Introduktion till teknik inom sällsynta jordartsmetallindustrin
·Sällsynta jordartsmetaller iär inte ett metalliskt grundämne, utan en samlingsbeteckning för 15 sällsynta jordartsmetaller ochyttriumochskandiumDärför har de 17 sällsynta jordartsmetallerna och deras olika föreningar olika användningsområden, allt från klorider med en renhet på 46 % till enskilda sällsynta jordartsmetalloxider ochsällsynta jordartsmetallermed en renhet på 99,9999 %. Med tillsats av relaterade föreningar och blandningar finns det otaliga sällsynta jordartsmetaller. Så,sällsynta jordartsmetallerTekniken är också mångsidig baserat på skillnaderna mellan dessa 17 element. Men på grund av att sällsynta jordartsmetaller kan delas in i cerium ochyttriumGrupper baserade på mineralegenskaper är gruvdrift, smältning och separationsprocesser för sällsynta jordartsmetaller också relativt enhetliga. Med utgångspunkt i den inledande malmbrytningen kommer separationsmetoderna, smältprocesserna, extraktionsmetoderna och reningsprocesserna för sällsynta jordartsmetaller att introduceras en efter en.
Mineralbearbetning av sällsynta jordartsmetaller
·Mineralbearbetning är en mekanisk bearbetningsprocess som utnyttjar skillnaderna i fysikaliska och kemiska egenskaper mellan olika mineral som malmen består av, använder olika anrikningsmetoder, processer och utrustning för att berika användbara mineraler i malmen, avlägsna skadliga föroreningar och separera dem från gångartsmineraler.
·Isällsynta jordartsmetallermalmer som bryts över hela världen, innehållet avsällsynta jordartsmetalloxiderär bara några få procent, och vissa ännu lägre. För att möta produktionskraven för smältning,sällsynta jordartsmetallerMineraler separeras från gångartsmineraler och andra användbara mineraler genom anrikning före smältning, för att öka halten av sällsynta jordartsmetalloxider och erhålla sällsynta jordartsmetallkoncentrat som kan uppfylla kraven för sällsynta jordartsmetallurgi. Anrikningen av sällsynta jordartsmalmer använder vanligtvis flotationsmetoden, ofta kompletterad med flera kombinationer av gravitation och magnetisk separation för att bilda ett anrikningsprocessflöde.
Desällsynta jordartsmetallerFyndigheten i Baiyunebo-gruvan i Inre Mongoliet är en karbonatbergart av järndolomit, huvudsakligen bestående av åtföljande sällsynta jordartsmetaller i järnmalm (förutom fluorkol, ceriummalm och monazit finns det också fleraniobochsällsynta jordartsmetallermineraler).
Den utvunna malmen innehåller cirka 30 % järn och cirka 5 % oxider av sällsynta jordartsmetaller. Efter att ha krossat den stora malmen i gruvan transporteras den med tåg till anrikningsanläggningen hos Baotou Iron and Steel Group Company. Anrikningsanläggningens uppgift är att ökaFe2O3från 33 % till över 55 %, först malning och sortering på en konisk kulkvarn, och sedan val av ett primärt järnkoncentrat på 62–65 % Fe2O3 (järnoxid) med hjälp av en cylindrisk magnetisk separator. Avfallssand fortsätter att floteras och separeras magnetiskt för att erhålla ett sekundärt järnkoncentrat som innehåller mer än 45 %Fe2O3(järnoxid). Sällsynta jordartsmetaller anrikas med flotationsskum, med en halt på 10–15 %. Koncentratet kan väljas med hjälp av ett skakbord för att producera ett grovt koncentrat med en REO-halt på 30 %. Efter upparbetning med anrikningsutrustning kan ett sällsynt jordartsmetallkoncentrat med en REO-halt på över 60 % erhållas.
Nedbrytningsmetod för sällsynta jordartsmetaller
·Sällsynta jordartsmetallerElement i koncentrat förekommer vanligtvis i form av olösliga karbonater, fluorider, fosfater, oxider eller silikater. Sällsynta jordartsmetaller måste omvandlas till föreningar som är lösliga i vatten eller oorganiska syror genom olika kemiska förändringar och sedan genomgå processer som upplösning, separation, rening, koncentrering eller kalcinering för att producera olika blandade ämnen.sällsynta jordartsmetallerföreningar såsom blandade klorider av sällsynta jordartsmetaller, vilka kan användas som produkter eller råmaterial för att separera enskilda sällsynta jordartsmetaller. Denna process kallassällsynta jordartsmetallerkoncentratnedbrytning, även känd som förbehandling.
· Det finns många metoder för nedbrytningsällsynta jordartsmetallerkoncentrat, som generellt kan delas in i tre kategorier: syrametod, alkalimetod och kloreringsnedbrytning. Syranedbrytning kan vidare delas in i saltsyranedbrytning, svavelsyranedbrytning och fluorvätesyranedbrytning. Alkalianedbrytning kan vidare delas in i natriumhydroxidnedbrytning, natriumhydroxidsmältning eller sodarostningsmetoder. Lämpligt processflöde väljs generellt baserat på principerna för koncentrattyp, kvalitetsegenskaper, produktplan, bekvämlighet för återvinning och omfattande utnyttjande av icke-sällsynta jordartsmetaller, fördelar för arbetshygien och miljöskydd samt ekonomisk rationalitet.
·Även om nästan 200 sällsynta och spridda elementmineraler har upptäckts, har de inte anrikats till oberoende fyndigheter med industriell gruvdrift på grund av deras sällsynthet. Hittills har endast sällsynta oberoendegermanium, selenochtellurfyndigheter har upptäckts, men fyndigheternas omfattning är inte särskilt stor.
Smältning av sällsynta jordartsmetaller
· Det finns två metoder försällsynta jordartsmetallersmältning, hydrometallurgi och pyrometallurgi.
·Hela processen för hydrometallurgi av sällsynta jordartsmetaller och kemisk metallurgi sker mestadels i lösning och lösningsmedel, såsom nedbrytning av sällsynta jordartsmetallkoncentrat, separation och extraktion avsällsynta jordartsmetalloxider, föreningar och enskilda sällsynta jordartsmetaller, som använder kemiska separationsprocesser såsom utfällning, kristallisation, oxidation-reduktion, lösningsmedelsextraktion och jonbyte. Den vanligaste metoden är organisk lösningsmedelsextraktion, vilket är en universell process för industriell separation av högrena enskilda sällsynta jordartsmetaller. Hydrometallurgiprocessen är komplex och produktrenheten är hög. Denna metod har ett brett användningsområde vid tillverkning av färdiga produkter.
Den pyrometallurgiska processen är enkel och har hög produktivitet.Sällsynta jordartsmetallerPyrometallurgi omfattar huvudsakligen produktion avsällsynta jordartsmetalllegeringargenom kiseltermisk reduktionsmetod, produktion av sällsynta jordartsmetaller eller legeringar genom smält saltelektrolysmetod och produktion avsällsynta jordartsmetalllegeringargenom metalltermisk reduktionsmetod etc.
Det gemensamma kännetecknet för pyrometallurgi är produktion under höga temperaturförhållanden.
Processen för produktion av sällsynta jordartsmetaller
·Sällsynta jordartsmetallerkarbonat ochsällsynt jordartsmetallkloridär de två viktigaste primärprodukterna isällsynta jordartsmetallerindustrin. Generellt sett finns det för närvarande två huvudprocesser för att producera dessa två produkter. Den ena processen är rostning med koncentrerad svavelsyra, och den andra processen kallas kaustiksodaprocessen, förkortat kaustiksodaprocessen.
·Förutom att vara närvarande i olika sällsynta jordartsmetaller, en betydande del avsällsynta jordartsmetalleri naturen samexisterar med apatit- och fosfatmineraler. De totala reserverna av fosfatmalm i världen är cirka 100 miljarder ton, med ett genomsnittsällsynta jordartsmetallerinnehåll på 0,5 ‰. Det uppskattas att den totala mängdensällsynta jordartsmetalleri samband med fosfatmalm i världen är 50 miljoner ton. Som svar på egenskaperna hos lågsällsynta jordartsmetallerinnehåll och status för speciella förekomster i gruvor, har olika återvinningsprocesser studerats både nationellt och internationellt, vilka kan delas in i våta och termiska metoder. I våta metoder kan de delas in i salpetersyrametod, saltsyrametod och svavelsyrametod enligt de olika nedbrytningssyrorna. Det finns olika sätt att utvinna sällsynta jordartsmetaller från fosforkemiska processer, vilka alla är nära besläktade med bearbetningsmetoderna för fosfatmalm. Under den termiska produktionsprocessen, densällsynta jordartsmetalleråterhämtningsgraden kan nå 60 %.
Med det kontinuerliga utnyttjandet av fosfatbergresurser och övergången till utveckling av fosfatberg av låg kvalitet har svavelsyra-våtprocessen med fosforsyra blivit den vanligaste metoden inom fosfatkemisk industri, och återhämtningen avsällsynta jordartsmetallerInom våtprocessen av svavelsyra har fosforsyra blivit ett forskningsfokus. I produktionsprocessen för våtprocessad svavelsyra har processen att kontrollera anrikningen av sällsynta jordartsmetaller i fosforsyra och sedan använda organisk lösningsmedelsextraktion för att utvinna sällsynta jordartsmetaller fler fördelar än tidigt utvecklade metoder.
Process för utvinning av sällsynta jordartsmetaller
Löslighet i svavelsyra
Terbiumgrupp (något löslig i sulfatkomplexsalter) -samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosiumochholmium;
Yttriumgrupp (löslig i sulfatkomplexsalter) –yttrium, erbium, tulium, ytterbium,lutetiumochskandium.
Extraktionsseparation
Ljussällsynta jordartsmetaller(P204 extraktion med svag syrahalt) –lantan,cerium, praseodym,neodymoch prometium;
Mellan sällsynta jordartsmetaller (P204 extraktion med låg surhet) -samarium,europium,gadolinium,terbium,dysprosium;
Tungsällsynta jordartsmetallerelement(surhetsutvinning i P204) -holmium,
Introduktion till extraktionsprocessen
I processen att separerasällsynta jordartsmetaller,på grund av de extremt likartade fysikaliska och kemiska egenskaperna hos 17 element, såväl som förekomsten av medföljande föroreningar isällsynta jordartsmetaller, extraktionsprocessen är relativt komplex och vanligt förekommande.
Det finns tre typer av extraktionsprocesser: steg-för-steg-metoden, jonbytesextraktion och lösningsmedelsextraktion.
Steg-för-steg-metod
Metoden för separation och rening med användning av skillnaden i löslighet hos föreningar i lösningsmedel kallas steg-för-steg-metoden.yttrium(Y) tilllutetium(Lu), en enda separation mellan alla naturligt förekommandesällsynta jordartsmetaller, inklusive radium som upptäcktes av paret Curie,
De separeras alla med denna metod. Metodens arbetssätt är relativt komplext, och den enskilda separationen av alla sällsynta jordartsmetaller tog över 100 år, med en separation och upprepad operation som nådde 20 000 gånger. För kemiarbetare är deras arbete
Hållfastheten är relativt hög och processen är relativt komplex. Därför kan man med denna metod inte producera en enda sällsynt jordartsmetall i stora mängder.
Jonbytare
Forskningsarbetet kring sällsynta jordartsmetaller har hindrats av oförmågan att producera en endasällsynt jordartsmetalli stora mängder genom stegvisa metoder. För att analyserasällsynta jordartsmetallersom finns i kärnklyvningsprodukter och avlägsna de sällsynta jordartsmetallerna från uran och torium, studerades jonbyteskromatografi (jonbyteskromatografi) framgångsrikt, som sedan användes för separation avsällsynt jordartsmetalls. Fördelen med jonbytesmetoden är att flera element kan separeras i en operation. Och den kan också erhålla produkter med högrenhet. Nackdelen är dock att den inte kan bearbetas kontinuerligt, med en lång driftscykel och höga kostnader för hartsregenerering och utbyte. Därför har denna en gång huvudsakliga metod för att separera stora mängder sällsynta jordartsmetaller tagits bort från den traditionella separationsmetoden och ersatts av lösningsmedelsextraktionsmetoden. På grund av de enastående egenskaperna hos jonbyteskromatografi för att erhålla högrena enskilda sällsynta jordartsmetallprodukter, är det för närvarande, för att producera ultrahögrena enskilda produkter och separera vissa tunga sällsynta jordartsmetaller, också nödvändigt att använda jonbyteskromatografi för att separera och producera en sällsynt jordartsmetallprodukt.
Lösningsmedelsextraktion
Metoden att använda organiska lösningsmedel för att extrahera och separera det extraherade ämnet från en icke blandbar vattenlösning kallas organisk lösningsmedelsvätske-vätskeextraktion, förkortat lösningsmedelsextraktion. Det är en massöverföringsprocess som överför ämnen från en vätskefas till en annan. Lösningsmedelsextraktionsmetoden har tidigare tillämpats inom petrokemi, organisk kemi, farmaceutisk kemi och analytisk kemi. Men under de senaste fyrtio åren, på grund av utvecklingen av atomenergivetenskap och -teknik, samt behovet av produktion av ultrarena ämnen och sällsynta grundämnen, har lösningsmedelsextraktion gjort stora framsteg inom industrier som kärnbränsleindustrin och sällsynt metallurgi. Kina har uppnått en hög forskningsnivå inom extraktionsteori, syntes och tillämpning av nya extraktionsmedel och extraktionsprocessen för separation av sällsynta jordartsmetaller. Jämfört med separationsmetoder som graderad utfällning, graderad kristallisation och jonbyte har lösningsmedelsextraktion en rad fördelar, såsom god separationseffekt, stor produktionskapacitet, bekvämlighet för snabb och kontinuerlig produktion och enkel att uppnå automatisk kontroll. Därför har det gradvis blivit den viktigaste metoden för att separera stora mängdersällsynta jordartsmetallers.
Rening av sällsynta jordartsmetaller
Produktionsråvaror
Sällsynta jordartsmetallerdelas vanligtvis in i blandade sällsynta jordartsmetaller och enstakasällsynta jordartsmetallerSammansättningen av blandadesällsynta jordartsmetallerliknar den ursprungliga sammansättningen av sällsynta jordartsmetaller i malmen, och en enskild metall är en metall som separerats och raffinerats från varje sällsynt jordartsmetall. Det är svårt att reducerasällsynt jordartsmetalloxids (med undantag för oxider avsamarium,europium,, tulium,ytterbium) till en enda metall med hjälp av allmänna metallurgiska metoder, på grund av deras höga formningsvärme och höga stabilitet. Därför är de vanligt förekommande råmaterialen för produktion avsällsynta jordartsmetallernumera är deras klorider och fluorider.
Elektrolys av smält salt
Massproduktionen av blandadesällsynta jordartsmetallerInom industrin används vanligtvis metoden med elektrolysk smält salt. Det finns två metoder för elektrolysk: kloridelektrolys och oxidelektrolys. Framställningsmetoden för en endasällsynta jordartsmetallervarierar beroende på elementet.samarium,europium,,tulium,ytterbiumär inte lämpliga för elektrolytisk framställning på grund av sitt höga ångtryck, och framställs istället med hjälp av reduktionsdestillationsmetoden. Andra element kan framställas genom elektrolys eller termisk metallreduktionsmetod.
Kloridelektrolys är den vanligaste metoden för att producera metaller, särskilt blandade sällsynta jordartsmetaller. Processen är enkel, kostnadseffektiv och kräver minimal investering. Den största nackdelen är dock utsläppet av klorgas, vilket förorenar miljön. Oxidelektrolys släpper inte ut skadliga gaser, men kostnaden är något högre. Generellt sett är dyra enstaka metallersällsynta jordartsmetallersåsomneodymochpraseodymframställs med hjälp av oxidelektrolys.
Vakuumreduktionselektrolysmetoden kan endast framställa allmän industriell kvalitetsällsynta jordartsmetallerAtt förberedasällsynta jordartsmetallermed låga föroreningar och hög renhet används vanligtvis vakuumtermisk reduktionsmetod. Denna metod kan producera alla enskilda sällsynta jordartsmetaller, mensamarium,europium,,tulium,ytterbiumkan inte framställas med denna metod. Redoxpotentialen församarium,europium,,tulium,ytterbiumoch kalcium minskar endast delvissällsynta jordartsmetallerfluorid. Generellt sett baseras framställningen av dessa metaller på principerna om högt ångtryck för dessa metaller och lågt ångtryck förlantanmetalls. Oxiderna av dessa fyrasällsynta jordartsmetallerär blandade med fragment avlantanmetalls och komprimeras till block och reduceras i en vakuumugn.Lantanär mer aktiv, medansamarium,europium,,tulium,ytterbiumreduceras till guld avlantanoch samlas upp vid kondens, vilket gör det enkelt att separera från slagg.
Publiceringstid: 7 november 2023