Introduktion til Rare Earth Industry Technology
·Sjælden jord is ikke et metallisk grundstof, men en samlebetegnelse for 15 sjældne jordarters grundstoffer ogyttriumogskandium.Derfor har de 17 sjældne jordarters grundstoffer og deres forskellige forbindelser forskellige anvendelser, lige fra chlorider med en renhed på 46 % til enkelte sjældne jordarters oxider ogsjældne jordarters metallermed en renhed på 99,9999%.Med tilsætning af relaterede forbindelser og blandinger er der utallige sjældne jordarters produkter.Så,sjælden jordteknologien er også forskellig baseret på forskellene mellem disse 17 elementer.Men på grund af det faktum, at sjældne jordarters grundstoffer kan opdeles i cerium ogyttriumgrupper baseret på mineralegenskaber, minedrift, smeltning og separationsprocesser af sjældne jordarters mineraler er også relativt forenede.Fra den indledende malmudvinding vil separationsmetoder, smelteprocesser, udvindingsmetoder og rensningsprocesser af sjældne jordarter blive introduceret én efter én.
Mineralbehandling af sjældne jordarter
·Mineralbearbejdning er en mekanisk forarbejdningsproces, der udnytter forskellene i fysiske og kemiske egenskaber mellem forskellige mineraler, der udgør malmen, anvender forskellige beneficieringsmetoder, processer og udstyr til at berige nyttige mineraler i malmen, fjerne skadelige urenheder og adskille dem fra gangmineraler.
·Isjælden jordmalme udvundet på verdensplan, indholdet afsjældne jordarters oxiderer kun et par procent, og nogle endnu lavere.For at opfylde produktionskravene til smeltning,sjælden jordmineraler adskilles fra gang-mineraler og andre nyttige mineraler gennem beneficering før smeltning, for at øge indholdet af sjældne jordarters oxider og opnå sjældne jordarters koncentrater, der kan opfylde kravene til sjældne jordarters metallurgi.Beneficieringen af sjældne jordmalme vedtager generelt flotationsmetoden, ofte suppleret med flere kombinationer af tyngdekraft og magnetisk separation for at danne en beneficieringsprocesstrøm.
Detsjælden jordaflejring i Baiyunebo-minen i Indre Mongoliet er en carbonat-bjergart af jerndolomit, hovedsageligt sammensat af ledsagende sjældne jordarters mineraler i jernmalm (udover fluorcarbonceriummalm og monazit er der også flereniobiumogsjælden jordmineraler).
Den udvundne malm indeholder omkring 30 % jern og omkring 5 % oxider af sjældne jordarter. Efter at have knust den store malm i minen, transporteres den med tog til Baotou Iron and Steel Group Company's forædlingsanlæg.Beneficiationsanlæggets opgave er at øgeFe2O3fra 33 % til over 55 %, først formaling og sortering på en konisk kuglemølle og derefter vælge et primært jernkoncentrat på 62-65 % Fe2O3 (jernoxid) ved hjælp af en cylindrisk magnetisk separator.Affaldet fortsætter med at gennemgå flotation og magnetisk separation for at opnå et sekundært jernkoncentrat indeholdende mere end 45 %Fe2O3(jernoxid).Sjældne jordarter er beriget med flotationsskum med en karakter på 10-15%.Koncentratet kan vælges ved hjælp af et rystebord for at fremstille et groft koncentrat med et REO-indhold på 30%.Efter at være blevet oparbejdet af beneficieringsudstyr, kan et sjældent jordarters koncentrat med et REO-indhold på over 60% opnås.
Nedbrydningsmetode af sjældne jordarters koncentrat
·Sjælden jordgrundstoffer i koncentrater findes generelt i form af uopløselige carbonater, fluorider, fosfater, oxider eller silikater.Sjældne jordarters grundstoffer skal omdannes til forbindelser, der er opløselige i vand eller uorganiske syrer gennem forskellige kemiske ændringer, og derefter gennemgå processer såsom opløsning, separation, oprensning, koncentrering eller kalcinering for at producere forskellige blandedesjælden jordforbindelser såsom blandede sjældne jordarters chlorider, der kan bruges som produkter eller råmaterialer til adskillelse af enkelte sjældne jordarters grundstoffer.Denne proces kaldessjælden jordnedbrydning af koncentrat, også kendt som forbehandling.
·Der er mange metoder til nedbrydningsjælden jordkoncentrater, som generelt kan opdeles i tre kategorier: syremetode, alkalimetode og kloreringsnedbrydning.Syrespaltning kan yderligere opdeles i saltsyrenedbrydning, svovlsyrenedbrydning og flussyrenedbrydning.Alkali-nedbrydning kan yderligere opdeles i natriumhydroxidnedbrydning, natriumhydroxidsmeltning eller soda-ristningsmetoder.Det passende procesflow vælges generelt ud fra principperne om koncentrattype, kvalitetskarakteristika, produktplan, bekvemmelighed for genvinding og omfattende udnyttelse af ikke-sjældne jordarters elementer, fordel for arbejdshygiejne og miljøbeskyttelse og økonomisk rationalitet.
·Selvom der er blevet opdaget næsten 200 sjældne og spredte grundstoffer, er de ikke blevet beriget til selvstændige forekomster med industriel minedrift på grund af deres sjældenhed.Indtil videre kun sjældne uafhængigegermanium, selen, ogtelluraflejringer er blevet opdaget, men omfanget af aflejringerne er ikke særlig stort.
Smeltning af sjældne jordarter
·Der er to metoder tilsjælden jordsmeltning, hydrometallurgi og pyrometallurgi.
·Hele processen med sjældne jordarters hydrometallurgi og metalkemisk metallurgi er for det meste i opløsning og opløsningsmiddel, såsom nedbrydning af sjældne jordarters koncentrat, separation og ekstraktion afsjældne jordarters oxider, forbindelser og enkelte sjældne jordarters metaller, som anvender kemiske separationsprocesser såsom udfældning, krystallisation, oxidation-reduktion, opløsningsmiddelekstraktion og ionbytning.Den mest almindeligt anvendte metode er ekstraktion af organisk opløsningsmiddel, som er en universel proces til industriel adskillelse af højrent enkelt sjældne jordarters grundstoffer.Hydrometallurgiprocessen er kompleks, og produktets renhed er høj.Denne metode har en bred vifte af anvendelser til fremstilling af færdige produkter.
Den pyrometallurgiske proces er enkel og har høj produktivitet.Sjælden jordpyrometallurgi omfatter hovedsageligt produktion afsjældne jordarters legeringerved silikotermisk reduktionsmetode, fremstilling af sjældne jordarters metaller eller legeringer ved smeltet saltelektrolysemetode og fremstilling afsjældne jordarters legeringerved metal termisk reduktionsmetode osv.
Det fælles kendetegn ved pyrometallurgi er produktion under høje temperaturforhold.
Produktionsproces for sjældne jordarter
·Sjælden jordkarbonat ogsjældne jordarters klorider de to vigtigste primære produkter isjælden jordindustri.Generelt er der i øjeblikket to hovedprocesser til fremstilling af disse to produkter.Den ene proces er den koncentrerede svovlsyreristeproces, og den anden proces kaldes kaustisk sodaprocessen, forkortet som kaustisk sodaprocessen.
·Ud over at være til stede i forskellige sjældne jordarters mineraler, er en betydelig del afsjældne jordarters grundstofferi naturen sameksisterer med apatit og fosfat stenmineraler.De samlede reserver af verdens fosfatmalm er cirka 100 milliarder tons, med et gennemsnitsjælden jordindhold på 0,5 ‰.Det anslås, at det samlede beløb påsjælden jordforbundet med fosfatmalm i verden er 50 millioner tons.Som svar på egenskaberne ved lavsjælden jordindhold og særlig forekomststatus i miner, er der både nationalt og internationalt undersøgt forskellige indvindingsprocesser, som kan opdeles i våde og termiske metoder.I våde metoder kan de opdeles i salpetersyremetode, saltsyremetode og svovlsyremetode i henhold til de forskellige nedbrydningssyrer.Der er forskellige måder at genvinde sjældne jordarter fra fosforkemiske processer, som alle er tæt forbundet med forarbejdningsmetoderne for fosfatmalm.Under den termiske produktionsproces vilsjælden jordgenvindingsgraden kan nå op på 60%.
Med den kontinuerlige udnyttelse af fosfatstensressourcer og skiftet i retning af udvikling af fosfatsten af lav kvalitet er svovlsyrevådprocessen fosforsyreproces blevet den almindelige metode i fosfatkemisk industri og genvinding afsjældne jordarters grundstofferi svovlsyre våd proces phosphorsyre er blevet et forsknings-hotspot.I produktionsprocessen af svovlsyre-vådproces-phosphorsyre 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.
Udvindingsproces for sjældne jordarter
Svovlsyre opløselighed
Terbiumgruppe (lidt opløselig i sulfatkomplekssalte) -samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, ogholmium;
Yttriumgruppe (opløselig i sulfatkomplekssalte) -yttrium, erbium, thulium, ytterbium,lutetium, ogskandium.
Ekstraktionsseparation
Lyssjælden jord(P204 ekstraktion med svag surhedsgrad) –lanthan,cerium, praseodym,neodymog promethium;
Mellem sjældne jordarter (P204 lav surhedsgrad ekstraktion)-samarium,europium,gadolinium,terbium,dysprosium;
Tungsjælden jordelementer(syreekstraktion i P204) -holmium,
Introduktion til ekstraktionsproces
I gang med adskillelsesjældne jordarters grundstoffer,på grund af de ekstremt ens fysiske og kemiske egenskaber af 17 grundstoffer, samt overfloden af ledsagende urenheder isjældne jordarters grundstoffer, er ekstraktionsprocessen relativt kompleks og almindeligt anvendt.
Der er tre typer ekstraktionsprocesser: trin-for-trin metode, ionbytning og opløsningsmiddelekstraktion.
Trin-for-trin metode
Metoden til adskillelse og oprensning ved hjælp af forskellen i opløselighed af forbindelser i opløsningsmidler kaldes trin-for-trin-metoden.Frayttrium(Y) tillutetium(Lu), en enkelt adskillelse mellem alle naturligt forekommendesjældne jordarters grundstofferinklusive radium opdaget af Curie-parret,
De er alle adskilt ved hjælp af denne metode.Driftsproceduren for denne metode er relativt kompleks, og den enkelte adskillelse af alle sjældne jordarters elementer tog over 100 år, med en adskillelse og gentagen operation nåede 20.000 gange.For kemiarbejdere, deres arbejde
Styrken er relativt høj, og processen er relativt kompleks.Derfor kan denne metode ikke producere en enkelt sjælden jordart i store mængder.
Ionbytning
Forskningsarbejdet på sjældne jordarters grundstoffer er blevet hindret af manglende evne til at producere en enkeltsjældne jordarters elementi store mængder gennem trinvise metoder.For at analyseresjældne jordarters grundstofferindeholdt i nukleare fissionsprodukter og fjerner de sjældne jordarters grundstoffer fra uran og thorium, blev ionbytterkromatografi (ionbytterkromatografi) med succes undersøgt, som derefter blev brugt til adskillelse afsjældne jordarters elements.Fordelen ved ionbytningsmetoden er, at flere elementer kan adskilles i én operation.Og det kan også få produkter med høj renhed.Ulempen er dog, at den ikke kan behandles kontinuerligt, med en lang driftscyklus og høje omkostninger til harpiksregenerering og -udskiftning.Derfor er dette, når hovedmetoden til adskillelse af store mængder sjældne jordarter er blevet trukket tilbage fra mainstream-separationsmetoden og erstattet af opløsningsmiddelekstraktionsmetoden.Men på grund af de fremragende egenskaber ved ionbytningskromatografi til opnåelse af enkelt sjældne jordarters produkter med høj renhed, er det i øjeblikket også nødvendigt at bruge ionbytterkromatografi for at producere enkeltprodukter med ultrahøj renhed og adskille nogle tunge sjældne jordarters grundstoffer. at adskille og producere et sjældent jordart produkt.
Opløsningsmiddelekstraktion
Metoden til at bruge organiske opløsningsmidler til at ekstrahere og separere det ekstraherede stof fra en ublandbar vandig opløsning kaldes organisk opløsningsmiddel væske-væske ekstraktion, forkortet som opløsningsmiddelekstraktion.Det er en masseoverførselsproces, der overfører stoffer fra en væskefase til en anden.Opløsningsmiddelekstraktionsmetoden er blevet anvendt tidligere i petrokemisk, organisk kemi, farmaceutisk kemi og analytisk kemi.Men i de sidste fyrre år, på grund af udviklingen af atomenergividenskab og -teknologi, samt behovet for produktion af ultrarene stoffer og sjældne grundstoffer, har opløsningsmiddeludvinding gjort store fremskridt i industrier som nuklear brændselsindustri 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 jordarters grundstoffer.Sammenlignet med separationsmetoder som graderet udfældning, graderet krystallisation og ionbytning har opløsningsmiddelekstraktion en række fordele såsom god separationseffekt, stor produktionskapacitet, bekvemmelighed for hurtig og kontinuerlig produktion og let at opnå automatisk kontrol.Derfor er det efterhånden blevet hovedmetoden til at adskille store mængder afsjælden jords.
Oprensning af sjældne jordarter
Produktion af råvarer
Sjældne jordarters metallerer generelt opdelt i blandede sjældne jordarters metaller og enkeltsjældne jordarters metaller.Sammensætningen af blandetsjældne jordarters metallerligner den oprindelige sjældne jordarters sammensætning i malmen, og et enkelt metal er et metal, der er adskilt og raffineret fra hver sjældne jordart.Det er svært at reduceresjældne jordarters oxids (undtagen oxider afsamarium,europium,, thulium,ytterbium) til et enkelt metal ved anvendelse af generelle metallurgiske metoder på grund af deres høje dannelsesvarme og høje stabilitet.Derfor er de almindeligt anvendte råvarer til produktion afsjældne jordarters metalleri dag er deres chlorider og fluorider.
Elektrolyse af smeltet salt
Masseproduktion af blandetsjældne jordarters metalleri industrien bruger generelt elektrolysemetoden med smeltet salt.Der er to metoder til elektrolyse: kloridelektrolyse og oxidelektrolyse.Forberedelsesmetoden af en enkeltsjældne jordarters metallervarierer afhængigt af elementet.samarium,europium,,thulium,ytterbiumer ikke egnede til elektrolytisk fremstilling på grund af deres høje damptryk, og er i stedet fremstillet ved hjælp af reduktionsdestillationsmetode.Andre elementer kan fremstilles ved elektrolyse eller metal termisk reduktionsmetode.
Kloridelektrolyse er den mest almindelige metode til fremstilling af metaller, især for blandede sjældne jordarters metaller.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, høj pris singlesjældne jordartersåsomneodymogpraseodymfremstilles ved hjælp af oxidelektrolyse.
Vakuumreduktionselektrolysemetoden kan kun fremstille generel industriel kvalitetsjældne jordarters metaller.At forberedesjældne jordarters metallermed lave urenheder og høj renhed anvendes generelt vakuum termisk reduktionsmetode.Denne metode kan producere alle enkelte sjældne jordarters metaller, mensamarium,europium,,thulium,ytterbiumkan ikke fremstilles ved hjælp af denne metode.Redox-potentialet vedsamarium,europium,,thulium,ytterbiumog calcium reducerer kun delvistsjælden jordfluorid.Generelt er fremstillingen af disse metaller baseret på principperne om højt damptryk af disse metaller og lavt damptryk af disse metaller.lanthan metals.Oxiderne af disse firesjældne jordarterblandes med fragmenter aflanthan metals og komprimeret til blokke og reduceret i en vakuumovn.Lanthanumer mere aktiv, menssamarium,europium,,thulium,ytterbiumreduceres til guld vedlanthanog opsamles ved kondens, hvilket gør det nemt at adskille fra slagger.
Indlægstid: 07. nov. 2023