Inleiding tot de technologie van de zeldzame aardmetalenindustrie
·Zeldzame aarde iHet is geen metaalelement, maar een verzamelnaam voor vijftien zeldzame aardmetalenyttriumEnscandium.Daarom hebben de 17 zeldzame aardelementen en hun verschillende verbindingen verschillende toepassingen, variërend van chloriden met een zuiverheid van 46% tot afzonderlijke zeldzame aardoxides enzeldzame aardmetalenmet een zuiverheid van 99,9999%.Door de toevoeging van verwante verbindingen en mengsels ontstaan er talloze zeldzame aardmetalenproducten.Dus,zeldzame aardetechnologie is ook divers op basis van de verschillen tussen deze 17 elementen.Vanwege het feit dat zeldzame aardelementen echter kunnen worden onderverdeeld in cerium enyttriumgroepen op basis van minerale kenmerken, zijn de mijnbouw-, smelt- en scheidingsprocessen van zeldzame aardmineralen ook relatief uniform.Vertrekkend van de initiële ertswinning zullen de scheidingsmethoden, smeltprocessen, extractiemethoden en zuiveringsprocessen van zeldzame aardmetalen één voor één worden geïntroduceerd.
Minerale verwerking van zeldzame aardmetalen
·Minerale verwerking is een mechanisch verwerkingsproces dat gebruik maakt van de verschillen in fysische en chemische eigenschappen tussen verschillende mineralen waaruit het erts bestaat, waarbij gebruik wordt gemaakt van verschillende verrijkingsmethoden, processen en apparatuur om nuttige mineralen in het erts te verrijken, schadelijke onzuiverheden te verwijderen en ze te scheiden uit gangsteenmineralen.
·In dezeldzame aardeertsen die wereldwijd worden gewonnen, de inhoud ervanzeldzame aardoxidenbedraagt slechts een paar procent, en sommige zelfs nog lager.Om aan de productievereisten van het smelten te voldoen,zeldzame aardeMineralen worden gescheiden van ganggesteentemineralen en andere nuttige mineralen door verrijking vóór het smelten, om het gehalte aan zeldzame aardoxides te verhogen en zeldzame aardconcentraten te verkrijgen die kunnen voldoen aan de eisen van de zeldzame aardmetallurgie.Bij de verrijking van zeldzame aardertsen wordt doorgaans gebruik gemaakt van de flotatiemethode, vaak aangevuld met meerdere combinaties van zwaartekracht en magnetische scheiding om een verrijkingsprocesstroom te vormen.
Dezeldzame aardeDe afzetting in de Baiyunebo-mijn in Binnen-Mongolië is een afzetting van ijzerdolomiet van het carbonaatgesteente, voornamelijk samengesteld uit begeleidende zeldzame aardmineralen in ijzererts (naast fluorkoolwaterstofceriumerts en monaziet zijn er ook verschillendeniobiumEnzeldzame aardemineralen).
Het gewonnen erts bevat ongeveer 30% ijzer en ongeveer 5% zeldzame aardoxiden. Nadat het grote erts in de mijn is vermalen, wordt het per trein vervoerd naar de verrijkingsfabriek van Baotou Iron and Steel Group Company.De taak van de verrijkingsinstallatie is het vergrotenFe2O3van 33% naar ruim 55%, eerst malen en sorteren op een conische kogelmolen, en vervolgens een primair ijzerconcentraat van 62-65% Fe2O3 selecteren (ijzeroxide) met behulp van een cilindrische magnetische scheider.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 gehalte van 10-15%.Met behulp van een schudtafel kan het concentraat worden geselecteerd tot een grof concentraat met een REO-gehalte van 30%.Na herverwerking door verrijkingsapparatuur kan een zeldzame aardconcentraat met een REO-gehalte van meer dan 60% worden verkregen.
Ontledingsmethode van zeldzame aardmetalenconcentraat
·Zeldzame aardeelementen in concentraten bestaan doorgaans in de vorm van onoplosbare carbonaten, fluoriden, fosfaten, oxiden of silicaten.Zeldzame aardelementen moeten door 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 verschillende gemengde materialen te produceren.zeldzame aardeverbindingen zoals gemengde zeldzame aardchloriden, die kunnen worden gebruikt als producten of grondstoffen voor het scheiden van afzonderlijke zeldzame aardelementen.Dit proces wordt genoemdzeldzame aardeconcentraatafbraak, ook wel voorbehandeling genoemd.
·Er zijn veel methoden om te ontbindenzeldzame aardeconcentraten, die over het algemeen in drie categorieën kunnen worden verdeeld: de zuurmethode, de alkalimethode en de ontleding door chlorering.De zure ontleding kan verder worden onderverdeeld in de ontleding van zoutzuur, de ontleding van zwavelzuur en de ontleding van waterstoffluoride.Alkali-ontleding kan verder worden onderverdeeld in natriumhydroxide-ontleding, natriumhydroxide-smelten of soda-brandmethoden.De juiste processtroom wordt over het algemeen geselecteerd op basis van de principes van concentraattype, kwaliteitskenmerken, productplan, gemak voor het terugwinnen en uitgebreid gebruik van niet-zeldzame aardelementen, voordeel voor arbeidshygiëne en milieubescherming, en economische rationaliteit.
· Hoewel bijna 200 zeldzame en verspreide elementmineralen zijn ontdekt, zijn ze vanwege hun zeldzaamheid niet verrijkt tot onafhankelijke afzettingen met industriële mijnbouw.Tot nu toe slechts zelden onafhankelijkgermanium, selenium, EntelluriumEr zijn afzettingen ontdekt, maar de omvang van de afzettingen is niet erg groot.
Smelten van zeldzame aardmetalen
·Er zijn twee methoden voorzeldzame aardesmelten, hydrometallurgie en pyrometallurgie.
·Het hele proces van zeldzame aardhydrometallurgie en metaalchemische metallurgie vindt meestal plaats in oplossing en oplosmiddel, zoals de ontleding van zeldzame aardconcentraat, scheiding en extractie vanzeldzame aardoxiden, verbindingen en afzonderlijke zeldzame aardmetalen, die gebruik maken van chemische scheidingsprocessen zoals precipitatie, kristallisatie, oxidatie-reductie, oplosmiddelextractie en ionenuitwisseling.De meest gebruikte methode is de extractie van organische oplosmiddelen, een universeel proces voor de industriële scheiding van zeer zuivere zeldzame aardmetalen.Het hydrometallurgische proces is complex en de productzuiverheid is hoog.Deze methode heeft een breed scala aan toepassingen bij het produceren van eindproducten.
Het pyrometallurgische proces is eenvoudig en heeft een hoge productiviteit.Zeldzame aardepyrometallurgie omvat voornamelijk de productie vanzeldzame aardlegeringenvia de silicothermische reductiemethode, de productie van zeldzame aardmetalen of legeringen via de gesmolten-zoutelektrolysemethode, en de productie vanzeldzame aardlegeringendoor metalen thermische reductiemethode enz.
Het gemeenschappelijke kenmerk van pyrometallurgie is de productie onder hoge temperaturen.
Zeldzame aarde productieproces
·Zeldzame aardecarbonaat enzeldzame aardchloridezijn 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 geconcentreerde zwavelzuurbrandproces, en het andere proces wordt het natronloogproces genoemd, afgekort als het natronloogproces.
· Naast dat het aanwezig is in verschillende zeldzame aardmineralen, is een aanzienlijk deel daarvan aanwezigzeldzame aardelementenbestaan in de natuur naast apatiet- en fosfaatgesteentemineralen.De totale reserves aan fosfaaterts in de wereld bedragen gemiddeld ongeveer 100 miljard tonzeldzame aardegehalte van 0,5 ‰.Er wordt geschat dat het totale bedrag vanzeldzame aardegeassocieerd met fosfaaterts in de wereld is 50 miljoen ton.Als reactie op de kenmerken van laagzeldzame aardeinhoud en de status van bijzondere voorvallen in mijnen, zijn er zowel nationaal als internationaal verschillende herstelprocessen bestudeerd, die kunnen worden onderverdeeld in natte en thermische methoden.Bij natte methoden kunnen ze worden onderverdeeld in salpeterzuurmethode, zoutzuurmethode en zwavelzuurmethode volgens de verschillende ontledingszuren.Er zijn verschillende manieren om zeldzame aardmetalen terug te winnen uit chemische fosforprocessen, die allemaal nauw verwant zijn aan de verwerkingsmethoden van fosfaaterts.Tijdens het thermische productieproces wordt dezeldzame aardehet herstelpercentage kan oplopen tot 60%.
Met het voortdurende gebruik van fosfaatgesteentebronnen en de verschuiving naar de ontwikkeling van fosfaatgesteente van lage kwaliteit, is het fosforzuurproces via het natte zwavelzuurproces de reguliere methode geworden in de fosfaatchemische industrie, en het terugwinnen van fosfaatertszeldzame aardelementenin het natte proces van zwavelzuur is fosforzuur een hotspot voor onderzoek geworden.Bij het productieproces van fosforzuur uit het natte proces van zwavelzuur heeft het proces van het beheersen van de verrijking van zeldzame aardmetalen in fosforzuur en het vervolgens gebruiken van organische oplosmiddelextractie om zeldzame aardmetalen te extraheren meer voordelen dan vroeg ontwikkelde methoden.
Extractieproces van zeldzame aardmetalen
Zwavelzuuroplosbaarheid
Ceriumgroep (onoplosbaar in sulfaatcomplexzouten) –lanthaan, cerium, praseodymium, neodymiumen promethium;
Terbiumgroep (enigszins 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,neodymiumen promethium;
Midden-zeldzame aardmetalen (P204-extractie met lage zuurgraad)-Samarium,europium,gadolinium,terbium,dysprosium;
Zwaarzeldzame aardeelementen(zuurgraadextractie 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 begeleidende onzuiverheden inzeldzame aardelementenis het extractieproces relatief complex en wordt het vaak gebruikt.
Er zijn drie soorten extractieprocessen: stapsgewijze methode, ionenuitwisseling en oplosmiddelextractie.
Stapsgewijze 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.Vanyttrium(J) naarlutetium(Lu), een enkele scheiding tussen alles wat in de natuur voorkomtzeldzame aardelementen, inclusief radium ontdekt door het Curie-paar,
Met deze methode worden ze allemaal gescheiden.De werkwijze van deze methode is relatief complex, en de enkele scheiding van alle zeldzame aardelementen duurde meer dan 100 jaar, waarbij één scheiding en herhaalde handeling 20.000 keer bedroeg.Voor chemische arbeiders, 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 onderzoek naar zeldzame aardelementen wordt gehinderd door het onvermogen om er één te producerenzeldzame aarde-elementin grote hoeveelheden via stapsgewijze methoden.Om dezeldzame aardelementenin kernsplijtingsproducten zit en de zeldzame aardelementen uit uranium en thorium verwijdert, werd met succes ionenuitwisselingschromatografie (ionenuitwisselingschromatografie) bestudeerd, die vervolgens werd gebruikt voor de scheiding vanzeldzame aarde-elementS.Het voordeel van de ionenuitwisselingsmethode is dat meerdere elementen in één bewerking kunnen worden gescheiden.En het kan ook producten met een hoge zuiverheid verkrijgen.Het nadeel is echter dat het 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 aardmetalen uit de reguliere scheidingsmethode gehaald en vervangen door de oplosmiddelextractiemethode.Vanwege de uitstekende eigenschappen van ionenuitwisselingschromatografie bij het verkrijgen van zeer zuivere enkelvoudige zeldzame aardproducten, is het momenteel echter ook noodzakelijk om ionenuitwisselingschromatografie te gebruiken om enkelvoudige producten met ultrahoge zuiverheid te produceren en sommige zware zeldzame aardelementen te scheiden. om een zeldzaam aardproduct te scheiden en te produceren.
Extractie van oplosmiddelen
De methode waarbij organische oplosmiddelen worden gebruikt om de geëxtraheerde stof uit een niet-mengbare waterige oplossing te extraheren en te scheiden, wordt vloeistof-vloeistofextractie met organisch oplosmiddel 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 de petrochemie, organische chemie, farmaceutische chemie en analytische chemie.In de afgelopen veertig jaar heeft de extractie van oplosmiddelen echter, als gevolg van de ontwikkeling van de wetenschap en technologie op het gebied van atoomenergie, evenals de behoefte aan de productie van ultrazuivere stoffen en zeldzame elementen, grote vooruitgang geboekt in industrieën zoals de nucleaire brandstofindustrie en de zeldzame metallurgie. .China heeft een hoog niveau van onderzoek bereikt op het gebied van de extractietheorie, de synthese en toepassing van nieuwe extractiemiddelen, en het extractieproces voor de scheiding van zeldzame aardelementen.Vergeleken met scheidingsmethoden zoals graduele precipitatie, graduele kristallisatie en ionenuitwisseling, heeft oplosmiddelextractie een reeks voordelen, zoals een 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 hoeveelhedenzeldzame aardes.
Zeldzame aarde zuivering
Productie grondstoffen
Zeldzame aardmetalenzijn over het algemeen onderverdeeld in gemengde zeldzame aardmetalen en singlezeldzame aardmetalen.De samenstelling van gemengdzeldzame aardmetalenis vergelijkbaar met de oorspronkelijke samenstelling van zeldzame aardmetalen in het erts, en een enkel metaal is een metaal dat gescheiden en verfijnd is van elke zeldzame aardmetaal.Het is moeilijk te verminderenzeldzame aardoxides (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 hun chloriden en fluoriden.
Gesmolten zoutelektrolyse
De massaproductie van gemengdzeldzame aardmetalenin de industrie wordt doorgaans de gesmolten-zoutelektrolysemethode gebruikt.Er zijn twee methoden voor elektrolyse: chloride-elektrolyse en oxide-elektrolyse.De bereidingswijze van een singlezeldzame 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 reductiedestillatiemethode.Andere elementen kunnen worden bereid door middel van elektrolyse of de thermische metaalreductiemethode.
Chloride-elektrolyse is de meest gebruikelijke methode voor de productie van metalen, vooral voor gemengde zeldzame aardmetalen.Het proces is eenvoudig, kosteneffectief en vereist minimale investeringen.Het grootste nadeel is echter de uitstoot van chloorgas, dat het milieu vervuilt.Bij oxide-elektrolyse komen geen schadelijke gassen vrij, maar de kosten zijn iets hoger.Over het algemeen dure singlezeldzame aardenzoalsneodymiumEnpraseodymiumworden geproduceerd met behulp van oxide-elektrolyse.
De elektrolysemethode voor vacuümreductie kan alleen algemene industriële kwaliteit bereidenzeldzame aardmetalen.Voorbereidenzeldzame aardmetalenmet lage onzuiverheden en hoge zuiverheid wordt over het algemeen de vacuüm-thermische reductiemethode gebruikt.Deze methode kan alle zeldzame aardmetalen produceren, maarSamarium,europium,,thulium,ytterbiumkan met deze methode niet worden geproduceerd.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 vanlanthaan metaalS.De oxiden van deze vierzeldzame aardenzijn vermengd met fragmenten vanlanthaan metaals en samengeperst tot blokken, en verkleind in een vacuümoven.Lanthaanis actiever, terwijlSamarium,europium,,thulium,ytterbiumworden tot goud gereduceerd doorlanthaanen verzameld bij condensatie, waardoor het gemakkelijk te scheiden is van slakken.
Posttijd: 07-nov-2023