektrolyse produceert geen schadelijke gassen, maar de kosten zijn iets hoger. Over het algemeen zijn dure enkelvoudigezeldzame aardenzoalsneodymiumEnpraseodymiumworden geproduceerd met behulp van oxide-elektrolyse.
De vacuümreductie-elektrolysemethode kan alleen algemeen industrieel kwaliteitsmateriaal bereidenzeldzame aardmetalen. Om voor te bereidenzeldzame aardmetalenMet lage onzuiverheden en een hoge zuiverheid wordt over het algemeen de vacuümthermische reductiemethode gebruikt. Deze methode kan alle afzonderlijke zeldzame aardmetalen produceren, maarsamarium,europium,,thulium,ytterbiumkan niet met deze methode worden geproduceerd. Het redoxpotentiaal vansamarium,europium,,thulium,ytterbiumen calcium vermindert slechts gedeeltelijkzeldzame aardefluoride. Over het algemeen is de bereiding van deze metalen gebaseerd op de principes van hoge dampspanning van deze metalen en lage dampspanning vanlanthaanmetaals. De oxiden van deze vierzeldzame aardenzijn gemengd met fragmenten vanlanthaanmetaalen samengeperst tot blokken, en verkleind in een vacuümoven.Lanthaanis actiever, terwijlsamarium,europium,,thulium,ytterbiumworden gereduceerd tot goud doorlanthaanen verzameld bij condensatie, waardoor het gemakkelijk van de slak gescheiden kan worden.
Plaatsingstijd: 07-11-2023