Úvod do technológie priemyslu vzácnych zemín
·Vzácne zeminy jaNie je to kovový prvok, ale súhrnný termín pre 15 prvkov vzácnych zemín aytriumaskandiumPreto má 17 prvkov vzácnych zemín a ich rôzne zlúčeniny rôzne využitie, od chloridov s čistotou 46 % až po jednotlivé oxidy vzácnych zemín akovy vzácnych zemíns čistotou 99,9999 %. Pridaním príbuzných zlúčenín a zmesí existuje nespočetné množstvo produktov vzácnych zemín. Takže,vzácnych zemínTechnológia je tiež rozmanitá na základe rozdielov medzi týmito 17 prvkami. Avšak vzhľadom na to, že prvky vzácnych zemín možno rozdeliť na cér aytriumSkupiny založené na charakteristikách minerálov, ťažba, tavenie a separácia minerálov vzácnych zemín sú tiež relatívne jednotné. Počnúc počiatočnou ťažbou rudy budú postupne predstavené metódy separácie, tavenie, extrakcia a čistenie vzácnych zemín.
Spracovanie minerálov vzácnych zemín
·Spracovanie minerálov je mechanický proces spracovania, ktorý využíva rozdiely vo fyzikálnych a chemických vlastnostiach rôznych minerálov, ktoré tvoria rudu, využíva rôzne metódy obohacovania, procesy a zariadenia na obohatenie užitočných minerálov v rude, odstránenie škodlivých nečistôt a ich oddelenie od hlušiny.
·Vvzácnych zemínrúd ťažených na celom svete, obsahoxidy vzácnych zemínje len niekoľko percent a niektoré sú ešte nižšie. Aby sa splnili výrobné požiadavky tavenia,vzácnych zemínMinerály sa oddeľujú od hlušiny a iných užitočných minerálov prostredníctvom obohacovania pred tavením, aby sa zvýšil obsah oxidov vzácnych zemín a získali sa koncentráty vzácnych zemín, ktoré môžu spĺňať požiadavky metalurgie vzácnych zemín. Zušľachťovanie rúd vzácnych zemín sa vo všeobecnosti vykonáva flotačnou metódou, často doplnenou viacerými kombináciami gravitačnej a magnetickej separácie, čím sa vytvorí tok obohacovacieho procesu.
Ten/Tá/Tovzácnych zemínLožisko v bani Baiyunebo vo Vnútornom Mongolsku je ložisko železného dolomitu karbonátového typu, ktoré sa skladá prevažne zo sprievodných minerálov vzácnych zemín v železnej rude (okrem fluorouhlíkovej cérovej rudy a monazitu sa tu nachádza aj niekoľkonióbavzácnych zemínminerály).
Vyťažená ruda obsahuje približne 30 % železa a približne 5 % oxidov vzácnych zemín. Po rozdrvení veľkej rudy v bani sa vlakom prepravuje do zušľachťovacieho závodu spoločnosti Baotou Iron and Steel Group Company. Úlohou zušľachťovacieho závodu je zvýšiť...Fe2O3z 33 % na viac ako 55 %, najprv mletím a triedením na kužeľovom guľovom mlyne a potom výberom primárneho železného koncentrátu s obsahom 62 – 65 % Fe2O3 (oxid železa) pomocou valcového magnetického separátora. Hlušina ďalej prechádza flotáciou a magnetickou separáciou, čím sa získa sekundárny koncentrát železa obsahujúci viac ako 45 %Fe2O3(oxid železa). Vzácne zeminy sú obohatené flotačnou penou s obsahom 10 – 15 %. Koncentrát je možné vybrať pomocou trepačky, čím sa vytvorí hrubý koncentrát s obsahom REO 30 %. Po prepracovaní v obohacovacom zariadení je možné získať koncentrát vzácnych zemín s obsahom REO viac ako 60 %.
Metóda rozkladu koncentrátu vzácnych zemín
·Vzácna zemPrvky v koncentrátoch sa vo všeobecnosti vyskytujú vo forme nerozpustných uhličitanov, fluoridov, fosfátov, oxidov alebo kremičitanov. Prvky vzácnych zemín sa musia premeniť na zlúčeniny rozpustné vo vode alebo anorganických kyselinách prostredníctvom rôznych chemických zmien a potom podstúpiť procesy, ako je rozpúšťanie, separácia, čistenie, koncentrácia alebo kalcinácia, aby sa získali rôzne zmesi.vzácnych zemínzlúčeniny, ako sú zmesné chloridy vzácnych zemín, ktoré sa môžu použiť ako produkty alebo suroviny na separáciu jednotlivých prvkov vzácnych zemín. Tento proces sa nazývavzácnych zemínrozklad koncentrátu, tiež známy ako predúprava.
· Existuje mnoho metód na rozkladvzácnych zemínkoncentráty, ktoré možno všeobecne rozdeliť do troch kategórií: kyslá metóda, alkalická metóda a chloračný rozklad. Kyslý rozklad možno ďalej rozdeliť na rozklad kyselinou chlorovodíkovou, rozklad kyselinou sírovou a rozklad kyselinou fluorovodíkovou. Alkalický rozklad možno ďalej rozdeliť na rozklad hydroxidu sodného, tavenie hydroxidu sodného alebo praženie sódou. Vhodný procesný postup sa vo všeobecnosti vyberá na základe princípov typu koncentrátu, charakteristík kvality, produktového plánu, vhodnosti pre získavanie a komplexné využitie prvkov, ktoré nie sú vzácnymi zeminami, prínosu pre hygienu práce a ochranu životného prostredia a ekonomickej racionality.
·Hoci bolo objavených takmer 200 vzácnych a rozptýlených minerálov, kvôli ich vzácnosti neboli priemyselnou ťažbou obohatené do samostatných ložísk. Doteraz boli objavené iba vzácne nezávislégermánium, selénatelúrLožiská boli objavené, ale rozsah ložísk nie je veľmi veľký.
Tavenie vzácnych zemín
· Existujú dva spôsobyvzácnych zemíntavenie, hydrometalurgia a pyrometalurgia.
·Celý proces hydrometalurgie vzácnych zemín a chemickej metalurgie kovov prebieha prevažne v roztoku a rozpúšťadle, ako napríklad rozklad koncentrátu vzácnych zemín, separácia a extrakciaoxidy vzácnych zemín, zlúčeniny a jednotlivé kovy vzácnych zemín, ktoré využívajú chemické separačné procesy, ako je zrážanie, kryštalizácia, oxidačno-redukčná extrakcia, extrakcia rozpúšťadlom a iónová výmena. Najbežnejšie používanou metódou je extrakcia organickým rozpúšťadlom, čo je univerzálny proces priemyselnej separácie vysoko čistých jednotlivých prvkov vzácnych zemín. Hydrometalurgický proces je zložitý a čistota produktu je vysoká. Táto metóda má široké uplatnenie pri výrobe hotových výrobkov.
Pyromatalurgický proces je jednoduchý a má vysokú produktivitu.Vzácna zemPyrometalurgia zahŕňa najmä výrobuzliatiny vzácnych zemínsilikotermickou redukčnou metódou, výrobou kovov alebo zliatin vzácnych zemín metódou elektrolýzy roztavených solí a výrobouzliatiny vzácnych zemínmetódou tepelnej redukcie kovu atď.
Spoločnou charakteristikou pyrometalurgie je výroba za podmienok vysokej teploty.
Proces výroby vzácnych zemín
·Vzácna zemuhličitan achlorid vzácnych zemínsú dva hlavné primárne produkty vvzácnych zemínpriemysel. Vo všeobecnosti existujú v súčasnosti dva hlavné procesy na výrobu týchto dvoch produktov. Jeden proces je proces praženia koncentrovanou kyselinou sírovou a druhý proces sa nazýva proces hydroxidu sodného, skrátene proces hydroxidu sodného.
·Okrem toho, že sú prítomné v rôznych mineráloch vzácnych zemín, značná časťprvky vzácnych zemínv prírode koexistujú s apatitovými a fosfátovými minerálmi. Celkové svetové zásoby fosfátových rúd sú približne 100 miliárd ton s priemernýmvzácnych zemínobsah 0,5 ‰. Odhaduje sa, že celkové množstvovzácnych zemínCelosvetová ťažba fosfátových rud je 50 miliónov ton. V reakcii na charakteristiky nízkejvzácnych zemínV baniach sa skúmali rôzne procesy získavania vzácnych zemín z fosforu, a to na domácej aj medzinárodnej úrovni, ktoré možno rozdeliť na mokré a termické metódy. Mokré metódy možno rozdeliť na metódu s kyselinou dusičnou, metódu s kyselinou chlorovodíkovou a metódu sírovou podľa rôznych rozkladných kyselín. Existujú rôzne spôsoby získavania vzácnych zemín z fosforu chemickými procesmi, ktoré všetky úzko súvisia s metódami spracovania fosfátovej rudy. Počas tepelného výrobného procesu...vzácnych zemínmiera zotavenia môže dosiahnuť 60 %.
S neustálym využívaním zdrojov fosfátových hornín a posunom smerom k rozvoju fosfátových hornín nízkej kvality sa mokrý proces s kyselinou sírovou a kyselinou fosforečnou stal hlavnou metódou v priemysle fosfátovej chémie a získavanie...prvky vzácnych zemínV mokrom procese výroby kyseliny sírovej sa kyselina fosforečná stala výskumným bodom. Pri výrobe kyseliny fosforečnej mokrým procesom s kyselinou sírovou má proces riadenia obohacovania vzácnych zemín kyselinou fosforečnou a následné použitie extrakcie organickým rozpúšťadlom na extrakciu vzácnych zemín viac výhod ako skôr vyvinuté metódy.
Proces extrakcie vzácnych zemín
Rozpustnosť kyseliny sírovej
Cérskupina (nerozpustná v komplexných síranových soliach) –lantán, cér, prazeodým, neodýma promethium;
Terbiumskupina (ľahko rozpustná v komplexných soliach síranov) -samárium, európium, gadolínium, terbium, dyspróziumaholmium;
Ytriumskupina (rozpustná v komplexných síranových soliach) –ytrium, erbium, túlium, yterbium,lutéciumaskandium.
Extrakčná separácia
Svetlovzácnych zemín(P204 extrakcia so slabou kyslosťou) –lantán,cér, prazeodým,neodýma promethium;
Stredné vzácne zeminy (extrakcia s nízkou kyslosťou P204) -samárium,európium,gadolínium,terbium,dysprózium;
Ťažkývzácnych zemínprvky(extrakcia kyslosťou v P204) -holmium,
Úvod do procesu extrakcie
V procese oddeľovaniaprvky vzácnych zemín,kvôli extrémne podobným fyzikálnym a chemickým vlastnostiam 17 prvkov, ako aj množstvu sprievodných nečistôt vprvky vzácnych zemín, proces extrakcie je pomerne zložitý a bežne používaný.
Existujú tri typy extrakčných procesov: postupná metóda, iónová výmena a extrakcia rozpúšťadlom.
Metóda krok za krokom
Metóda separácie a čistenia využívajúca rozdiel v rozpustnosti zlúčenín v rozpúšťadlách sa nazýva postupná metóda.ytrium(Y) dolutécium(Lu), jediné oddelenie medzi všetkými prirodzene sa vyskytujúcimiprvky vzácnych zemín, vrátane rádia objaveného manželmi Curieovcami,
Všetky sú separované touto metódou. Pracovný postup tejto metódy je pomerne zložitý a jediné oddelenie všetkých prvkov vzácnych zemín trvalo viac ako 100 rokov, pričom jedno oddelenie a opakovanie operácie dosiahli 20 000-krát. Pre chemických pracovníkov je ich práca...
Pevnosť je relatívne vysoká a proces je relatívne zložitý. Preto sa touto metódou nedá vyrobiť veľké množstvo jednej vzácnej zeminy.
Iónová výmena
Výskumnú prácu na prvkoch vzácnych zemín brzdí neschopnosť vytvoriť jedinýprvok vzácnych zemínvo veľkých množstvách pomocou postupných metód. Aby sme analyzovaliprvky vzácnych zemínobsiahnutých v produktoch jadrového štiepenia a odstránenie prvkov vzácnych zemín z uránu a tória bola úspešne študovaná iónovo-výmenná chromatografia (ionexová chromatografia), ktorá sa potom použila na separáciuprvok vzácnych zemínVýhodou metódy iónovej výmeny je, že v jednej operácii je možné oddeliť viacero prvkov. A je možné ňou získať aj produkty s vysokou čistotou. Nevýhodou je však to, že sa nedá spracovávať kontinuálne, s dlhým prevádzkovým cyklom a vysokými nákladmi na regeneráciu a výmenu živice. Preto bola táto kedysi hlavná metóda na oddeľovanie veľkého množstva vzácnych zemín vyradená z hlavného prúdu separačnej metódy a nahradená metódou extrakcie rozpúšťadlom. Avšak vzhľadom na vynikajúce vlastnosti iónovej výmennej chromatografie pri získavaní vysoko čistých produktov vzácnych zemín je v súčasnosti na výrobu ultravysoko čistých produktov a oddelenie niektorých ťažkých prvkov vzácnych zemín potrebné použiť iónovú výmennú chromatografiu na oddelenie a výrobu produktu vzácnych zemín.
Extrakcia rozpúšťadlom
Metóda použitia organických rozpúšťadiel na extrakciu a separáciu extrahovanej látky z nemiešateľného vodného roztoku sa nazýva extrakcia kvapalina-kvapalina organickým rozpúšťadlom, skrátene extrakcia rozpúšťadlom. Ide o proces prenosu hmoty, ktorý prenáša látky z jednej kvapalnej fázy do druhej. Metóda extrakcie rozpúšťadlom sa už skôr používala v petrochemickej, organickej chémii, farmaceutickej chémii a analytickej chémii. Avšak za posledných štyridsať rokov, vďaka rozvoju vedy a techniky v oblasti atómovej energie, ako aj potrebe výroby ultračistých látok a vzácnych prvkov, extrakcia rozpúšťadlom dosiahla veľký pokrok v odvetviach, ako je priemysel jadrových palív a vzácna metalurgia. Čína dosiahla vysokú úroveň výskumu v teórii extrakcie, syntéze a aplikácii nových extrakčných činidiel a extrakčnom procese na separáciu prvkov vzácnych zemín. V porovnaní so separačnými metódami, ako je stupňovité zrážanie, stupňovitá kryštalizácia a iónová výmena, má extrakcia rozpúšťadlom rad výhod, ako je dobrý separačný účinok, veľká výrobná kapacita, pohodlie pri rýchlej a kontinuálnej výrobe a ľahko dosiahnuteľné automatické riadenie. Preto sa postupne stala hlavnou metódou na separáciu veľkého množstva...vzácnych zemíns.
Čistenie vzácnych zemín
Výrobné suroviny
Kovy vzácnych zemínsa vo všeobecnosti delia na zmiešané kovy vzácnych zemín a jednotlivékovy vzácnych zemínZloženie zmiešanýchkovy vzácnych zemínje podobné pôvodnému zloženiu vzácnych zemín v rude a jeden kov je kov oddelený a rafinovaný z každej vzácnej zeminy. Je ťažké ho redukovaťoxid vzácnych zemíns (okrem oxidovsamárium,európium,, túlium,yterbium) na jeden kov pomocou všeobecných metalurgických metód kvôli ich vysokému tepelnému teplu a vysokej stabilite. Preto sú bežne používanými surovinami na výrobukovy vzácnych zemínv súčasnosti sú to ich chloridy a fluoridy.
Elektrolýza roztavenej soli
Hromadná výroba zmiešanýchkovy vzácnych zemínV priemysle sa všeobecne používa metóda elektrolýzy roztavených solí. Existujú dve metódy elektrolýzy: chloridová elektrolýza a oxidová elektrolýza. Metóda prípravy jednejkovy vzácnych zemínlíši sa v závislosti od prvku.samárium,európium,,túlium,yterbiumnie sú vhodné na elektrolytickú prípravu kvôli ich vysokému tlaku pár a namiesto toho sa pripravujú redukčnou destilačnou metódou. Ostatné prvky sa môžu pripraviť elektrolýzou alebo metódou tepelnej redukcie kovov.
Chloridová elektrolýza je najbežnejšou metódou výroby kovov, najmä zmesí kovov vzácnych zemín. Proces je jednoduchý, nákladovo efektívny a vyžaduje minimálne investície. Najväčšou nevýhodou je však uvoľňovanie plynného chlóru, ktorý znečisťuje životné prostredie. Oxidová elektrolýza neuvoľňuje škodlivé plyny, ale náklady sú o niečo vyššie. Vo všeobecnosti sú drahé jednotlivé...vzácne zeminyako napríkladneodýmaprazeodýmsa vyrábajú pomocou oxidovej elektrolýzy.
Metóda vákuovej redukčnej elektrolýzy dokáže pripraviť iba všeobecnú priemyselnú kvalitukovy vzácnych zemínNa prípravukovy vzácnych zemíns nízkymi nečistotami a vysokou čistotou sa všeobecne používa metóda vákuovej tepelnej redukcie. Táto metóda dokáže vyrobiť všetky jednotlivé kovy vzácnych zemín, alesamárium,európium,,túlium,yterbiumsa touto metódou nedá vyrobiť. Redoxný potenciálsamárium,európium,,túlium,yterbiuma vápnik len čiastočne znižujevzácnych zemínfluoridu. Príprava týchto kovov je vo všeobecnosti založená na princípoch vysokého tlaku pár týchto kovov a nízkeho tlaku párlantánový kovs. Oxidy týchto štyrochvzácne zeminysú zmiešané s fragmentmilantánový kova stlačené do blokov a redukované vo vákuovej peci.Lantanje aktívnejší, zatiaľ čosamárium,európium,,túlium,yterbiumsú redukované na zlatolantána zhromažďuje sa kondenzáciou, čo uľahčuje jeho oddelenie od trosky.
Čas uverejnenia: 7. novembra 2023