Sissejuhatus haruldaste muldmetallide tööstustehnoloogiasse
·Haruldased muldmetallid iei ole metalliline element, vaid 15 haruldase muldmetalli üldnimetusütriumjaskandiumSeega on 17 haruldasel muldmetallil ja nende erinevatel ühenditel mitmesuguseid kasutusvõimalusi, alates 46% puhtusastmega kloriididest kuni üksikute haruldaste muldmetallide oksiidideni jaharuldased muldmetallidpuhtusega 99,9999%. Seotud ühendite ja segude lisamisega on lugematu arv haruldaste muldmetallide tooteid. Seega,haruldane muldtehnoloogia on samuti mitmekesine, tuginedes nende 17 elemendi erinevustele. Kuna aga haruldasi muldmetalle saab jagada tseeriumiks jaütriumMineraalide omaduste põhjal rühmitatud haruldaste muldmetallide kaevandamise, sulatamise ja eraldamise protsessid on samuti suhteliselt ühtsed. Alustades esialgsest maagi kaevandamisest, tutvustatakse ükshaaval haruldaste muldmetallide eraldamismeetodeid, sulatamisprotsesse, ekstraheerimismeetodeid ja puhastusprotsesse.
Haruldaste muldmetallide mineraalne töötlemine
· Maavarade töötlemine on mehaaniline töötlemisprotsess, mis kasutab ära maagi moodustavate erinevate mineraalide füüsikaliste ja keemiliste omaduste erinevusi, rakendab erinevaid rikastamismeetodeid, protsesse ja seadmeid maagi kasulike mineraalide rikastamiseks, kahjulike lisandite eemaldamiseks ja aherainetest eraldamiseks.
·Sisseharuldane muldkogu maailmas kaevandatud maagid, mille sisuharuldaste muldmetallide oksiididon vaid paar protsenti ja mõned isegi madalamad. Sulatamise tootmisnõuete täitmiseksharuldane muldHaruldaste muldmetallide maakide rikastamiseks eraldatakse mineraalid aherainest ja muudest kasulikest mineraalidest enne sulatamist rikastamise teel, et suurendada haruldaste muldmetallide oksiidide sisaldust ja saada haruldaste muldmetallide kontsentraate, mis vastavad haruldaste muldmetallide metallurgia nõuetele. Haruldaste muldmetallide maakide rikastamisel kasutatakse tavaliselt flotatsioonimeetodit, mida sageli täiendatakse gravitatsiooni ja magnetilise eraldamise mitmekordsete kombinatsioonidega, et moodustada rikastusprotsessi voog.
Seeharuldane muldSise-Mongoolias asuva Baiyunebo kaevanduse maardla on karbonaatkivimi tüüpi rauddolomiidi leiukoht, mis koosneb peamiselt rauamaagis esinevatest haruldastest muldmetallidest (lisaks fluorosüsiniku tseeriumimaagile ja monasiidile on ka mitunioobiumjaharuldane muldmineraalid).
Kaevandatud maak sisaldab umbes 30% rauda ja umbes 5% haruldaste muldmetallide oksiide. Pärast suure maagi purustamist kaevanduses transporditakse see rongiga Baotou Iron and Steel Group Company rikastustehasesse. Rikastustehase ülesanne on suurendadaFe2O333%-lt üle 55%-ni, jahvatades ja sorteerides esmalt koonilisel kuulveskil ning valides seejärel primaarse rauakontsentraadi, mis sisaldab 62–65% Fe2O3 (raudoksiid) silindrilise magnetseparaatori abil. Jäägid jätkavad flotatsiooni ja magnetseparatsiooni, et saada sekundaarne rauakontsentraat, mis sisaldab üle 45%Fe2O3(raudoksiid). Haruldasi muldmetalle rikastatakse flotatsioonivahus, mille fraktsioon on 10–15%. Kontsentraati saab valida loksutuslaua abil, et saada jämedateraline kontsentraat, mille REO sisaldus on 30%. Pärast rikastamisseadmetega ümbertöötlemist on võimalik saada haruldaste muldmetallide kontsentraati, mille REO sisaldus on üle 60%.
Haruldaste muldmetallide kontsentraadi lagunemismeetod
·Haruldased muldmetallidKontsentraatides esinevad elemendid üldiselt lahustumatute karbonaatide, fluoriidide, fosfaatide, oksiidide või silikaatide kujul. Haruldased muldmetallid tuleb mitmesuguste keemiliste muutuste abil muuta vees või anorgaanilistes hapetes lahustuvateks ühenditeks ning seejärel läbida sellised protsessid nagu lahustamine, eraldamine, puhastamine, kontsentreerimine või kaltsineerimine, et saada erinevaid segatud elemente.haruldane muldühendid, näiteks haruldaste muldmetallide segakloriidid, mida saab kasutada toodete või toorainena üksikute haruldaste muldmetallide eraldamiseks. Seda protsessi nimetatakseharuldane muldkontsentraadi lagunemine, tuntud ka kui eeltöötlus.
· Lagundamiseks on palju meetodeidharuldane muldkontsentraadid, mida saab üldiselt jagada kolme kategooriasse: happemeetod, leelisemeetod ja kloorimise teel lagunemine. Happelise lagunemise saab edasi jagada vesinikkloriidhappe lagunemiseks, väävelhappe lagunemiseks ja vesinikfluoriidhappe lagunemiseks. Leeliselise lagunemise saab edasi jagada naatriumhüdroksiidi lagunemiseks, naatriumhüdroksiidi sulatamiseks või soodaga särdamise meetoditeks. Sobiv protsessivoog valitakse üldiselt kontsentraadi tüübi, kvaliteediomaduste, tooteplaani, mitteharuldaste muldmetallide taaskasutamise ja igakülgse kasutamise mugavuse, tööhügieeni ja keskkonnakaitse eeliste ning majandusliku ratsionaalsuse põhimõtete alusel.
·Kuigi on avastatud ligi 200 haruldast ja hajutatud elementide mineraali, pole neid nende harulduse tõttu tööstusliku kaevandamisega iseseisvateks leiukohtadeks rikastatud. Seni on leitud vaid haruldasi iseseisvaid leiukohti.germaanium, seleenjatelluurleiukohti on avastatud, kuid nende ulatus pole kuigi suur.
Haruldaste muldmetallide sulatamine
· Selleks on kaks meetoditharuldane muldsulatamine, hüdrometallurgia ja pürometallurgia.
· Kogu haruldaste muldmetallide hüdrometallurgia ja metallide keemilise metallurgia protsess, näiteks haruldaste muldmetallide kontsentraadi lagundamine, eraldamine ja ekstraheerimine, toimub enamasti lahuses ja lahustis.haruldaste muldmetallide oksiidid, ühendid ja üksikud haruldased muldmetallid, mille puhul kasutatakse keemilisi eraldusprotsesse, nagu sadestamine, kristalliseerimine, oksüdeerimine-redutseerimine, lahustiekstraktsiooni ja ioonvahetus. Kõige sagedamini kasutatav meetod on orgaaniline lahustiekstraktsiooni, mis on universaalne protsess kõrge puhtusastmega üksikute haruldaste muldmetallide tööstuslikuks eraldamiseks. Hüdrometallurgiaprotsess on keeruline ja toote puhtusaste on kõrge. Sellel meetodil on lai valik rakendusi valmistoodete tootmisel.
Pürometallurgiline protsess on lihtne ja kõrge tootlikkusega.Haruldased muldmetallidPürometallurgia hõlmab peamiselt tootmistharuldaste muldmetallide sulamidsilikotermilise redutseerimise meetodil, haruldaste muldmetallide või sulamite tootmine sulatatud soola elektrolüüsi meetodil ja tootmineharuldaste muldmetallide sulamidmetalli termilise redutseerimise meetodil jne.
Pürometallurgia ühine omadus on tootmine kõrgel temperatuuril.
Haruldaste muldmetallide tootmisprotsess
·Haruldased muldmetallidkarbonaat jaharuldaste muldmetallide kloriidon kaks peamist toodetharuldane muldtööstus. Üldiselt on nende kahe toote tootmiseks praegu kaks peamist protsessi. Üks protsess on kontsentreeritud väävelhappega röstimisprotsess ja teist protsessi nimetatakse naatriumhüdroksiidi protsessiks, lühendatult naatriumhüdroksiidi protsess.
·Lisaks esinemisele erinevates haruldaste muldmetallide mineraalides on märkimisväärne osaharuldaste muldmetallide elemendidlooduses eksisteerivad koos apatiidi ja fosfaatkivimite mineraalidega. Maailma fosfaatmaagi koguvarud on ligikaudu 100 miljardit tonni, keskmisegaharuldane muldsisaldus 0,5 ‰. Hinnanguliselt on koguhulkharuldane muldfosfaatmaagiga seotud kogus maailmas on 50 miljonit tonni. Vastuseks madalatele omadusteleharuldane muldKaevandustes esineva sisalduse ja erilise esinemise staatuse tõttu on nii riigisiseselt kui ka rahvusvaheliselt uuritud mitmesuguseid taaskasutusprotsesse, mida saab jagada märg- ja termilisteks meetoditeks. Märgmeetodid saab vastavalt erinevatele lagunemishapetele jagada lämmastikhappe meetodiks, vesinikkloriidhappe meetodiks ja väävelhappe meetodiks. Haruldaste muldmetallide taaskasutamiseks fosfori keemilistest protsessidest on mitmeid viise, mis kõik on tihedalt seotud fosfaatmaagi töötlemismeetoditega. Termilise tootmisprotsessi käigusharuldane muldtaastumismäär võib ulatuda 60%-ni.
Fosfaatkivimi ressursside pideva kasutamise ja madala kvaliteediga fosfaatkivimi arendamise suunas liikumise tõttu on väävelhappe märgprotsessist fosforhappe protsess saanud fosfaatkeemiatööstuses peamiseks meetodiks ning selle taaskasutamineharuldaste muldmetallide elemendidVäävelhappe märgprotsessis on fosforhape muutunud uurimisvaldkonnaks. Väävelhappe märgprotsessis fosforhappe tootmisprotsessis on haruldaste muldmetallide rikastamise kontrollimine fosforhappes ja seejärel orgaanilise lahustiga ekstraheerimine haruldaste muldmetallide eraldamiseks rohkem eeliseid kui varem väljatöötatud meetodid.
Haruldaste muldmetallide ekstraheerimise protsess
Väävelhappe lahustuvus
Tseeriumrühm (lahustumatu sulfaatkomplekssoolades) –lantaan, tseerium praseodüüm, neodüümja promeetium;
Terbiumrühm (sulfaatkomplekssoolades kergelt lahustuv) -samaarium, euroopium, gadoliinium, terbium, düsproosiumjaholmium;
Ütriumrühm (lahustub sulfaatkomplekssoolades) –ütrium, erbium tuulium, ütterbium,luteetsiumjaskandium.
Ekstraheerimine ja eraldamine
Valgusharuldane muld(P204 nõrga happesusega ekstraheerimine) –lantaan,tseerium praseodüüm,neodüümja promeetium;
Keskmised haruldased muldmetallid (madala happesusega P204 ekstraheerimine)samaarium,euroopium,gadoliinium,terbium,düsproosium;
Raskeharuldane muldelemendid(happesuse ekstraheerimine P204-s) -holmium,
Sissejuhatus ekstraheerimisprotsessi
Eraldamise protsessisharuldased muldmetallid,17 elemendi äärmiselt sarnaste füüsikaliste ja keemiliste omaduste ning kaasnevate lisandite rohkuse tõttuharuldaste muldmetallide elemendid, on ekstraheerimisprotsess suhteliselt keeruline ja seda kasutatakse laialdaselt.
Ekstraheerimisprotsesse on kolme tüüpi: samm-sammult meetod, ioonvahetusmeetod ja lahustiekstraktsioon.
Samm-sammult meetod
Ühendite lahustites lahustuvuse erinevust kasutavat eraldus- ja puhastamismeetodit nimetatakse samm-sammult meetodiks. Alatesütrium(Y) kuniluteetsium(Lu), üks eraldus kõigi looduslikult esinevateharuldaste muldmetallide elemendid, sealhulgas Curie paari avastatud raadium,
Need kõik eraldatakse selle meetodi abil. Selle meetodi tööprotseduur on suhteliselt keeruline ja kõigi haruldaste muldmetallide ühekordne eraldamine võttis üle 100 aasta, kusjuures üks eraldamine ja korduv toiming ulatus 20 000 korrani. Keemiatöötajate jaoks on nende töö
Tugevus on suhteliselt kõrge ja protsess suhteliselt keeruline. Seetõttu ei saa selle meetodi abil toota ühtegi haruldast muldmetalli suurtes kogustes.
Ioonvahetus
Haruldaste muldmetallide uurimistööd on takistanud suutmatus toota ühte kindlatharuldaste muldmetallide elementsuurtes kogustes samm-sammult meetodite abil. Selle analüüsimiseksharuldaste muldmetallide elemendidsisalduvates tuumalõhustumisproduktides ja eemaldada uraanist ja tooriumist haruldasi muldmetalle, uuriti edukalt ioonvahetuskromatograafiat (ioonvahetuskromatograafia), mida seejärel kasutati eraldamiseksharuldaste muldmetallide elements. Ioonvahetusmeetodi eeliseks on see, et ühe operatsiooniga saab eraldada mitu elementi. Ja see võimaldab saada ka kõrge puhtusastmega tooteid. Puuduseks on aga see, et seda ei saa pidevalt töödelda, pika töötsükli ja vaigu regenereerimise ja vahetamise kõrgete kuludega. Seetõttu on see kunagine peamine meetod suurte koguste haruldaste muldmetallide eraldamiseks tavapärasest eraldusmeetodist välja jäetud ja asendatud lahustiekstraktsioonimeetodiga. Kuid kuna ioonvahetuskromatograafial on suurepärased omadused kõrge puhtusastmega üksikute haruldaste muldmetallide saaduste saamisel, on praegu ülikõrge puhtusastmega üksikute saaduste tootmiseks ja mõnede raskete haruldaste muldmetallide eraldamiseks vaja kasutada ka ioonvahetuskromatograafiat haruldaste muldmetallide saaduste eraldamiseks ja tootmiseks.
Lahustiekstraktsiooni
Meetodit, kus orgaanilisi lahusteid kasutatakse ekstraheeritud aine ekstraheerimiseks ja eraldamiseks segunematust vesilahusest, nimetatakse orgaanilise lahusti vedelik-vedelik ekstraheerimiseks, lühendatult solvent ekstraktsiooniks. See on massiülekande protsess, mille käigus kantakse aineid ühest vedelast faasist teise. Solvent ekstraktsiooni meetodit on varem rakendatud naftakeemias, orgaanilises keemias, farmaatsiakeemias ja analüütilises keemias. Viimase neljakümne aasta jooksul on aga aatomienergia teaduse ja tehnoloogia arengu ning ülipuhaste ainete ja haruldaste elementide tootmise vajaduse tõttu solvent ekstraktsioon teinud suuri edusamme sellistes tööstusharudes nagu tuumakütuse tööstus ja haruldaste muldmetallide tootmine. Hiina on saavutanud kõrgetasemelise uurimistöö ekstraheerimisteooria, uute ekstraktantide sünteesi ja rakendamise ning haruldaste muldmetallide eraldamise ekstraheerimisprotsessi valdkonnas. Võrreldes selliste eraldusmeetoditega nagu astmeline sadestamine, astmeline kristalliseerimine ja ioonvahetus, on solvent ekstraktsioonil mitmeid eeliseid, nagu hea eraldusvõime, suur tootmisvõimsus, mugavus kiireks ja pidevaks tootmiseks ning lihtne automaatse juhtimise saavutamine. Seetõttu on see järk-järgult muutunud peamiseks meetodiks suurte koguste eraldamiseks.haruldane mulds.
Haruldaste muldmetallide puhastamine
Tootmise toorained
Haruldased muldmetallidjagunevad üldiselt segatud haruldasteks muldmetallideks ja üksikuteksharuldased muldmetallidSegatud koostisharuldased muldmetallidon sarnane maagi algse haruldaste muldmetallide koostisega ja üks metall on igast haruldasest muldmetallist eraldatud ja rafineeritud metall. Seda on raske taandadaharuldaste muldmetallide oksiids (välja arvatud oksiididsamaarium,euroopium,, tuulium,ütterbium) üheks metalliks üldiste metallurgiliste meetodite abil, tänu nende kõrgele moodustumissoojusele ja kõrgele stabiilsusele. Seetõttu on nende tootmiseks tavaliselt kasutatavad toorainedharuldased muldmetallidTänapäeval on nende kloriidid ja fluoriidid.
Sula soola elektrolüüs
Segatud massitootmineharuldased muldmetallidtööstuses kasutatakse üldiselt sulatatud soola elektrolüüsi meetodit. Elektrolüüsil on kaks meetodit: kloriidelektrolüüs ja oksiidelektrolüüs. Üksiku elektrolüüsi valmistamise meetodharuldased muldmetallidvarieerub olenevalt elemendist.samaarium,euroopium,,tuulium,ütterbiumei sobi elektrolüütiliseks valmistamiseks oma kõrge aururõhu tõttu ja neid valmistatakse redutseeriva destillatsiooni meetodil. Teisi elemente saab valmistada elektrolüüsi või metalli termilise redutseerimise meetodil.
Kloriidelektrolüüs on metallide, eriti haruldaste muldmetallide segatootmise kõige levinum meetod. Protsess on lihtne, kulutõhus ja nõuab minimaalseid investeeringuid. Suurim puudus on aga kloorgaasi eraldumine, mis saastab keskkonda. Oksiidelektrolüüs ei eralda kahjulikke gaase, kuid maksumus on veidi kõrgem. Üldiselt on kallimad üksikmaterjalidharuldased muldmetallidnäiteksneodüümjapraseodüümNeid toodetakse oksiidelektrolüüsi abil.
Vaakumreduktsiooni elektrolüüsi meetodil saab valmistada ainult üldist tööstuslikku puhtusastetharuldased muldmetallidEttevalmistamiseksharuldased muldmetallidMadala lisandite sisaldusega ja kõrge puhtusastmega kasutatakse üldiselt vaakumtermilise redutseerimise meetodit. Selle meetodiga saab toota kõiki haruldasi muldmetalle, kuidsamaarium,euroopium,,tuulium,ütterbiumselle meetodi abil ei saa toota. Redokspotentsiaalsamaarium,euroopium,,tuulium,ütterbiumja kaltsium vähendab ainult osaliseltharuldane muldfluoriid. Üldiselt põhineb nende metallide valmistamine nende metallide kõrge aururõhu ja madala aururõhu põhimõtetel.lantaanmetalls. Nende nelja oksiididharuldased muldmetallidon segatud fragmentidegalantaanmetalls ja pressitakse plokkideks ning redutseeritakse vaakumahjus.Lantaanon aktiivsem, samal ajal kuisamaarium,euroopium,,tuulium,ütterbiumon kullaks taandatudlantaanja koguneb kondensaadile, mistõttu on seda räbust lihtne eraldada.
Postituse aeg: 07.11.2023