Inleiding tot zeldzame aardsectortechnologie
·Zeldzame aarde is geen metalen element, maar een collectieve term voor 15 zeldzame aardelementen enyttriumEnscandium. Daarom hebben de 17 zeldzame aardelementen en hun verschillende verbindingen verschillende toepassingen, variërend van chloriden met een zuiverheid van 46% tot enkele zeldzame aardoxiden enZeldzame aardmetalenmet een zuiverheid van 99.9999%. Met de toevoeging van gerelateerde verbindingen en mengsels zijn er talloze zeldzame aardproducten. Dus,zeldzame aardeTechnologie is ook divers op basis van de verschillen van deze 17 elementen. Vanwege het feit dat zeldzame aardelementen kunnen worden onderverdeeld in cerium enyttriumGroepen op basis van minerale kenmerken, de mijnbouw-, smelt- en scheidingsprocessen van zeldzame aardmineralen zijn ook relatief verenigd. Beginnend met de initiële ertsmining, worden de scheidingsmethoden, smeltprocessen, extractiemethoden en zuiveringsprocessen van zeldzame aardes één voor één geïntroduceerd.
Minerale verwerking van zeldzame aardes
· Minerale verwerking is een mechanisch verwerkingsproces dat de verschillen in fysische en chemische eigenschappen tussen verschillende mineralen gebruikt die het erts vormen, gebruik maken van verschillende begunstigde methoden, processen en apparatuur om nuttige mineralen in het erts te verrijken, schadelijke onzuiverheden te verwijderen en te scheiden van gangue -mineralen.
· In dezeldzame aardeerts wereldwijd gedolven, de inhoud vanZeldzame aardoxidenis slechts een paar procent, en sommige zelfs lager. Om te voldoen aan de productie -eisen van smelten,zeldzame aardeMineralen worden gescheiden van gangu -mineralen en andere bruikbare mineralen door weldoener vóór het smelten, om het gehalte van zeldzame aardoxiden te vergroten en zeldzame aardconcentraten te verkrijgen die kunnen voldoen aan de vereisten van zeldzame aardmetallurgie. De weldoener van zeldzame aarde -ertsen neemt in het algemeen de flotatiemethode aan, vaak aangevuld met meerdere combinaties van zwaartekracht en magnetische scheiding om een stroom van de weldoenerproces te vormen.
Dezeldzame aardeafzetting in de baiyunbo -mijn in de binnenste Mongolië is een afzetting van ijzer dolomiet van carbonaatrotstype, voornamelijk samengesteld uit bijbehorende zeldzame aardmineralen in ijzererts (naast fluorocarbon cerium ertsen en monaziet, zijn er ook meerdereniobiumEnzeldzame aardeMineralen).
Het geëxtraheerde erts bevat ongeveer 30% ijzer en ongeveer 5% zeldzame aardoxiden. Na het verpletteren van het grote erts in de mijn, wordt het met de trein getransporteerd naar de wendinstallatie van Baotou Iron and Steel Group Company. De taak van de begunstigde fabriek is om te stijgenFE2O3Van 33% tot meer dan 55%, eerst slijpen en beoordelen op een conische kogelmolen, en vervolgens een primair ijzerconcentraat van 62-65% Fe2O3 selecteren (ijzeroxide) met behulp van een cilindrische magnetische separator. De residuen blijven flotatie en magnetische scheiding ondergaan om een secundair ijzerconcentraat te verkrijgen dat meer dan 45% bevatFE2O3(ijzeroxide). Zeldzame aarde is verrijkt met flotatieschuim, met een graad van 10-15%. Het concentraat kan worden geselecteerd met behulp van een schudtabel om een grof concentraat te produceren met een REO -gehalte van 30%. Nadat ze zijn verwerkt door weldadigingsapparatuur, kan een zeldzaam aardeconcentraat met een REO -gehalte van meer dan 60% worden verkregen.
Ontledingsmethode van zeldzame aardconcentraat
·Zeldzame aardeElementen in concentraten bestaan in het algemeen in de vorm van onoplosbare carbonaten, fluoriden, fosfaten, oxiden of silicaten. Zeldzame aardelementen moeten worden omgezet in verbindingen oplosbaar in water of anorganische zuren door verschillende chemische veranderingen en vervolgens processen ondergaan zoals oplossing, scheiding, zuivering, concentratie of calcinatie om verschillende gemengde te producerenzeldzame aardeVerbindingen zoals gemengde zeldzame aardchloriden, die kunnen worden gebruikt als producten of grondstoffen voor het scheiden van enkele zeldzame aardelementen. Dit proces wordt genoemdzeldzame aardeConcentratie ontleding, ook bekend als voorbehandeling.
· Er zijn veel methoden voor het ontbindenzeldzame aardeConcentraten, die in het algemeen kunnen worden verdeeld in drie categorieën: zure methode, alkali -methode en chloreringsontleding. Zure ontleding kan verder worden onderverdeeld in zoutzuurontleding, afbraak van zwavelzuur en ontleding van hydrofluorinezuur. Alkali -ontleding kan verder worden onderverdeeld in natriumhydroxide -ontleding, natriumhydroxide -smelten of methoden voor frisdrank. De juiste processtroom wordt in het algemeen geselecteerd op basis van de principes van concentraattype, kwaliteitskenmerken, productplan, gemak voor het herstel en het uitgebreide gebruik van niet -zeldzame aardelementen, voordeel voor arbeidshygiëne en milieubescherming en economische rationaliteit.
· Hoewel bijna 200 zeldzame en gedispergeerde elementmineralen zijn ontdekt, zijn ze niet verrijkt met onafhankelijke afzettingen met industriële mijnbouw vanwege hun zeldzaamheid. Tot nu toe, alleen zeldzaam onafhankelijkgermanium, selenium, EntelluriumAfzettingen zijn ontdekt, maar de schaal van de afzettingen is niet erg groot.
Smelt van zeldzame aardes
· Er zijn twee methoden voorzeldzame aardeSmelt, hydrometallurgie en pyrometallurgie.
· Het hele proces van zeldzame aardhydrometallurgie en metalchemische metallurgie is meestal in oplossing en oplosmiddel, zoals de ontleding van zeldzame aardconcentraat, scheiding en extractie vanZeldzame aardoxiden, verbindingen en enkele zeldzame aardmetalen, die chemische scheidingsprocessen gebruiken zoals neerslag, kristallisatie, oxidatiereductie, oplosmiddelextractie en ionenuitwisseling. De meest gebruikte methode is organische oplosmiddelextractie, wat een universeel proces is voor industriële scheiding van zeldzame aardelementen met hoge zuiverheid. Het hydrometallurgie -proces is complex en de productzuiverheid is hoog. Deze methode heeft een breed scala aan toepassingen bij het produceren van afgewerkte producten.
Het pyrometallurgische proces is eenvoudig en heeft een hoge productiviteit.Zeldzame aardePyrometallurgie omvat voornamelijk de productie vanZeldzame aardlegeringenDoor silicotherm reductiemethode, de productie van zeldzame aardmetalen of legeringen door gesmolten zoutelektrolysemethode en de productie vanZeldzame aardlegeringendoor metalen thermische reductiemethode etc.
Het gemeenschappelijke kenmerk van pyrometallurgie is productie onder hoge temperatuuromstandigheden.
Zeldzame aardproductieproces
·Zeldzame aardecarbonaat enzeldzame aardchloridezijn de twee belangrijkste primaire producten in dezeldzame aardeindustrie. Over het algemeen zijn er momenteel twee hoofdprocessen voor het produceren van deze twee producten. Het ene proces is het geconcentreerde zwavelzuur braadproces en het andere proces wordt het bijtende frisdrankproces genoemd, afgekort als het bijtende frisdrankproces.
· Naast het aanwezig zijn in verschillende zeldzame aardmineralen, een aanzienlijk deel vanZeldzame aardelementenIn de natuur bestaat naast apatiet en fosfaatrotsmineralen. De totale reserves van wereldfosfaaterts zijn ongeveer 100 miljard ton, met een gemiddeldezeldzame aardeInhoud van 0,5 ‰. Naar schatting is het totale bedrag vanzeldzame aardeGeassocieerd met fosfaaterts in de wereld is 50 miljoen ton. In reactie op de kenmerken van Lowzeldzame aardeInhouds- en speciale optredensstatus in mijnen, zijn verschillende herstelprocessen zowel in het binnenland als internationaal bestudeerd, die kunnen worden verdeeld in natte en thermische methoden. In natte methoden kunnen ze worden onderverdeeld in salpeterzuurmethode, zoutzuurmethode en zwavelzuurmethode volgens de verschillende ontledingzuren. Er zijn verschillende manieren om zeldzame aardes te herstellen van fosforchemische processen, die allemaal nauw verwant zijn met de verwerkingsmethoden van fosfaaterts. Tijdens het thermische productieproces, dezeldzame aardeHerstelpercentage kan 60%bereiken.
Met het continue gebruik van fosfaatrotsbronnen en de verschuiving naar de ontwikkeling van fosfaatrots van lage kwaliteit, is het zwavelzuur natte procesfosforzuurproces de mainstream-methode geworden in de fosfaatchemische industrie en het herstel vanZeldzame aardelementenIn zwavelzuur is nat proces fosforzuur een onderzoekshotspot geworden. In het productieproces van zwavelzuur nat procesfosforzuur heeft het proces van het regelen van de verrijking van zeldzame aardes in fosforzuur en vervolgens het gebruik van organische oplosmiddelextractie om zeldzame aardes te extraheren meer voordelen dan vroege ontwikkelde methoden.
Zeldzame aardextractieproces
Zwavelzuur oplosbaarheid
CeriumGroep (onoplosbaar in sulfaatcomplex zouten) -lanthaan, cerium, praseodymium, neodymiumen promethium;
TerbiumGroep (enigszins oplosbaar in sulfaatcomplex zouten) -samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, EnHolmium;
YttriumGroep (oplosbaar in sulfaatcomplex zouten) -yttrium, erbium, thulium, ytterbium,lutetium, Enscandium.
Extractie scheiding
Lichtzeldzame aarde(P204 Zwakke acidity -extractie) -lanthaan,,cerium, praseodymium,,neodymiumen promethium;
Middle Rare Earth (P204 Lage Acidity Extraction)-samarium,,europium,,gadolinium,,terbium,,dysprosium;
Zwaarzeldzame aardeelementen(zuurgraad extractie in p204) -Holmium,,
Inleiding tot het extractieproces
In het proces van scheidenzeldzame aardelementen,Vanwege de extreem vergelijkbare fysische en chemische eigenschappen van 17 elementen, evenals de overvloed aan bijbehorende onzuiverheden inZeldzame aardelementen, het extractieproces is relatief complex en vaak gebruikt.
Er zijn drie soorten extractieprocessen: stapsgewijze methode, ionenuitwisseling en oplosmiddelextractie.
Stapsgewijze methode
De methode van scheiding en zuivering met behulp van het verschil in oplosbaarheid van verbindingen in oplosmiddelen wordt de stapsgewijze methode genoemd. Vanyttrium(Y) totlutetium(Lu), een enkele scheiding tussen alle natuurlijk voorkomendeZeldzame aardelementen, inclusief radium ontdekt door het Curie -paar,
Ze zijn allemaal gescheiden met behulp van deze methode. De operationele procedure van deze methode is relatief complex en de enkele scheiding van alle zeldzame aardelementen duurde meer dan 100 jaar, met één scheiding en herhaalde operatie die 20000 keer bereikte. Voor chemische werknemers, hun werk
De sterkte is relatief hoog en het proces is relatief complex. Daarom kan het gebruik van deze methode geen enkele zeldzame aarde in grote hoeveelheden produceren.
Ionenuitwisseling
Het onderzoekswerk naar zeldzame aardelementen is gehinderd door het onvermogen om een enkele te producerenZeldzame aardelementin grote hoeveelheden door stapsgewijze methoden. Om deZeldzame aardelementenOpgenomen in nucleaire splijtingsproducten en de zeldzame aardelementen uit uranium en thorium verwijderen, werd ionenuitwisselingchromatografie (ionenuitwisselingchromatografie) met succes bestudeerd, die vervolgens werd gebruikt voor de scheiding vanZeldzame aardelementS. Het voordeel van ionenuitwisselingsmethode is dat meerdere elementen in één bewerking kunnen worden gescheiden. En het kan ook producten voor hoge zuiverheid verkrijgen. Het nadeel is echter dat het niet continu kan worden verwerkt, met een lange operationele cyclus en hoge kosten voor harsregeneratie en uitwisseling. Daarom is dit zodra de belangrijkste methode voor het scheiden van grote hoeveelheden zeldzame aardes is gepensioneerd uit de mainstream scheidingsmethode en vervangen door oplosmiddelextractiemethode. Vanwege de uitstekende kenmerken van ionenuitwisselingchromatografie bij het verkrijgen van hoge zeldzame aardproducten, is momenteel echter, om ultrahoge zuiverheid enkele producten te produceren en enkele zware zeldzame aardelementen te scheiden, het is ook noodzakelijk om ionenuitwisselingchromatografie te gebruiken om een zeldzaam aardproduct te scheiden en te produceren.
Extractie van oplosmiddelen
De methode voor het gebruik van organische oplosmiddelen om de geëxtraheerde stof te extraheren en te scheiden van een niet-mengbare waterige oplossing wordt organische oplosmiddel-vloeistof-vloeistof-extractie genoemd, afgekort als oplosmiddelextractie. Het is een massaoverdrachtsproces dat stoffen van de ene vloeibare fase naar de andere overbrengt. De oplosmiddelextractiemethode is eerder toegepast in petrochemische, organische chemie, farmaceutische chemie en analytische chemie. In het verleden veertig jaar, vanwege de ontwikkeling van atomaire energiewetenschap en technologie, evenals de behoefte aan de productie van ultrazettingsstoffen en zeldzame elementen, heeft oplosmiddelextractie grote vooruitgang geboekt in industrieën zoals nucleaire brandstofindustrie en zeldzame metallurgie. China heeft een hoog onderzoeksniveau bereikt in de extractietheorie, de synthese en toepassing van nieuwe extracties en het extractieproces voor zeldzame scheiding van aardelementen. Vergeleken met scheidingsmethoden zoals graded neerslag, graded kristallisatie en ionenuitwisseling, heeft oplosmiddelextractie een reeks voordelen zoals goed scheidingseffect, grote productiecapaciteit, gemak voor snelle en continue productie en gemakkelijk te bereiken automatische controle. Daarom is het geleidelijk de belangrijkste methode geworden voor het scheiden van grote hoeveelheden vanzeldzame aardes.
Zeldzame aardzuivering
Productie grondstoffen
Zeldzame aardmetalenworden over het algemeen verdeeld in gemengde zeldzame aardmetalen en singleZeldzame aardmetalen. De samenstelling van gemengdZeldzame aardmetalenis vergelijkbaar met de oorspronkelijke zeldzame aardsamenstelling in het erts, en een enkel metaal is een metaal gescheiden en verfijnd van elke zeldzame aarde. Het is moeilijk om te verminderenZeldzame aarde -oxides (behalve oxiden vansamarium,,europium,, thulium,,ytterbium) in een enkel metaal met behulp van algemene metallurgische methoden, vanwege hun hoge vormingswarmte en hoge stabiliteit. Daarom zijn de veelgebruikte grondstoffen voor de productie vanZeldzame aardmetalenTegenwoordig zijn hun chloriden en fluoriden.
Gesmolten zout elektrolyse
De massaproductie van gemengdZeldzame aardmetalenIn de industrie gebruikt in het algemeen de gesmolten zoutelektrolysemethode. Er zijn twee methoden voor elektrolyse: chloride -elektrolyse en oxide -elektrolyse. De voorbereidingsmethode van een enkeleZeldzame aardmetalenvarieert afhankelijk van het element.samarium,,europium,,thulium,,ytterbiumzijn niet geschikt voor elektrolytische bereiding vanwege hun hoge dampdruk en worden in plaats daarvan bereid met behulp van de reductie -destillatiemethode. Andere elementen kunnen worden bereid door elektrolyse of thermische metalen reductiemethode.
Chloride -elektrolyse is de meest voorkomende methode voor het produceren van metalen, vooral voor gemengde zeldzame aardmetalen. Het proces is eenvoudig, kosteneffectief en vereist minimale investeringen. Het grootste nadeel is echter de release van chloorgas, dat het milieu vervuilt. Oxide -elektrolyse geeft geen schadelijke gassen af, maar de kosten zijn iets hoger. Over het algemeen hoog geprijsde singleZeldzame aardeszoalsneodymiumEnpraseodymiumworden geproduceerd met behulp van oxide -elektrolyse.
De vacuümreductie -elektrolysemethode kan alleen algemene industriële kwaliteit voorbereidenZeldzame aardmetalen. Om zich voor te bereidenZeldzame aardmetalenMet lage onzuiverheden en hoge zuiverheid wordt in het algemeen de thermische reductiemethode gebruikt. Deze methode kan alle enkele zeldzame aardmetalen produceren, maarsamarium,,europium,,thulium,,ytterbiumkan niet worden geproduceerd met behulp van deze methode. Het redoxpotentieel vansamarium,,europium,,thulium,,ytterbiumen calcium vermindert slechts gedeeltelijkzeldzame aardefluoride. Over het algemeen is de bereiding van deze metalen gebaseerd op de principes van hoge dampdruk van deze metalen en lage dampdruk vanlantanummetaalS. De oxiden van deze vierZeldzame aardesworden gemengd met fragmenten vanlantanummetaalS en samengedrukt in blokken en gereduceerd in een vacuümoven.Lanthaanis actiever, terwijlsamarium,,europium,,thulium,,ytterbiumworden door goud gereduceerd doorlanthaanen verzameld op condensatie, waardoor het gemakkelijk is om te scheiden van slak.
Posttijd: nov-07-2023