Introduktion til teknologi i sjældne jordarters industri
·Sjælden jordart ier ikke et metallisk grundstof, men en samlet betegnelse for 15 sjældne jordarters grundstoffer ogyttriumogscandiumDerfor har de 17 sjældne jordarter og deres forskellige forbindelser forskellige anvendelser, lige fra klorider med en renhed på 46% til enkelte sjældne jordarters oxider ogsjældne jordartsmetallermed en renhed på 99,9999%. Med tilsætning af relaterede forbindelser og blandinger findes der utallige sjældne jordartsprodukter. Så,sjældne jordarterTeknologien er også forskelligartet baseret på forskellene mellem disse 17 grundstoffer. Men på grund af det faktum, at sjældne jordarter kan opdeles i cerium ogyttriumGrupper baseret på mineralegenskaber, er minedrift, smeltning og separationsprocesser for sjældne jordarter også relativt ensartede. Fra den indledende malmminedrift vil separationsmetoderne, smeltningsprocesserne, udvindingsmetoderne og rensningsprocesserne for sjældne jordarter blive introduceret en efter en.
Mineralforarbejdning af sjældne jordarter
Mineralforarbejdning er en mekanisk forarbejdningsproces, der udnytter forskellene i fysiske og kemiske egenskaber mellem forskellige mineraler, der udgør malmen, anvender forskellige forarbejdningsmetoder, processer og udstyr til at berige nyttige mineraler i malmen, fjerne skadelige urenheder og adskille dem fra gangstensmineraler.
·Isjældne jordartermalm udvundet verden over, indholdet afsjældne jordartsoxiderer kun et par procent, og nogle gange endda lavere. For at opfylde produktionskravene til smeltning,sjældne jordarterMineraler adskilles fra gangmineraler og andre nyttige mineraler gennem opredning før smeltning for at øge indholdet af sjældne jordartsoxider og opnå sjældne jordartskoncentrater, der kan opfylde kravene til sjældne jordartsmetallurgi. Opredningen af sjældne jordartsmalme anvender generelt flotationsmetoden, ofte suppleret med flere kombinationer af tyngdekraft og magnetisk separation for at danne et opredningsprocesflow.
Desjældne jordarterForekomsten i Baiyunebo-minen i Indre Mongoliet er en karbonatbjergartsforekomst af jerndolomit, hovedsageligt sammensat af ledsagende sjældne jordarters mineraler i jernmalm (ud over fluorcarbon, ceriummalm og monazit er der også flereniobiumogsjældne jordartermineraler).
Den udvundne malm indeholder omkring 30% jern og omkring 5% sjældne jordartsoxider. Efter knusning af den store malm i minen transporteres den med tog til Baotou Iron and Steel Group Companys oparbejdningsanlæg. Oparbejdningsanlæggets opgave er at øgeFe2O3fra 33% til over 55%, først formaling og sortering på en konisk kuglemølle, og derefter udvælgelse af et primært jernkoncentrat på 62-65% Fe2O3 (jernoxid) ved hjælp af en cylindrisk magnetisk separator. Tailings fortsætter med at floteres og magnetisk separation for at opnå et sekundært jernkoncentrat, der indeholder mere end 45%Fe2O3(jernoxid). Sjælden jordart er beriget med flotationsskum med en kvalitet på 10-15%. Koncentratet kan udvælges ved hjælp af et rystebord for at producere et groft koncentrat med et REO-indhold på 30%. Efter oparbejdning med opredningsudstyr kan der opnås et sjælden jordartkoncentrat med et REO-indhold på over 60%.
Nedbrydningsmetode for sjældne jordartskoncentrater
·Sjælden jordartGrundstoffer i koncentrater findes generelt i form af uopløselige carbonater, fluorider, fosfater, oxider eller silikater. Sjældne jordarter skal omdannes til vandopløselige forbindelser eller uorganiske syrer gennem forskellige kemiske ændringer og derefter undergå processer som opløsning, separation, rensning, koncentrering eller kalcinering for at producere forskellige blandedesjældne jordarterforbindelser såsom blandede sjældne jordartsklorider, som kan bruges som produkter eller råmaterialer til separation af enkelte sjældne jordarter. Denne proces kaldessjældne jordarterkoncentratnedbrydning, også kendt som forbehandling.
· Der findes mange metoder til nedbrydningsjældne jordarterkoncentrater, som generelt kan opdeles i tre kategorier: syremetoden, alkalimetoden og kloreringsnedbrydning. Syrenedekomponering kan yderligere opdeles i saltsyrenedbrydning, svovlsyrenedbrydning og flussyrenedbrydning. Alkalinedekomponering kan yderligere opdeles i natriumhydroxidnedbrydning, natriumhydroxidsmeltning eller sodaristningsmetoder. Det passende procesflow vælges generelt baseret på principperne for koncentrattype, kvalitetskarakteristika, produktplan, bekvemmelighed for genvinding og omfattende udnyttelse af ikke-sjældne jordarter, fordele for arbejdshygiejne og miljøbeskyttelse samt økonomisk rationalitet.
·Selvom næsten 200 sjældne og spredte grundstofmineraler er blevet opdaget, er de ikke blevet beriget til uafhængige forekomster med industriel minedrift på grund af deres sjældenhed. Indtil videre er kun sjældne uafhængigegermanium, selen, ogtelluriumDer er fundet forekomster, men omfanget af forekomsterne er ikke særlig stort.
Smeltning af sjældne jordarter
· Der er to metoder tilsjældne jordartersmeltning, hydrometallurgi og pyrometallurgi.
Hele processen med hydrometallurgi af sjældne jordarter og kemisk metallurgi foregår hovedsageligt i opløsning og opløsningsmiddel, såsom nedbrydning af sjældne jordarters koncentrat, separation og ekstraktion afsjældne jordartsoxider, forbindelser og enkelte sjældne jordarters metaller, der anvender kemiske separationsprocesser såsom udfældning, krystallisation, oxidation-reduktion, solventekstraktion og ionbytning. Den mest almindeligt anvendte metode er organisk solventekstraktion, som er en universel proces til industriel separation af enkelte sjældne jordarters metaller med høj renhed. Hydrometallurgiprocessen er kompleks, og produktets renhed er høj. Denne metode har en bred vifte af anvendelser i produktionen af færdige produkter.
Den pyrometallurgiske proces er enkel og har høj produktivitet.Sjælden jordartPyrometallurgi omfatter hovedsageligt produktion afsjældne jordartslegeringerved silikotermisk reduktionsmetode, produktion af sjældne jordartsmetaller eller legeringer ved smeltet saltelektrolysemetode og produktion afsjældne jordartslegeringerved termisk reduktionsmetode til metal osv.
Det fælles kendetegn ved pyrometallurgi er produktion under høje temperaturforhold.
Produktionsproces for sjældne jordarter
·Sjælden jordartkarbonat ogklorid af sjældne jordarterer de to vigtigste primære produkter isjældne jordarterindustrien. Generelt set er der i øjeblikket to hovedprocesser til fremstilling af disse to produkter. Den ene proces er ristningsprocessen med koncentreret svovlsyre, og den anden proces kaldes kaustisk sodaproces, forkortet som kaustisk sodaproces.
·Udover at være til stede i forskellige sjældne jordarters mineraler, er en betydelig del afsjældne jordarters elementerI naturen sameksisterer de med apatit- og fosfatmineraler. De samlede reserver af fosfatmalm i verden er cirka 100 milliarder tons, med et gennemsnitsjældne jordarterindhold på 0,5 ‰. Det anslås, at den samlede mængde afsjældne jordarterforbundet med fosfatmalm i verden er 50 millioner tons. Som reaktion på de lavesjældne jordarterindhold og status for særlige forekomster i miner, er forskellige udvindingsprocesser blevet undersøgt både nationalt og internationalt, som kan opdeles i våde og termiske metoder. I våde metoder kan de opdeles i salpetersyremetoden, saltsyremetoden og svovlsyremetoden i henhold til de forskellige nedbrydningssyrer. Der er forskellige måder at udvinde sjældne jordarter fra fosforkemiske processer, som alle er tæt forbundet med forarbejdningsmetoderne for fosfatmalm. Under den termiske produktionsproces, densjældne jordarterGenopretningsraten kan nå op på 60 %.
Med den fortsatte udnyttelse af fosfatressourcer og skiftet mod udvikling af fosfat af lav kvalitet er svovlsyre-vådprocessen med fosforsyre blevet den almindelige metode i den fosfatkemiske industri, og genvindingen afsjældne jordarters elementerI vådprocessen af svovlsyre er fosforsyre blevet et hotspot for forskning. I produktionsprocessen af svovlsyre ved vådprocessen af fosforsyre har processen med at kontrollere berigelsen af sjældne jordarter i fosforsyre og derefter bruge organisk opløsningsmiddelekstraktion til at udvinde sjældne jordarter flere fordele end tidligt udviklede metoder.
Processen med at udvinde sjældne jordarter
Svovlsyreopløselighed
Terbiumgruppe (let opløselig i sulfatkomplekssalte) -samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, ogholmium;
Yttriumgruppe (opløselig i sulfatkomplekssalte) –yttrium, erbium, thulium, ytterbium,lutetium, ogscandium.
Ekstraktionsseparation
Lyssjældne jordarter(P204 ekstraktion med svag syre) –lanthan,cerium, praseodym,neodymog promethium;
Mellem sjældne jordarter (P204 ekstraktion med lav surhedsgrad) -samarium,europium,gadolinium,terbium,dysprosium;
Tungsjældne jordarterelementer(syreudvinding i P204) -holmium,
Introduktion til ekstraktionsprocessen
I færd med at adskillesjældne jordarters elementer,på grund af de ekstremt ensartede fysiske og kemiske egenskaber ved 17 grundstoffer, samt mængden af ledsagende urenheder isjældne jordarters elementer, ekstraktionsprocessen er relativt kompleks og almindeligt anvendt.
Der er tre typer ekstraktionsprocesser: trin-for-trin-metoden, ionbytning og solventekstraktion.
Trin-for-trin metode
Metoden til separation og rensning, der bruger forskellen i opløselighed af forbindelser i opløsningsmidler, kaldes trin-for-trin-metoden. Frayttrium(Y) tillutetium(Lu), en enkelt adskillelse mellem alt naturligt forekommendesjældne jordarters elementer, inklusive radium opdaget af Curie-parret,
De adskilles alle ved hjælp af denne metode. Fremgangsmåden ved denne metode er relativt kompleks, og den enkelte separation af alle sjældne jordarter tog over 100 år, hvor én separation og gentagne operationer nåede 20.000 gange. For kemiske arbejdere er deres arbejde
Styrken er relativt høj, og processen er relativt kompleks. Derfor kan man ikke producere en eneste sjælden jordart i store mængder ved hjælp af denne metode.
Ionbytning
Forskningsarbejdet på sjældne jordarter er blevet hæmmet af manglende evne til at producere en enkeltsjældent jordelementi store mængder gennem trinvise metoder. For at analyseresjældne jordarters elementerindeholdt i nukleare fissionsprodukter og fjerner de sjældne jordarter fra uran og thorium, blev ionbytningskromatografi (ionbytningskromatografi) med succes undersøgt, som derefter blev brugt til separation afsjældent jordelements. Fordelen ved ionbytningsmetoden er, at flere elementer kan separeres i én operation. Og den kan også opnå produkter med høj renhed. Ulempen er imidlertid, at den ikke kan behandles kontinuerligt, med en lang driftscyklus og høje omkostninger til harpiksregenerering og -udveksling. Derfor er denne engang primære metode til at separere store mængder sjældne jordarter blevet trukket tilbage fra den almindelige separationsmetoden og erstattet af solventekstraktionsmetoden. På grund af ionbytningskromatografiens enestående egenskaber til at opnå enkeltstående sjældne jordartsprodukter med høj renhed, er det imidlertid i øjeblikket, for at producere enkeltstående produkter med ultrahøj renhed og separere nogle tunge sjældne jordartselementer, også nødvendigt at anvende ionbytningskromatografi til at separere og producere et sjældent jordartsprodukt.
Opløsningsmiddelekstraktion
Metoden til at bruge organiske opløsningsmidler til at ekstrahere og separere det ekstraherede stof fra en ikke-blandbar vandig opløsning kaldes organisk opløsningsmiddelvæske-væske-ekstraktion, forkortet som opløsningsmiddelekstraktion. Det er en masseoverførselsproces, der overfører stoffer fra en flydende fase til en anden. Opløsningsmiddelekstraktionsmetoden er tidligere blevet anvendt inden for petrokemisk, organisk kemi, farmaceutisk kemi og analytisk kemi. I de sidste fyrre år har opløsningsmiddelekstraktion dog på grund af udviklingen af atomenergividenskab og -teknologi samt behovet for produktion af ultrarene stoffer og sjældne grundstoffer gjort store fremskridt i industrier som nuklear brændstofindustri og sjælden metallurgi. Kina har opnået et højt niveau af forskning inden for ekstraktionsteori, syntese og anvendelse af nye ekstraktionsmidler og ekstraktionsprocessen til separation af sjældne jordarter. Sammenlignet med separationsmetoder som gradueret udfældning, gradueret krystallisation og ionbytning har opløsningsmiddelekstraktion en række fordele, såsom god separationseffekt, stor produktionskapacitet, bekvemmelighed for hurtig og kontinuerlig produktion og nem automatisk kontrol. Derfor er det gradvist blevet den vigtigste metode til at separere store mængder afsjældne jordarters.
Rensning af sjældne jordarter
Produktionsråvarer
Sjældne jordmetallerer generelt opdelt i blandede sjældne jordartsmetaller og enkeltmetallersjældne jordartsmetallerSammensætningen af blandetsjældne jordartsmetallerligner den oprindelige sammensætning af sjældne jordarter i malmen, og et enkelt metal er et metal, der er adskilt og raffineret fra hver sjælden jordart. Det er vanskeligt at reduceresjælden jordartsoxids (undtagen oxider afsamarium,europium,, thulium,ytterbium) til et enkelt metal ved hjælp af generelle metallurgiske metoder på grund af deres høje dannelsesvarme og høje stabilitet. Derfor er de almindeligt anvendte råmaterialer til produktion afsjældne jordartsmetallernu til dags er deres klorider og fluorider.
Elektrolyse af smeltet salt
Masseproduktion af blandedesjældne jordartsmetallerI industrien anvendes generelt smeltet saltelektrolysemetode. Der er to elektrolysemetoder: kloridelektrolyse og oxidelektrolyse. Fremstillingsmetoden for en enkeltsjældne jordartsmetallervarierer afhængigt af elementet.samarium,europium,,thulium,ytterbiumer ikke egnede til elektrolytisk fremstilling på grund af deres høje damptryk og fremstilles i stedet ved hjælp af reduktionsdestillationsmetoden. Andre elementer kan fremstilles ved elektrolyse eller termisk reduktion af metal.
Kloridelektrolyse er den mest almindelige metode til fremstilling af metaller, især blandede sjældne jordartsmetaller. Processen er enkel, omkostningseffektiv og kræver minimal investering. Den største ulempe er dog frigivelsen af klorgas, som forurener miljøet. Oxidelektrolyse frigiver ikke skadelige gasser, men omkostningerne er lidt højere. Generelt er dyre enkeltmetallersjældne jordartersåsomneodymogpraseodymproduceres ved hjælp af oxidelektrolyse.
Vakuumreduktionselektrolysemetoden kan kun fremstille generel industriel kvalitetsjældne jordartsmetallerAt forberedesjældne jordartsmetallerMed lave urenheder og høj renhed anvendes generelt vakuumtermisk reduktion. Denne metode kan producere alle enkeltstående sjældne jordartsmetaller, mensamarium,europium,,thulium,ytterbiumkan ikke produceres ved hjælp af denne metode. Redoxpotentialet forsamarium,europium,,thulium,ytterbiumog calcium reducerer kun delvistsjældne jordarterfluorid. Generelt er fremstillingen af disse metaller baseret på principperne om højt damptryk for disse metaller og lavt damptryk forlanthanmetals. Oxiderne af disse firesjældne jordarterer blandet med fragmenter aflanthanmetals og komprimeres til blokke og reduceres i en vakuumovn.Lanthanumer mere aktiv, menssamarium,europium,,thulium,ytterbiumreduceres til guld aflanthanog opsamles ved kondens, hvilket gør det nemt at adskille fra slagge.
Opslagstidspunkt: 7. november 2023