Introducció a la tecnologia de la indústria de terres rares
·Terres rares iNo és un element metàl·lic, sinó un terme col·lectiu per a 15 elements de terres rares iitriiescandiPer tant, els 17 elements de terres rares i els seus diversos compostos tenen diversos usos, que van des de clorurs amb una puresa del 46% fins a òxids individuals de terres rares imetalls de terres raresamb una puresa del 99,9999%. Amb l'addició de compostos i mescles relacionades, hi ha innombrables productes de terres rares. Així doncs,terres raresla tecnologia també és diversa en funció de les diferències d'aquests 17 elements. Tanmateix, a causa del fet que els elements de terres rares es poden dividir en ceri iitrigrups basats en les característiques minerals, els processos de mineria, fosa i separació de minerals de terres rares també estan relativament unificats. Començant per la mineria inicial del mineral, s'introduiran un per un els mètodes de separació, els processos de fosa, els mètodes d'extracció i els processos de purificació de terres rares.
Processament mineral de terres rares
·El processament de minerals és un procés de processament mecànic que utilitza les diferències en les propietats físiques i químiques entre els diversos minerals que componen el mineral, utilitza diferents mètodes, processos i equips de beneficiació per enriquir els minerals útils del mineral, eliminar les impureses nocives i separar-los dels minerals de ganga.
·En elterres raresminerals extrets a tot el món, el contingut deòxids de terres raresés només un petit percentatge, i alguns fins i tot més baix. Per tal de satisfer els requisits de producció de la fosa,terres raresEls minerals se separen dels minerals de ganga i altres minerals útils mitjançant la beneficiació abans de la fosa, per tal d'augmentar el contingut d'òxids de terres rares i obtenir concentrats de terres rares que puguin complir els requisits de la metal·lúrgia de terres rares. La beneficiació de minerals de terres rares generalment adopta el mètode de flotació, sovint complementat per múltiples combinacions de gravetat i separació magnètica per formar un flux de procés de beneficiació.
Elterres raresEl dipòsit de la mina de Baiyunebo, a la Mongòlia Interior, és un dipòsit de dolomita de ferro de tipus roca carbonatada, compost principalment per minerals de terres rares que l'acompanyen en el mineral de ferro (a més del mineral de ceri fluorocarbonitzat i la monazita, també hi ha diversosniobiiterres raresminerals).
El mineral extret conté aproximadament un 30% de ferro i aproximadament un 5% d'òxids de terres rares. Després de triturar el mineral gran a la mina, es transporta amb tren a la planta de benefici de Baotou Iron and Steel Group Company. La tasca de la planta de benefici és augmentarFe2O3del 33% a més del 55%, primer mòlta i classificació en un molí de boles cònic, i després seleccionant un concentrat de ferro primari del 62-65% de Fe2O3 (òxid de ferro) utilitzant un separador magnètic cilíndric. Els residus continuen sotmetent-se a flotació i separació magnètica per obtenir un concentrat de ferro secundari que conté més del 45%Fe2O3(òxid de ferro). Les terres rares s'enriquixen en escuma de flotació, amb una gradació del 10-15%. El concentrat es pot seleccionar mitjançant una taula vibrant per produir un concentrat gruixut amb un contingut de REO del 30%. Després de ser reprocessat per equips de beneficiació, es pot obtenir un concentrat de terres rares amb un contingut de REO superior al 60%.
Mètode de descomposició de concentrat de terres rares
·Terres raresEls elements dels concentrats generalment existeixen en forma de carbonats, fluorurs, fosfats, òxids o silicats insolubles. Els elements de terres rares s'han de convertir en compostos solubles en aigua o àcids inorgànics mitjançant diversos canvis químics i després sotmetre's a processos com ara dissolució, separació, purificació, concentració o calcinació per produir diverses mescles.terres rarescompostos com ara clorurs mixtos de terres rares, que es poden utilitzar com a productes o matèries primeres per separar elements individuals de terres rares. Aquest procés s'anomenaterres raresdescomposició del concentrat, també coneguda com a pretractament.
·Hi ha molts mètodes per descompondreterres raresconcentrats, que generalment es poden dividir en tres categories: mètode àcid, mètode alcalí i descomposició per cloració. La descomposició àcida es pot dividir encara més en descomposició d'àcid clorhídric, descomposició d'àcid sulfúric i descomposició d'àcid fluorhídric. La descomposició alcalina es pot dividir encara més en descomposició d'hidròxid de sodi, fusió d'hidròxid de sodi o mètodes de torrefacció de sosa. El flux de procés adequat generalment es selecciona en funció dels principis del tipus de concentrat, les característiques del grau, el pla de producte, la conveniència per a la recuperació i la utilització integral d'elements no de terres rares, el benefici per a la higiene laboral i la protecció del medi ambient, i la racionalitat econòmica.
·Tot i que s'han descobert gairebé 200 minerals d'elements rars i dispersos, no s'han enriquit en dipòsits independents amb mineria industrial a causa de la seva raresa. Fins ara, només s'han descobert minerals independents rars.germani, seleni, itel·luriS'han descobert jaciments, però la seva escala no és gaire gran.
Fusió de terres rares
·Hi ha dos mètodes per aterres raresfusió, hidrometal·lúrgia i pirometal·lúrgia.
· Tot el procés d'hidrometal·lúrgia de terres rares i metal·lúrgia química de metalls es realitza principalment en solució i dissolvent, com ara la descomposició del concentrat de terres rares, la separació i l'extracció deòxids de terres rares, compostos i metalls de terres rares individuals, que utilitzen processos de separació química com ara precipitació, cristal·lització, oxidació-reducció, extracció amb dissolvents i intercanvi iònic. El mètode més utilitzat és l'extracció amb dissolvents orgànics, que és un procés universal per a la separació industrial d'elements de terres rares individuals d'alta puresa. El procés d'hidrometal·lúrgia és complex i la puresa del producte és alta. Aquest mètode té una àmplia gamma d'aplicacions en la producció de productes acabats.
El procés pirometal·lúrgic és senzill i té una alta productivitat.Terres raresLa pirometal·lúrgia inclou principalment la producció dealiatges de terres raresmitjançant el mètode de reducció silicotèrmica, la producció de metalls o aliatges de terres rares mitjançant el mètode d'electròlisi de sals foses i la producció dealiatges de terres raresmitjançant el mètode de reducció tèrmica de metalls, etc.
La característica comuna de la pirometal·lúrgia és la producció a altes temperatures.
Procés de producció de terres rares
·Terres rarescarbonat iclorur de terres raressón els dos principals productes primaris de laterres raresindústria. En general, actualment hi ha dos processos principals per produir aquests dos productes. Un procés és el procés de torrefacció d'àcid sulfúric concentrat i l'altre procés s'anomena procés de sosa càustica, abreujat com a procés de sosa càustica.
·A més d'estar present en diversos minerals de terres rares, una part important deelements de terres raresa la natura coexisteixen amb minerals de roca apatita i fosfat. Les reserves totals de mineral de fosfat mundials són d'aproximadament 100.000 milions de tones, amb una mitjanaterres rarescontingut del 0,5 ‰. S'estima que la quantitat total deterres raresassociat amb el mineral de fosfat al món és de 50 milions de tones. En resposta a les característiques de baixaterres rarescontingut i estat d'ocurrència especial a les mines, s'han estudiat diversos processos de recuperació tant a nivell nacional com internacional, que es poden dividir en mètodes humits i tèrmics. En els mètodes humits, es poden dividir en mètode d'àcid nítric, mètode d'àcid clorhídric i mètode d'àcid sulfúric segons els diferents àcids de descomposició. Hi ha diverses maneres de recuperar terres rares a partir de processos químics de fòsfor, totes les quals estan estretament relacionades amb els mètodes de processament del mineral de fosfat. Durant el procés de producció tèrmica, elterres raresla taxa de recuperació pot arribar al 60%.
Amb la utilització contínua dels recursos de roca fosfòrica i el canvi cap al desenvolupament de roca fosfòrica de baixa qualitat, el procés humit d'àcid sulfúric amb àcid fosfòric s'ha convertit en el mètode principal en la indústria química del fosfat, i la recuperació deelements de terres raresEn el procés humit d'àcid sulfúric, l'àcid fosfòric s'ha convertit en un tema de recerca important. En el procés de producció d'àcid sulfúric per procés humit, el procés de controlar l'enriquiment de terres rares en àcid fosfòric i després utilitzar l'extracció amb dissolvents orgànics per extreure terres rares té més avantatges que els mètodes desenvolupats inicialment.
Procés d'extracció de terres rares
Solubilitat de l'àcid sulfúric
Cerigrup (insoluble en sals complexes de sulfat) –lantà, ceri, praseodimi, neodimi, i prometi;
Terbigrup (lleugerament soluble en sals complexes de sulfat) -samari, europi, gadolini, terbi, disprosi, iholmi;
Separació per extracció
Llumterres rares(Extracció d'acidesa feble P204) –lantà,ceri, praseodimi,neodimi, i prometi;
Pesatterres rareselements(extracció d'acidesa en P204) -holmi,
Introducció al procés d'extracció
En el procés de separacióelements de terres rares,a causa de les propietats físiques i químiques extremadament similars de 17 elements, així com l'abundància d'impureses que els acompanyenelements de terres rares, el procés d'extracció és relativament complex i s'utilitza habitualment.
Hi ha tres tipus de processos d'extracció: el mètode pas a pas, l'intercanvi iònic i l'extracció amb dissolvent.
Mètode pas a pas
El mètode de separació i purificació que utilitza la diferència de solubilitat dels compostos en dissolvents s'anomena mètode pas a pas. Deitri(Y) aluteci(Lu), una única separació entre tots els que es produeixen de manera naturalelements de terres rares, inclòs el radi descobert pel matrimoni Curie,
Tots es separen mitjançant aquest mètode. El procediment operatiu d'aquest mètode és relativament complex, i la separació única de tots els elements de terres rares va trigar més de 100 anys, amb una separació i operació repetida que arribava a les 20.000 vegades. Per als treballadors químics, la seva feina
La força és relativament alta i el procés és relativament complex. Per tant, aquest mètode no permet produir ni una sola terra rara en grans quantitats.
Intercanvi iònic
La recerca sobre elements de terres rares s'ha vist obstaculitzada per la incapacitat de produir-ne un únicelement de terres raresen grans quantitats mitjançant mètodes pas a pas. Per tal d'analitzar elelements de terres rarescontinguts en productes de fissió nuclear i eliminar els elements de terres rares de l'urani i el tori, es va estudiar amb èxit la cromatografia d'intercanvi iònic (cromatografia d'intercanvi iònic), que després es va utilitzar per a la separació deelement de terres raress. L'avantatge del mètode d'intercanvi iònic és que es poden separar múltiples elements en una sola operació. I també permet obtenir productes d'alta puresa. Tanmateix, el desavantatge és que no es pot processar contínuament, amb un cicle operatiu llarg i elevats costos per a la regeneració i l'intercanvi de resines. Per tant, aquest mètode principal per separar grans quantitats de terres rares s'ha retirat del mètode de separació convencional i s'ha substituït pel mètode d'extracció amb dissolvents. Tanmateix, a causa de les característiques destacades de la cromatografia d'intercanvi iònic per obtenir productes de terres rares individuals d'alta puresa, actualment, per tal de produir productes individuals d'ultraalta puresa i separar alguns elements de terres rares pesades, també cal utilitzar la cromatografia d'intercanvi iònic per separar i produir un producte de terres rares.
Extracció amb dissolvents
El mètode d'utilitzar dissolvents orgànics per extreure i separar la substància extreta d'una solució aquosa immiscible s'anomena extracció líquid-líquid amb dissolvent orgànic, abreujat com a extracció amb dissolvent. És un procés de transferència de massa que transfereix substàncies d'una fase líquida a una altra. El mètode d'extracció amb dissolvent s'ha aplicat anteriorment en petroquímica, química orgànica, química farmacèutica i química analítica. Tanmateix, en els darrers quaranta anys, a causa del desenvolupament de la ciència i la tecnologia de l'energia atòmica, així com la necessitat de produir substàncies ultrapures i elements rars, l'extracció amb dissolvent ha fet grans progressos en indústries com la indústria del combustible nuclear i la metal·lúrgia rara. La Xina ha aconseguit un alt nivell de recerca en teoria de l'extracció, la síntesi i l'aplicació de nous extractants i el procés d'extracció per a la separació d'elements de terres rares. En comparació amb mètodes de separació com la precipitació gradual, la cristal·lització gradual i l'intercanvi iònic, l'extracció amb dissolvent té una sèrie d'avantatges com ara un bon efecte de separació, una gran capacitat de producció, la comoditat per a una producció ràpida i contínua i un control automàtic fàcil d'aconseguir. Per tant, s'ha convertit gradualment en el principal mètode per separar grans quantitats deterres raress.
Purificació de terres rares
Matèries primeres de producció
Metalls de terres raresgeneralment es divideixen en metalls de terres rares mixtes i metalls individualsmetalls de terres raresLa composició de la barrejametalls de terres raresés similar a la composició original de terres rares del mineral, i un sol metall és un metall separat i refinat de cada terra rara. És difícil de reduiròxid de terres raress (excepte els òxids desamari,europi,, tuli,itterbi) en un sol metall utilitzant mètodes metal·lúrgics generals, a causa de la seva alta calor de formació i alta estabilitat. Per tant, les matèries primeres més utilitzades per a la producció demetalls de terres raresavui dia són els seus clorurs i fluorurs.
electròlisi de sals foses
La producció en massa de mesclesmetalls de terres raresa la indústria generalment s'utilitza el mètode d'electròlisi de sals foses. Hi ha dos mètodes d'electròlisi: l'electròlisi de clorur i l'electròlisi d'òxid. El mètode de preparació d'un solmetalls de terres raresvaria segons l'element.samari,europi,,tuli,itterbino són adequats per a la preparació electrolítica a causa de la seva alta pressió de vapor, i en canvi es preparen mitjançant el mètode de destil·lació per reducció. Altres elements es poden preparar mitjançant electròlisi o mètode de reducció tèrmica de metalls.
L'electròlisi de clorur és el mètode més comú per produir metalls, especialment per a metalls de terres rares mixtes. El procés és senzill, rendible i requereix una inversió mínima. Tanmateix, el major inconvenient és l'alliberament de gas clor, que contamina el medi ambient. L'electròlisi d'òxid no allibera gasos nocius, però el cost és lleugerament superior. Generalment, els metalls individuals de preu elevatterres rarescom araneodimiipraseodimies produeixen mitjançant electròlisi d'òxid.
El mètode d'electròlisi per reducció al buit només pot preparar productes de grau industrial generalmetalls de terres raresPer prepararmetalls de terres raresamb baixes impureses i alta puresa, generalment s'utilitza el mètode de reducció tèrmica al buit. Aquest mètode pot produir tots els metalls de terres rares individuals, peròsamari,europi,,tuli,itterbino es pot produir amb aquest mètode. El potencial redox desamari,europi,,tuli,itterbii el calci només es redueix parcialmentterres raresfluorur. Generalment, la preparació d'aquests metalls es basa en els principis d'alta pressió de vapor d'aquests metalls i baixa pressió de vapor delantà metalls. Els òxids d'aquests quatreterres rareses barregen amb fragments delantà metalls i comprimits en blocs, i reduïts en un forn de buit.Lantàés més actiu, mentre quesamari,europi,,tuli,itterbies redueixen a or perlantài es recull a la condensació, cosa que facilita la seva separació de l'escòria.
Data de publicació: 07 de novembre de 2023