Introduksjon til teknologi i sjeldne jordartsmetallindustrien
·Sjeldne jordarter ier ikke et metallisk grunnstoff, men en samlebetegnelse for 15 sjeldne jordartsmetaller ogyttriumogskandiumDerfor har de 17 sjeldne jordartsmetallene og deres forskjellige forbindelser forskjellige bruksområder, alt fra klorider med en renhet på 46 % til enkeltstående oksider av sjeldne jordartsmetaller ogsjeldne jordmetallermed en renhet på 99,9999 %. Med tilsetning av relaterte forbindelser og blandinger finnes det utallige sjeldne jordartsprodukter. Så,sjeldne jordarterTeknologien er også mangfoldig basert på forskjellene mellom disse 17 elementene. Men på grunn av det faktum at sjeldne jordartsmetaller kan deles inn i cerium ogyttriumGrupper basert på mineralegenskaper, er gruvedrift, smelting og separasjonsprosesser for sjeldne jordartsmineraler også relativt enhetlige. Fra den første malmutvinningen vil separasjonsmetodene, smelteprosessene, utvinningsmetodene og renseprosessene for sjeldne jordartsmetaller bli introdusert én etter én.
Mineralforedling av sjeldne jordarter
Mineralforedling er en mekanisk prosesseringsprosess som utnytter forskjellene i fysiske og kjemiske egenskaper mellom ulike mineraler som malmen utgjør, bruker ulike foredlingsmetoder, prosesser og utstyr for å berike nyttige mineraler i malmen, fjerne skadelige urenheter og skille dem fra gangsteinmineraler.
·Isjeldne jordartermalmer utvunnet over hele verden, innholdet avsjeldne jordartsoksiderer bare noen få prosent, og noen enda lavere. For å møte produksjonskravene til smelting,sjeldne jordarterMineraler skilles fra gangmineraler og andre nyttige mineraler gjennom anrikning før smelting, for å øke innholdet av sjeldne jordartsoksider og oppnå sjeldne jordartskonsentrater som kan oppfylle kravene til sjeldne jordartsmetallurgi. Anrikningen av sjeldne jordartsmalmer benytter vanligvis flotasjonsmetoden, ofte supplert med flere kombinasjoner av tyngdekraft og magnetisk separasjon for å danne en anrikningsprosessflyt.
Desjeldne jordarterForekomsten i Baiyunebo-gruven i Indre Mongolia er en karbonatbergartsforekomst av jerndolomitt, hovedsakelig sammensatt av tilhørende sjeldne jordartsmineraler i jernmalm (i tillegg til fluorkarbon-ceriummalm og monazitt, finnes det også flereniobogsjeldne jordartermineraler).
Den utvunnede malmen inneholder omtrent 30 % jern og omtrent 5 % oksider av sjeldne jordarter. Etter at den store malmen er knust i gruven, transporteres den med tog til anrikningsanlegget til Baotou Iron and Steel Group Company. Anrikningsanleggets oppgave er å økeFe2O3fra 33 % til over 55 %, først maling og sortering på en konisk kulemølle, og deretter valg av et primært jernkonsentrat på 62–65 % Fe2O3 (jernoksid) ved hjelp av en sylindrisk magnetisk separator. Avgangsmassene fortsetter å floteres og separeres magnetisk for å oppnå et sekundært jernkonsentrat som inneholder mer enn 45 %Fe2O3(jernoksid). Sjeldne jordarter er anriket i flotasjonsskum, med en grad på 10–15 %. Konsentratet kan velges ved hjelp av et ristebord for å produsere et grovt konsentrat med et REO-innhold på 30 %. Etter å ha blitt bearbeidet med anrikningsutstyr, kan man oppnå et sjeldne jordartskonsentrat med et REO-innhold på over 60 %.
Nedbrytningsmetode for sjeldne jordartskonsentrat
·Sjeldne jordarterElementer i konsentrater finnes vanligvis i form av uløselige karbonater, fluorider, fosfater, oksider eller silikater. Sjeldne jordartsmetaller må omdannes til forbindelser som er løselige i vann eller uorganiske syrer gjennom ulike kjemiske endringer, og deretter gjennomgå prosesser som oppløsning, separasjon, rensing, konsentrering eller kalsinering for å produsere ulike blandede stoffer.sjeldne jordarterforbindelser som blandede klorider av sjeldne jordarter, som kan brukes som produkter eller råmaterialer for å separere enkeltstående sjeldne jordarter. Denne prosessen kallessjeldne jordarterkonsentratnedbrytning, også kjent som forbehandling.
· Det finnes mange metoder for nedbrytningsjeldne jordarterkonsentrater, som generelt kan deles inn i tre kategorier: syremetoden, alkalimetoden og kloreringsdekomponering. Syredekomponering kan videre deles inn i saltsyredekomponering, svovelsyredekomponering og flussyredekomponering. Alkalidekomponering kan videre deles inn i natriumhydroksiddekomponering, natriumhydroksidsmelting eller sodarøstingsmetoder. Den passende prosessflyten velges vanligvis basert på prinsippene for konsentrattype, kvalitetsegenskaper, produktplan, bekvemmelighet for utvinning og omfattende utnyttelse av ikke-sjeldne jordartsmetaller, fordeler for arbeidshygiene og miljøvern, og økonomisk rasjonalitet.
·Selv om nesten 200 sjeldne og spredte elementmineraler er blitt oppdaget, har de ikke blitt anriket til uavhengige forekomster med industriell gruvedrift på grunn av deres sjeldenhet. Så langt er det bare sjeldne uavhengigegermanium, selen, ogtellurforekomster er blitt oppdaget, men omfanget av forekomstene er ikke veldig stort.
Smelting av sjeldne jordarter
· Det finnes to metoder forsjeldne jordartersmelting, hydrometallurgi og pyrometallurgi.
· Hele prosessen med hydrometallurgi av sjeldne jordarter og kjemisk metallurgi foregår hovedsakelig i løsning og løsemiddel, slik som nedbrytning av sjeldne jordartskonsentrat, separasjon og ekstraksjon avsjeldne jordartsoksider, forbindelser og enkeltstående sjeldne jordmetaller, som bruker kjemiske separasjonsprosesser som utfelling, krystallisering, oksidasjon-reduksjon, løsemiddelekstraksjon og ionebytte. Den mest brukte metoden er organisk løsemiddelekstraksjon, som er en universell prosess for industriell separasjon av enkeltstående sjeldne jordmetaller med høy renhet. Hydrometallurgiprosessen er kompleks, og produktrenheten er høy. Denne metoden har et bredt spekter av bruksområder i produksjon av ferdige produkter.
Den pyrometallurgiske prosessen er enkel og har høy produktivitet.Sjeldne jordarterPyrometallurgi omfatter hovedsakelig produksjon avsjeldne jordartslegeringerved silikotermisk reduksjonsmetode, produksjon av sjeldne jordmetaller eller legeringer ved smeltet saltelektrolysemetode, og produksjon avsjeldne jordartslegeringerved termisk reduksjonsmetode for metall etc.
Det vanlige kjennetegnet ved pyrometallurgi er produksjon under høye temperaturforhold.
Produksjonsprosess for sjeldne jordarter
·Sjeldne jordarterkarbonat ogsjeldne jordklorider de to viktigste primærproduktene isjeldne jordarterindustri. Generelt sett finnes det for tiden to hovedprosesser for å produsere disse to produktene. Den ene prosessen er risteprosessen med konsentrert svovelsyre, og den andre prosessen kalles kaustisk soda-prosessen, forkortet til kaustisk soda-prosess.
·I tillegg til å være tilstede i diverse sjeldne jordartsmineraler, finnes en betydelig del avsjeldne jordartselementeri naturen sameksisterer med apatitt- og fosfatbergmineraler. De totale reservene av fosfatmalm i verden er omtrent 100 milliarder tonn, med et gjennomsnittsjeldne jordarterinnhold på 0,5 ‰. Det er anslått at den totale mengden avsjeldne jordarterassosiert med fosfatmalm i verden er 50 millioner tonn. Som svar på egenskapene til lavsjeldne jordarterinnhold og status for spesielle forekomster i gruver, har ulike utvinningsprosesser blitt studert både nasjonalt og internasjonalt, som kan deles inn i våte og termiske metoder. I våte metoder kan de deles inn i salpetersyremetoden, saltsyremetoden og svovelsyremetoden i henhold til de forskjellige nedbrytningssyrene. Det finnes ulike måter å utvinne sjeldne jordarter fra fosforkjemiske prosesser, som alle er nært knyttet til prosesseringsmetodene for fosfatmalm. Under den termiske produksjonsprosessen, densjeldne jordarterGjenopprettingsraten kan nå 60 %.
Med kontinuerlig utnyttelse av fosfatressurser og skiftet mot utvikling av lavkvalitetsfosfat, har svovelsyre-våtprosessen med fosforsyre blitt den vanligste metoden i fosfatkjemisk industri, og utvinningen avsjeldne jordartselementerI våtprosessformen svovelsyre har fosforsyre blitt et forskningsfokus. I produksjonsprosessen av våtprosessformen svovelsyre har prosessen med å kontrollere anrikningen av sjeldne jordarter i fosforsyre og deretter bruke organisk løsemiddelekstraksjon for å utvinne sjeldne jordarter flere fordeler enn tidlig utviklede metoder.
Prosess for utvinning av sjeldne jordarter
Svovelsyreløselighet
Terbiumgruppe (litt løselig i sulfatkomplekssalter) -samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, ogholmium;
Yttriumgruppe (løselig i sulfatkomplekssalter) –yttrium, erbium, tulium, ytterbium,lutetium, ogskandium.
Ekstraksjonsseparasjon
Lyssjeldne jordarter(P204 ekstraksjon med svak surhet) –lantan,cerium, praseodym,neodymog prometium;
Midtre sjeldne jordarter (P204 lav surhetsgradsekstraksjon) -samarium,europium,gadolinium,terbium,dysprosium;
Tungsjeldne jordarterelementer(syreutvinning i P204) -holmium,
Introduksjon til ekstraksjonsprosessen
I ferd med å separeresjeldne jordartsmetaller,på grunn av de ekstremt like fysiske og kjemiske egenskapene til 17 grunnstoffer, samt mengden av tilhørende urenheter isjeldne jordartselementer, ekstraksjonsprosessen er relativt kompleks og ofte brukt.
Det finnes tre typer ekstraksjonsprosesser: trinnvis metode, ionebytte og løsemiddelekstraksjon.
Steg-for-steg-metoden
Metoden for separasjon og rensing som bruker forskjellen i løselighet av forbindelser i løsemidler kalles trinn-for-trinn-metoden. Frayttrium(Y) tillutetium(Lu), en enkelt separasjon mellom alt naturlig forekommendesjeldne jordartselementer, inkludert radium oppdaget av Curie-paret,
De separeres alle ved hjelp av denne metoden. Fremgangsmåten for denne metoden er relativt kompleks, og den enkle separasjonen av alle sjeldne jordartsmetaller tok over 100 år, med én separasjon og gjentatte operasjoner som nådde 20 000 ganger. For kjemiarbeidere er arbeidet deres
Styrken er relativt høy og prosessen er relativt kompleks. Derfor kan man ikke produsere en eneste sjeldne jordart i store mengder ved bruk av denne metoden.
Ionbytter
Forskningsarbeidet på sjeldne jordartsmetaller har blitt hindret av manglende evne til å produsere en enkeltsjeldne jordartselementeri store mengder gjennom trinnvise metoder. For å analyseresjeldne jordartselementersom finnes i kjernefysjonsprodukter og fjerner de sjeldne jordartsmetallene fra uran og thorium, ble ionebytterkromatografi (ionebytterkromatografi) studert med hell, som deretter ble brukt til separasjon avsjeldne jordartselementers. Fordelen med ionebyttemetoden er at flere elementer kan separeres i én operasjon. Og den kan også oppnå produkter med høy renhet. Ulempen er imidlertid at den ikke kan behandles kontinuerlig, med en lang driftssyklus og høye kostnader for harpiksregenerering og -utveksling. Derfor har denne en gang hovedmetoden for å separere store mengder sjeldne jordartsmetaller blitt trukket tilbake fra den vanlige separasjonsmetoden og erstattet av løsemiddelekstraksjonsmetoden. På grunn av de enestående egenskapene til ionebyttekromatografi for å oppnå høyrene enkeltprodukter av sjeldne jordartsmetaller, er det imidlertid for tiden, for å produsere enkeltprodukter med ultrahøy renhet og separere noen tunge sjeldne jordartsmetaller, også nødvendig å bruke ionebyttekromatografi for å separere og produsere et produkt av sjeldne jordartsmetaller.
Løsemiddelekstraksjon
Metoden med å bruke organiske løsemidler for å ekstrahere og separere det ekstraherte stoffet fra en ikke-blandbar vandig løsning kalles organisk løsemiddelvæske-væske-ekstraksjon, forkortet løsemiddelekstraksjon. Det er en masseoverføringsprosess som overfører stoffer fra en flytende fase til en annen. Løsemiddelekstraksjonsmetoden har blitt brukt tidligere innen petrokjemisk, organisk kjemi, farmasøytisk kjemi og analytisk kjemi. Imidlertid har løsemiddelekstraksjon i løpet av de siste førti årene, på grunn av utviklingen av atomenergivitenskap og -teknologi, samt behovet for produksjon av ultrarene stoffer og sjeldne grunnstoffer, gjort store fremskritt i industrier som kjernebrenselindustri og sjeldne metallurgier. Kina har oppnådd et høyt forskningsnivå innen ekstraksjonsteori, syntese og anvendelse av nye ekstraksjonsmidler, og ekstraksjonsprosessen for separasjon av sjeldne jordartsmetaller. Sammenlignet med separasjonsmetoder som gradert utfelling, gradert krystallisering og ionebytte, har løsemiddelekstraksjon en rekke fordeler som god separasjonseffekt, stor produksjonskapasitet, bekvemmelighet for rask og kontinuerlig produksjon, og enkel å oppnå automatisk kontroll. Derfor har det gradvis blitt den viktigste metoden for å separere store mengdersjeldne jordarters.
Rensing av sjeldne jordarter
Produksjonsråvarer
Sjeldne jordmetallerer vanligvis delt inn i blandede sjeldne jordmetaller og enkeltmetallersjeldne jordmetallerSammensetningen av blandetsjeldne jordmetallerligner på den opprinnelige sammensetningen av sjeldne jordarter i malmen, og et enkelt metall er et metall som er separert og raffinert fra hver sjeldne jordart. Det er vanskelig å reduseresjeldne jordartsoksiders (unntatt oksider avsamarium,europium,, tulium,ytterbium) til et enkelt metall ved bruk av generelle metallurgiske metoder, på grunn av deres høye dannelsesvarme og høye stabilitet. Derfor er de vanlige råmaterialene for produksjon avsjeldne jordmetallernå til dags er det kloridene og fluoridene deres.
Elektrolyse av smeltet salt
Masseproduksjon av blandede produktersjeldne jordmetallerI industrien brukes vanligvis smeltet saltelektrolyse. Det finnes to elektrolysemetoder: kloridelektrolyse og oksidelektrolyse. Fremstillingsmetoden for en enkeltsjeldne jordmetallervarierer avhengig av elementet.samarium,europium,,tulium,ytterbiumer ikke egnet for elektrolytisk fremstilling på grunn av deres høye damptrykk, og fremstilles i stedet ved hjelp av reduksjonsdestillasjonsmetoden. Andre elementer kan fremstilles ved elektrolyse eller metalltermisk reduksjonsmetode.
Kloridelektrolyse er den vanligste metoden for å produsere metaller, spesielt for blandede sjeldne jordmetaller. Prosessen er enkel, kostnadseffektiv og krever minimale investeringer. Den største ulempen er imidlertid utslipp av klorgass, som forurenser miljøet. Oksidelektrolyse frigjør ikke skadelige gasser, men kostnaden er litt høyere. Generelt sett er dyre enkeltmetallersjeldne jordarterslik somneodymogpraseodymproduseres ved hjelp av oksidelektrolyse.
Vakuumreduksjonselektrolysemetoden kan bare fremstille generell industriell kvalitetsjeldne jordmetallerÅ forberedesjeldne jordmetallerMed lave urenheter og høy renhet brukes vanligvis vakuumtermisk reduksjonsmetoden. Denne metoden kan produsere alle enkeltstående sjeldne jordmetaller, mensamarium,europium,,tulium,ytterbiumkan ikke produseres med denne metoden. Redokspotensialet tilsamarium,europium,,tulium,ytterbiumog kalsium reduserer bare delvissjeldne jordarterfluorid. Generelt er fremstillingen av disse metallene basert på prinsippene om høyt damptrykk for disse metallene og lavt damptrykk forlantanmetalls. Oksidene av disse firesjeldne jordarterer blandet med fragmenter avlantanmetalls og komprimeres til blokker, og reduseres i en vakuumovn.Lantaner mer aktiv, menssamarium,europium,,tulium,ytterbiumreduseres til gull avlantanog samles opp ved kondens, noe som gjør det enkelt å skille fra slagg.
Publisert: 07. november 2023