Introduktion till Rare Earth Industry Technology
·Sällsynt jord iär inte ett metalliskt element, utan en samlingsbeteckning för 15 sällsynta jordartsmetaller ochyttriumochskandium.Därför har de 17 sällsynta jordartsmetallerna och deras olika föreningar olika användningsområden, allt från klorider med en renhet på 46 % till enstaka sällsynta jordartsmetalloxider ochsällsynta jordartsmetallermed en renhet på 99,9999 %.Med tillsats av relaterade föreningar och blandningar finns det otaliga sällsynta jordartsmetallprodukter.Så,sällsynt jordTekniken är också mångsidig baserat på skillnaderna mellan dessa 17 element.Men på grund av det faktum att sällsynta jordartsmetaller kan delas in i cerium ochyttriumgrupper baserade på mineralegenskaper, gruv-, smältnings- och separationsprocesser av sällsynta jordartsmetaller är också relativt enhetliga.Från den inledande malmbrytningen kommer separationsmetoderna, smältprocesserna, utvinningsmetoderna och reningsprocesserna av 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 mineraler som utgör malmen, använder olika anrikningsmetoder, processer och utrustning för att berika användbara mineraler i malmen, ta bort skadliga föroreningar och separera dem från gångmineraler.
·Isällsynt jordmalmer som bryts över hela världen, innehållet isällsynta jordartsmetalloxiderär bara några få procent, och en del ännu lägre.För att möta produktionskraven för smältning,sällsynt jordmineraler separeras från gångmineraler och andra användbara mineral genom anrikning före smältning, för att öka halten av sällsynta jordartsmetalloxider och erhålla sällsynta jordartsmetallkoncentrat som kan uppfylla kraven för sällsynt jordartsmetallurgi.Förädlingen av sällsynta jordartsmetaller antar i allmänhet flotationsmetoden, ofta kompletterad med flera kombinationer av gravitation och magnetisk separation för att bilda ett förädlingsprocessflöde.
Desällsynt jordfyndigheten i Baiyunebogruvan i Inre Mongoliet är en karbonatbergart av järndolomit, huvudsakligen sammansatt av åtföljande sällsynta jordartsmetaller i järnmalm (utöver fluorkolväteceriummalm och monazit finns det också fleraniobochsällsynt jordmineraler).
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 Baotou Iron and Steel Group Companys anrikningsanläggning.Förmånsverkets uppgift är att ökaFe2O3från 33 % till över 55 %, först malning och sortering på en konisk kulkvarn, och välj sedan ett primärt järnkoncentrat på 62-65 % Fe2O3 (järnoxid) med användning av en cylindrisk magnetisk separator.Avfallet fortsätter att genomgå flotation och magnetisk separation för att erhålla ett sekundärt järnkoncentrat som innehåller mer än 45 %Fe2O3(järnoxid).Sällsynta jordartsmetaller är berikade 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 att ha upparbetats av förädlingsutrustning kan ett sällsynt jordartsmetallkoncentrat med en REO-halt på över 60 % erhållas.
Nedbrytningsmetod för koncentrat av sällsynta jordartsmetaller
·Sällsynt jordgrundämnen i koncentrat finns i allmänhet 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 blandadesällsynt jordföreningar såsom blandade sällsynta jordartsmetallklorider, som kan användas som produkter eller råmaterial för att separera enstaka sällsynta jordartsmetaller.Denna process kallassällsynt jordnedbrytning av koncentrat, även känd som förbehandling.
·Det finns många metoder för nedbrytningsällsynt jordkoncentrat, som generellt kan delas in i tre kategorier: sur metod, alkalimetod och kloreringssönderdelning.Syrasönderdelning kan vidare delas in i saltsyrasönderdelning, svavelsyrasönderdelning och fluorvätesyrasönderdelning.Nedbrytning av alkali kan vidare delas in i metoder för nedbrytning av natriumhydroxid, smältning av natriumhydroxid eller rostning av soda.Det lämpliga processflödet väljs i allmänhet utifrån principerna om koncentrattyp, kvalitet, produktplan, bekvämlighet för återvinning och omfattande användning 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 berikats till oberoende fyndigheter med industriell gruvdrift på grund av deras sällsynthet.Hittills bara sällsynt oberoendegermanium, selen, ochtellurfyndigheter har upptäckts, men omfattningen av fyndigheterna är inte särskilt stor.
Smältning av sällsynta jordartsmetaller
·Det finns två metoder försällsynt jordsmältning, hydrometallurgi och pyrometallurgi.
· Hela processen för hydrometallurgi av sällsynta jordartsmetaller och metallkemisk metallurgi är mestadels i lösning och lösningsmedel, såsom nedbrytning av sällsynt jordartsmetallkoncentrat, separation och extraktion avsällsynta jordartsmetalloxider, föreningar och enstaka sällsynta jordartsmetaller, som använder kemiska separationsprocesser såsom utfällning, kristallisation, oxidation-reduktion, lösningsmedelsextraktion och jonbyte.Den vanligaste metoden är extraktion av organiskt lösningsmedel, som är en universell process för industriell separation av enstaka sällsynta jordartsmetaller med hög renhet.Hydrometallurgiprocessen är komplex och produktens renhet är hög.Denna metod har ett brett spektrum av tillämpningar för att producera färdiga produkter.
Den pyrometallurgiska processen är enkel och har hög produktivitet.Sällsynt jordpyrometallurgi omfattar främst tillverkning avsällsynta jordartsmetallergenom silikotermisk reduktionsmetod, framställning av sällsynta jordartsmetaller eller legeringar genom smältsaltelektrolysmetod och framställning avsällsynta jordartsmetallergenom metall termisk reduktionsmetod etc.
Det gemensamma kännetecknet för pyrometallurgi är produktion under höga temperaturer.
Produktionsprocess för sällsynta jordartsmetaller
·Sällsynt jordkarbonat ochsällsynt jordartsmetallkloridär de två huvudsakliga primärprodukterna isällsynt jordindustri.Generellt sett finns det för närvarande två huvudprocesser för att producera dessa två produkter.En process är rostningsprocessen med koncentrerad svavelsyra, och den andra processen kallas kaustiksodaprocessen, förkortad som kaustiksodaprocessen.
·Förutom att vara närvarande i olika sällsynta jordartsmetaller, en betydande del avsällsynta jordartsmetalleri naturen samexistera med apatit- och fosfatbergmineraler.De totala reserverna av fosfatmalm i världen är cirka 100 miljarder ton, med ett genomsnittsällsynt jordinnehåll på 0,5 ‰.Det beräknas att det totala beloppet avsällsynt jordassocierat med fosfatmalm i världen är 50 miljoner ton.Som svar på egenskaperna hos lågsällsynt jordinnehåll och speciell förekomststatus 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 salpetersyrametoden, saltsyrametoden och svavelsyrametoden enligt de olika nedbrytningssyrorna.Det finns olika sätt att utvinna sällsynta jordartsmetaller från fosforkemiska processer, som alla är nära besläktade med bearbetningsmetoderna för fosfatmalm.Under den termiska produktionsprocessen,sällsynt jordåtervinningsgraden kan nå 60%.
Med det kontinuerliga utnyttjandet av fosfatbergresurser och övergången mot utveckling av fosfatberg av låg kvalitet, har svavelsyraprocessen fosforsyraprocessen blivit den vanliga metoden inom fosfatkemisk industri, och återvinning avsällsynta jordartsmetalleri svavelsyra våtprocess fosforsyra har blivit en forskningshotspot.I produktionsprocessen av svavelsyra våtprocess fosforsyra har processen att kontrollera anrikningen av sällsynta jordartsmetaller i fosforsyra och sedan använda organisk lösningsmedelsextraktion för att extrahera sällsynta jordartsmetaller fler fördelar än tidigt utvecklade metoder.
Utvinningsprocess för sällsynta jordartsmetaller
Svavelsyra löslighet
Terbiumgrupp (något löslig i sulfatkomplexsalter) -samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, ochholmium;
Yttriumgrupp (löslig i sulfatkomplexsalter) -yttrium, erbium, thulium, ytterbium,lutetium, ochskandium.
Extraktionsseparation
Ljussällsynt jord(P204 svag surhetsextraktion) –lantan,cerium, praseodym,neodymoch prometium;
Mellan sällsynta jordartsmetaller (P204 extraktion med låg surhet)-samarium,europium,gadolinium,terbium,dysprosium;
Tungsällsynt jordelement(surhetsextraktion i P204) -holmium,
Introduktion till extraktionsprocessen
Håller på att separerasällsynta jordartsmetaller,på grund av de extremt lika fysikaliska och kemiska egenskaperna hos 17 grundämnen, såväl som överflödet av åtföljande föroreningar isällsynta jordartsmetaller, är extraktionsprocessen relativt komplex och används ofta.
Det finns tre typer av extraktionsprocesser: steg-för-steg-metod, jonbyte och lösningsmedelsextraktion.
Steg-för-steg-metod
Metoden för separation och rening med användning av skillnaden i löslighet av föreningar i lösningsmedel kallas steg-för-steg-metoden.Frånyttrium(Y) tilllutetium(Lu), en enda separation mellan alla naturligt förekommandesällsynta jordartsmetallerinklusive radium upptäckt av Curie-paret,
De separeras alla med denna metod.Arbetssättet för denna metod är relativt komplext, och den enda separationen av alla sällsynta jordartsmetaller tog över 100 år, med en separation och upprepad operation som nådde 20 000 gånger.För kemiarbetare, deras arbete
Styrkan är relativt hög och processen är relativt komplex.Därför kan den här metoden inte producera en enda sällsynt jordartsmetall i stora mängder.
Jonbytare
Forskningsarbetet på sällsynta jordartsmetaller har hindrats av oförmågan att producera en singelsällsynt jordartsmetalli stora mängder genom steg-för-steg-metoder.För att analyserasällsynta jordartsmetallersom ingår i kärnklyvningsprodukter och avlägsnar de sällsynta jordartsmetallerna från uran och torium, studerades framgångsrikt jonbyteskromatografi (jonbyteskromatografi), som sedan användes för separation avsällsynt jordartsmetalls.Fördelen med jonbytesmetoden är att flera element kan separeras i en operation.Och det kan också få produkter med hög renhet.Nackdelen är dock att den inte kan bearbetas kontinuerligt, med lång driftscykel och höga kostnader för hartsregenerering och utbyte.Därför har detta när huvudmetoden för att separera stora mängder sällsynta jordartsmetaller tagits bort från den vanliga separationsmetoden och ersatts av lösningsmedelsextraktionsmetoden.På grund av de enastående egenskaperna hos jonbyteskromatografi för att erhålla högrena enkla sällsynta jordartsmetallprodukter, är det för närvarande, för att producera enstaka produkter med ultrahög renhet och separera några tunga sällsynta jordartsmetaller, också nödvändigt att använda jonbyteskromatografi att separera och producera en sällsynt jordartsmetallprodukt.
Lösningsmedelsextraktion
Metoden att använda organiska lösningsmedel för att extrahera och separera det extraherade ämnet från en oblandbar vattenlösning kallas organisk lösningsmedelsvätska-vätskeextraktion, förkortat lösningsmedelsextraktion.Det är en massöverföringsprocess som överför ämnen från en vätskefas till en annan.Lösningsmedelsextraktionsmetoden har använts tidigare inom petrokemi, organisk kemi, farmaceutisk kemi och analytisk kemi.Men under de senaste fyrtio åren, på grund av utvecklingen av atomenergivetenskap och -teknologi, 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 nivå av forskning 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 lätt att uppnå automatisk kontroll.Därför har det gradvis blivit huvudmetoden för att separera stora mängdersällsynt jords.
Rening av sällsynta jordartsmetaller
Produktionsråvaror
Sällsynta jordartsmetallerär i allmänhet uppdelade i blandade sällsynta jordartsmetaller och singelsällsynta jordartsmetaller.Sammansättningen av blandadesällsynta jordartsmetallerliknar den ursprungliga sammansättningen av sällsynta jordartsmetaller i malmen, och en enda metall är en metall som separeras och förädlas från varje sällsynt jordartsmetall.Det är svårt att minskasällsynt jordartsmetalloxids (förutom oxider avsamarium,europium,, thulium,ytterbium) till en enda metall med hjälp av allmänna metallurgiska metoder, på grund av deras höga bildningsvärme och höga stabilitet.Därför är de vanligaste råvarorna för produktion avsällsynta jordartsmetallernumera är deras klorider och fluorider.
Smält saltelektrolys
Massproduktion av blandadesällsynta jordartsmetallerinom industrin använder man i allmänhet elektrolysmetoden för smält salt.Det finns två metoder för elektrolys: kloridelektrolys och oxidelektrolys.Beredningsmetoden för en singelsällsynta jordartsmetallervarierar beroende på element.samarium,europium,,thulium,ytterbiumär inte lämpliga för elektrolytisk beredning på grund av deras höga ångtryck, utan framställs istället med hjälp av reduktionsdestillationsmetoden.Andra element kan framställas genom elektrolys eller termisk metallreduktionsmetod.
Kloridelektrolys är den vanligaste metoden för att framställa metaller, särskilt för blandade sällsynta jordartsmetaller.Processen är enkel, kostnadseffektiv och kräver minimala investeringar.Den största nackdelen är dock utsläppet av klorgas, som förorenar miljön.Oxidelektrolys släpper inte ut skadliga gaser, men kostnaden är något högre.Generellt högt prissatta singelsällsynta jordartsmetallerTill exempelneodymochpraseodymtillverkas med hjälp av oxidelektrolys.
Vakuumreduktionselektrolysmetoden kan endast förbereda allmän industriell kvalitetsällsynta jordartsmetaller.Att förberedasällsynta jordartsmetallermed låga föroreningar och hög renhet används vanligen vakuumtermisk reduktionsmetod.Denna metod kan producera alla enstaka sällsynta jordartsmetaller, mensamarium,europium,,thulium,ytterbiumkan inte produceras med denna metod.Redoxpotentialen församarium,europium,,thulium,ytterbiumoch kalcium minskar endast delvissällsynt jordfluorid.Generellt är beredningen av dessa metaller baserad på principerna om högt ångtryck för dessa metaller och lågt ångtryck avlantanmetalls.Oxiderna av dessa fyrasällsynta jordartsmetallerblandas med fragment avlantanmetalls och komprimeras till block och reduceras i en vakuumugn.Lantanär mer aktiv, medansamarium,europium,,thulium,ytterbiumreduceras till guld medlantanoch samlas vid kondens, vilket gör det lätt att separera från slagg.
Posttid: 2023-nov-07