Úvod do technológie priemyslu vzácnych zemín
·Vzácna zemina inie je kovový prvok, ale súhrnný názov pre 15 prvkov vzácnych zemín aytriumaskandium.Preto 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 %.S pridaním príbuzných zlúčenín a zmesí existuje nespočetné množstvo produktov vzácnych zemín.takže,vzácna zemTechnológia je tiež rôznorodá na základe rozdielov týchto 17 prvkov.Avšak vzhľadom na skutočnosť, že prvky vzácnych zemín možno rozdeliť na cér aytriumskupiny založené na vlastnostiach nerastov, procesy ťažby, tavenia a separácie nerastov vzácnych zemín sú tiež relatívne jednotné.Počnúc počiatočnou ťažbou rúd budú postupne predstavené separačné metódy, taviace procesy, extrakčné metódy a procesy čistenia vzácnych zemín.
Spracovanie nerastov vzácnych zemín
· Spracovanie minerálov je mechanický proces spracovania, ktorý využíva rozdiely vo fyzikálnych a chemických vlastnostiach medzi rôznymi minerálmi, ktoré tvoria rudu, využíva rôzne spôsoby spracovania, procesy a zariadenia na obohatenie užitočných minerálov v rude, odstránenie škodlivých nečistôt a ich oddelenie. z nerastov gangu.
·Vvzácna zemrudy ťažené na celom svete, obsah ooxidy vzácnych zemínje len niekoľko percent a niektoré ešte nižšie.Aby sa splnili výrobné požiadavky na tavenie,vzácna zemminerály sa oddeľujú od minerálov hlušiny a iných užitočných minerálov zušľachťovaním pred tavením, aby sa zvýšil obsah oxidov vzácnych zemín a získali sa koncentráty vzácnych zemín, ktoré spĺňajú požiadavky metalurgie vzácnych zemín.Zhodnocovanie rúd vzácnych zemín vo všeobecnosti využíva metódu flotácie, často doplnenú viacerými kombináciami gravitácie a magnetickej separácie, aby sa vytvoril tok procesu ťažby.
Thevzácna zemložisko v bani Baiyunebo vo Vnútornom Mongolsku je ložisko karbonátového horninového typu železného dolomitu, zloženého najmä zo sprievodných minerálov vzácnych zemín v železnej rude (okrem fluórovaných uhľovodíkových cérových rúd a monazitu existuje aj niekoľkonióbavzácna zemminerály).
Vyťažená ruda obsahuje asi 30 % železa a asi 5 % oxidov vzácnych zemín. Po rozdrvení veľkej rudy v bani je prepravená vlakom do závodu na výrobu železa a ocele Baotou Iron and Steel Group Company.Úlohou benefičného závodu je zvyšovaťFe203od 33% do viac ako 55%, najprv mletie a triedenie na kužeľovom guľovom mlyne a potom výber primárneho koncentrátu železa 62-65% Fe2O3 (oxid železitý) pomocou valcového magnetického separátora.Hlušina naďalej podlieha flotácii a magnetickej separácii, aby sa získal sekundárny koncentrát železa obsahujúci viac ako 45 %Fe203(oxid železitý).Vzácna zemina je obohatená o flotačnú penu so stupňom 10-15%.Koncentrát je možné zvoliť pomocou trepacieho stola, čím sa získa hrubý koncentrát s obsahom REO 30 %.Po opätovnom spracovaní na zušľachťovacom zariadení možno získať koncentrát vzácnych zemín s obsahom REO nad 60 %.
Metóda rozkladu koncentrátu vzácnych zemín
·Vzácna zemprvky v koncentrátoch vo všeobecnosti existujú vo forme nerozpustných uhličitanov, fluoridov, fosforečnanov, oxidov alebo kremičitanov.Prvky vzácnych zemín sa musia rôznymi chemickými zmenami premeniť na zlúčeniny rozpustné vo vode alebo v anorganických kyselinách a potom podstúpiť procesy, ako je rozpúšťanie, separácia, čistenie, zahusťovanie alebo kalcinácia, aby sa vytvorili rôzne zmiešanévzácna zemzlúčeniny, ako sú zmiešané chloridy vzácnych zemín, ktoré možno použiť ako produkty alebo suroviny na separáciu jednotlivých prvkov vzácnych zemín.Tento proces sa nazývavzácna zemrozklad koncentrátu, známy aj ako predúprava.
·Existuje veľa metód rozkladuvzácna zemkoncentráty, ktoré možno vo všeobecnosti rozdeliť do troch kategórií: kyslá metóda, zásaditá metóda a rozklad chlórom.Kyslý rozklad možno ďalej rozdeliť na rozklad kyseliny chlorovodíkovej, rozklad kyseliny sírovej a rozklad kyseliny fluorovodíkovej.Alkalický rozklad možno ďalej rozdeliť na rozklad hydroxidom sodným, tavenie hydroxidu sodného alebo spôsoby praženia sódou.Vhodný procesný tok sa vo všeobecnosti vyberá na základe princípov typu koncentrátu, charakteristík kvality, produktového plánu, vhodnosti pre regeneráciu a komplexné využitie prvkov nie vzácnych zemín, prínosu pre hygienu práce a ochrany životného prostredia a ekonomickej racionality.
·Aj keď bolo objavených takmer 200 vzácnych minerálov s rozptýlenými prvkami, pre svoju vzácnosť neboli obohatené do samostatných ložísk priemyselnou ťažbou.Zatiaľ len ojedinelé samostatnégermánium, selén, atelúrložiská boli objavené, ale rozsah ložísk nie je príliš veľký.
Tavenie vzácnych zemín
· Existujú dva spôsobyvzácna zemtavenie, hydrometalurgia a pyrometalurgia.
· Celý proces hydrometalurgie vzácnych zemín a kovovej chemickej metalurgie prebieha väčšinou v roztoku a rozpúšťadle, ako je rozklad koncentrátu vzácnych zemín, separácia a extrakciaoxidy vzácnych zemínzlúčeniny a jednotlivé kovy vzácnych zemín, ktoré využívajú procesy chemickej separácie, ako je zrážanie, kryštalizácia, oxidácia-redukcia, extrakcia rozpúšťadlom a výmena iónov.Najbežnejšie používanou metódou je extrakcia organickým rozpúšťadlom, čo je univerzálny proces na priemyselné oddeľovanie vysoko čistých jednotlivých prvkov vzácnych zemín.Hydrometalurgický proces je zložitý a čistota produktu je vysoká.Táto metóda má široké uplatnenie pri výrobe hotových výrobkov.
Pyrometalurgický proces je jednoduchý a má vysokú produktivitu.Vzácna zempyrometalurgia zahŕňa najmä výrobuzliatiny vzácnych zemínsilikotermickou redukčnou metódou, výrobou kovov alebo zliatin vzácnych zemín metódou elektrolýzy roztavenej soli 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 vvzácna zempriemyslu.Všeobecne povedané, v súčasnosti existujú dva hlavné procesy výroby týchto dvoch produktov.Jeden proces je proces praženia koncentrovanej kyseliny sírovej a druhý proces sa nazýva proces lúhu sodného, skrátene proces lúhu sodného.
·Okrem toho, že je prítomný v rôznych mineráloch vzácnych zemín, významná časťprvky vzácnych zemínv prírode koexistujú s minerálmi apatitu a fosfátu.Celkové zásoby svetovej fosfátovej rudy sú približne 100 miliárd ton s priemeromvzácna zemobsah 0,5 ‰.Odhaduje sa, že celkové množstvovzácna zems fosfátovou rudou na svete je 50 miliónov ton.V reakcii na charakteristiku nízkejvzácna zemobsah a stav špeciálneho výskytu v baniach sa študovali na domácom aj medzinárodnom poli rôzne procesy obnovy, ktoré možno rozdeliť na mokré a tepelné metódy.V mokrých metódach sa dajú rozdeliť na metódu kyseliny dusičnej, metódu kyseliny chlorovodíkovej a metódu kyseliny sírovej podľa rôznych rozkladných kyselín.Existujú rôzne spôsoby, ako získať vzácne zeminy z chemických procesov fosforu, z ktorých všetky úzko súvisia s metódami spracovania fosfátovej rudy.Počas procesu tepelnej výroby savzácna zemmiera návratnosti môže dosiahnuť 60%.
S neustálym využívaním zdrojov fosfátových hornín a posunom smerom k vývoju nekvalitných fosfátových hornín sa mokrý proces kyseliny sírovej kyseliny fosforečnej stal hlavnou metódou vo fosfátovom chemickom priemysle a regeneráciaprvky vzácnych zemínv mokrom procese kyseliny sírovej sa kyselina fosforečná stala stredobodom výskumu.Vo výrobnom procese kyseliny sírovej v mokrom procese kyseliny fosforečnej má proces riadenia obohacovania vzácnych zemín kyselinou fosforečnou a následné použitie extrakcie organickým rozpúšťadlom na extrakciu vzácnych zemín viac výhod ako skoršie vyvinuté metódy.
Proces ťažby vzácnych zemín
Rozpustnosť kyseliny sírovej
Ceriumskupina (nerozpustná v síranových komplexných soliach) –lantánu, cér, prazeodým, neodýma promethium;
Terbiumskupina (mierne rozpustná v síranových komplexných soliach) -samárium, európium, gadolínium, terbium, dysprózia, aholmium;
Ytriumskupina (rozpustná v komplexných síranových soliach) –ytrium, erbium, thulium, ytterbium,lutécium, askandium.
Extrakčné oddelenie
Svetlovzácna zem(P204 extrakcia slabej kyslosti) –lantánu,cér, prazeodým,neodýma promethium;
Stredné vzácne zeminy (P204 extrakcia s nízkou kyslosťou)-samárium,európium,gadolínium,terbium,dysprózia;
Ťažkývzácna zemprvkov(extrakcia kyslosti v P204) -holmium,
Úvod do extrakčného procesu
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: metóda krok za krokom, iónová výmena a extrakcia rozpúšťadlom.
Metóda krok za krokom
Metóda separácie a čistenia využívajúca rozdiel v rozpustnosti zlúčenín v rozpúšťadlách sa nazýva kroková metóda.Odytrium(Y) dolutécium(Lu), jediné oddelenie medzi všetkými prirodzene sa vyskytujúcimiprvky vzácnych zemínvrátane rádia objaveného manželmi Curieovými,
Všetky sú oddelené pomocou tejto metódy.Operačný postup tejto metódy je pomerne zložitý a jediná separácia všetkých prvkov vzácnych zemín trvala viac ako 100 rokov, pričom jedna separácia a opakovaná operácia dosiahli 20 000-krát.Pre chemických pracovníkov ich práca
Pevnosť je pomerne vysoká a proces je pomerne zložitý.Preto pomocou tejto metódy nemožno vyrobiť jednu vzácnu zeminu vo veľkých množstvách.
Výmena iónov
Výskumnú prácu na prvkoch vzácnych zemín brzdila neschopnosť vyrobiť jedinýprvok vzácnych zemínvo veľkých množstvách pomocou metód krok za krokom.Aby bolo možné analyzovaťprvky vzácnych zemínobsiahnuté v produktoch jadrového štiepenia a odstraňujúce prvky vzácnych zemín z uránu a tória, bola úspešne študovaná iónomeničová chromatografia (ionexová chromatografia), ktorá sa potom použila na separáciuprvok vzácnych zemíns.Výhodou metódy iónovej výmeny je, že v jednej operácii je možné oddeliť viacero prvkov.A môže tiež získať produkty vysokej čistoty.Nevýhodou však je, že sa nedá spracovať kontinuálne, s dlhým pracovným cyklom a vysokými nákladmi na regeneráciu a výmenu živice.Preto bola táto kedysi hlavná metóda na separáciu veľkého množstva vzácnych zemín vyradená z hlavného prúdu separačnej metódy a nahradená metódou extrakcie rozpúšťadlom.Avšak kvôli vynikajúcim vlastnostiam iónomeničovej chromatografie pri získavaní vysoko čistých jednotlivých produktov vzácnych zemín je v súčasnosti na výrobu jednotlivých produktov s ultra vysokou čistotou a separáciu niektorých ťažkých prvkov vzácnych zemín tiež potrebné použiť iónomeničovú chromatografiu oddeliť a vyrobiť produkt vzácnych zemín.
Extrakcia rozpúšťadlom
Spôsob použitia organických rozpúšťadiel na extrakciu a oddelenie extrahovanej látky z nemiešateľného vodného roztoku sa nazýva extrakcia organickým rozpúšťadlom kvapalina-kvapalina, skrátene extrakcia rozpúšťadlom.Ide o proces prenosu hmoty, ktorý prenáša látky z jednej kvapalnej fázy do druhej.Metóda extrakcie rozpúšťadlom bola aplikovaná skôr v petrochemii, organickej chémii, farmaceutickej chémii a analytickej chémii.Za posledných štyridsať rokov však vďaka rozvoju vedy a technológie atómovej energie, ako aj potrebe výroby ultračistých látok a vzácnych prvkov urobila extrakcia rozpúšťadlami veľký pokrok v odvetviach, ako je priemysel jadrového paliva a vzácna metalurgia. .Čína dosiahla vysokú úroveň výskumu v teórii extrakcie, v syntéze a aplikácii nových extrakčných látok a v procese extrakcie na separáciu prvkov vzácnych zemín.V porovnaní so separačnými metódami, ako je stupňovité zrážanie, stupňovaná kryštalizácia a iónová výmena, má extrakcia rozpúšťadla rad výhod, ako je dobrý separačný efekt, veľká výrobná kapacita, pohodlie pre rýchlu a kontinuálnu výrobu a ľahké dosiahnutie automatického riadenia.Preto sa postupne stala hlavnou metódou na oddeľovanie veľkých množstievvzácna zems.
Čistenie vzácnych zemín
Výrobné suroviny
Kovy vzácnych zemínsa všeobecne delia na zmiešané kovy vzácnych zemín a jednotlivékovy vzácnych zemín.Zloženie zmiešanékovy vzácnych zemínje podobný pôvodnému zloženiu vzácnych zemín v rude a jeden kov je kov oddelený a rafinovaný z každej vzácnej zeminy.Je ťažké znížiťoxid vzácnych zemíns (okrem oxidov zsamárium,európium,, thulium,ytterbium) do jedného kovu pomocou všeobecných metalurgických metód, kvôli ich vysokému teplu tvorby a vysokej stabilite.Preto bežne používané suroviny na výrobukovy vzácnych zemínv súčasnosti sú ich chloridy a fluoridy.
Elektrolýza roztavenej soli
Hromadná výroba zmiešanýchkovy vzácnych zemínv priemysle sa vo všeobecnosti používa metóda elektrolýzy roztavenej soli.Existujú dva spôsoby elektrolýzy: chloridová elektrolýza a oxidová elektrolýza.Spôsob prípravy jednéhokovy vzácnych zemínsa líši v závislosti od prvku.samárium,európium,,thulium,ytterbiumnie sú vhodné na elektrolytickú prípravu kvôli ich vysokému tlaku pár a namiesto toho sa pripravujú metódou redukčnej destilácie.Ďalšie prvky možno pripraviť elektrolýzou alebo metódou tepelnej redukcie kovu.
Elektrolýza chloridov je najbežnejšou metódou výroby kovov, najmä zmiešaných kovov vzácnych zemín.Proces je jednoduchý, nákladovo efektívny a vyžaduje minimálne investície.Najväčšou nevýhodou je však uvoľňovanie plynného chlóru, ktorý znečisťuje životné prostredie.Oxidovou elektrolýzou sa neuvoľňujú škodlivé plyny, ale cena je o niečo vyššia.Všeobecne platí, že vysoká cena singlevzácnych zemínako naprneodýmaprazeodýmsa vyrábajú pomocou oxidovej elektrolýzy.
Metóda elektrolýzy vákuovej redukcie môže pripraviť iba všeobecnú priemyselnú kvalitukovy vzácnych zemín.Pripraviťkovy vzácnych zemíns nízkymi nečistotami a vysokou čistotou sa všeobecne používa metóda vákuovej tepelnej redukcie.Táto metóda môže produkovať všetky jednotlivé kovy vzácnych zemín, alesamárium,európium,,thulium,ytterbiumnemožno vyrobiť touto metódou.Redoxný potenciálsamárium,európium,,thulium,ytterbiuma vápnik sa znižuje len čiastočnevzácna zemfluorid.Vo všeobecnosti je príprava týchto kovov založená na princípoch vysokého tlaku pár týchto kovov a nízkeho tlaku párlantánový kovs.Oxidy týchto štyrochvzácnych zemínsú zmiešané s fragmentmilantánový kovs a lisované do blokov a redukované vo vákuovej peci.Lantánje aktívnejší, pričomsamárium,európium,,thulium,ytterbiumsú redukované na zlato olantánua zhromažďujú sa pri kondenzácii, čo uľahčuje oddelenie od trosky.
Čas uverejnenia: 7. novembra 2023