Sissejuhatus haruldaste muldmetallide tööstuse tehnoloogiasse
·Haruldased muldmetallid is ei ole metalliline element, vaid koondnimetus 15 haruldase muldmetalli elemendi jaütriumjaskandium.Seetõttu on 17 haruldaste muldmetallide elemendil ja nende erinevatel ühenditel erinevad kasutusalad, alates 46% puhtusega kloriididest kuni üksikute haruldaste muldmetallide oksiidideni jaharuldased muldmetallidpuhtusega 99,9999%.Seotud ühendite ja segude lisamisega on lugematu arv haruldaste muldmetallide tooteid.Niisiis,haruldased muldmetallidtehnoloogia on samuti mitmekesine, lähtudes nende 17 elemendi erinevustest.Kuid tänu sellele, et haruldaste muldmetallide elemendid saab jagada tseeriumiks jaütriummineraalide omadustel põhinevad rühmad, haruldaste muldmetallide kaevandamise, sulatamise ja eraldamise protsessid on samuti suhteliselt ühtsed.Alates esialgsest maagi kaevandamisest tutvustatakse ükshaaval haruldaste muldmetallide eraldusmeetodeid, sulatusprotsesse, ekstraheerimismeetodeid ja puhastusprotsesse.
Haruldaste muldmetallide mineraalne töötlemine
· Mineraalide töötlemine on mehaaniline töötlemisprotsess, mis kasutab ära erinevate maagi moodustavate mineraalide füüsikaliste ja keemiliste omaduste erinevusi, kasutab erinevaid rikastusmeetodeid, protsesse ja seadmeid maagi kasulike mineraalide rikastamiseks, kahjulike lisandite eemaldamiseks ja nende eraldamiseks. soomineraalidest.
· Aastalharuldased muldmetallidmaailmas kaevandatud maagid, mille sisaldusharuldaste muldmetallide oksiididon vaid paar protsenti ja mõned veelgi madalamad.Sulatamise tootmisnõuete täitmiseksharuldased muldmetallidmineraalid eraldatakse enne sulatamist rikastamise teel väetise mineraalidest ja muudest kasulikest mineraalidest, et suurendada haruldaste muldmetallide oksiidide sisaldust ja saada haruldaste muldmetallide kontsentraate, mis vastavad haruldaste muldmetallide metallurgia nõuetele.Haruldaste muldmetallide maakide rikastamisel kasutatakse üldiselt flotatsioonimeetodit, mida sageli täiendavad mitmed gravitatsiooni ja magnetilise eraldamise kombinatsioonid, et moodustada rikastamisprotsessi voog.
Theharuldased muldmetallidmaardla Baiyunebo kaevanduses Sise-Mongoolias on rauddolomiidi karbonaatkivimi tüüpi maardla, mis koosneb peamiselt kaasnevatest rauamaagis leiduvatest haruldastest muldmetallidest (lisaks fluorosüsiniku tseeriumimaagile ja monasiidile on ka mitmeidnioobiumjaharuldased muldmetallidmineraalid).
Ekstraheeritud 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 rikastamistehasesse.Rikastustehase ülesanne on suurendadaFe2O333% kuni üle 55%, esmalt jahvatamine ja sorteerimine koonilisel kuulveskis ning seejärel esmase rauakontsentraadi valimine 62-65% Fe2O3 (raudoksiid), kasutades silindrilist magnetseparaatorit.Aheraine jätkab flotatsiooni ja magneteraldamist, et saada sekundaarne rauakontsentraat, mis sisaldab üle 45%Fe2O3(raudoksiid).Haruldased muldmetallid on rikastatud flotatsioonivahuga, kvaliteediklassiga 10-15%.Kontsentraadi saab valida loksutuslaua abil, et saada jäme kontsentraat REO sisaldusega 30%.Pärast rikastusseadmetega ümbertöötlemist võib saada haruldaste muldmetallide kontsentraati, mille REO sisaldus on üle 60%.
Haruldaste muldmetallide kontsentraadi lagundamise meetod
·Haruldased muldmetallidelemendid kontsentraatides esinevad üldiselt lahustumatute karbonaatide, fluoriidide, fosfaatide, oksiidide või silikaatide kujul.Haruldased muldmetallid tuleb erinevate keemiliste muutuste kaudu muuta vees või anorgaanilistes hapetes lahustuvateks ühenditeks ja seejärel läbida sellised protsessid nagu lahustamine, eraldamine, puhastamine, kontsentreerimine või kaltsineerimine, et saada erinevaid segusid.haruldased muldmetallidühendid, nagu segatud haruldased muldmetallid, mida saab kasutada üksikute haruldaste muldmetallide elementide eraldamiseks toodete või toorainena.Seda protsessi nimetatakseharuldased muldmetallidkontsentraadi lagunemine, tuntud ka kui eeltöötlus.
·Lagundamiseks on palju meetodeidharuldased muldmetallidkontsentraadid, mida saab üldiselt jagada kolme kategooriasse: happemeetod, leeliseline meetod ja kloorimine lagundamine.Happelise lagunemise võib veel jagada vesinikkloriidhappe lagunemiseks, väävelhappe lagunemiseks ja vesinikfluoriidhappe lagunemiseks.Leelise lagunemise võib edasi jagada naatriumhüdroksiidi lagunemise, naatriumhüdroksiidi sulatamise või sooda röstimise meetoditeks.Sobiv protsessivoog valitakse üldiselt kontsentraadi tüübi, kvaliteediomaduste, tooteplaani, muude kui haruldaste muldmetallide elementide taastamise ja igakülgse kasutamise mugavuse, tööhügieeni ja keskkonnakaitse seisukohast kasulikkuse ning majandusliku ratsionaalsuse põhimõtete alusel.
·Kuigi avastatud on ligi 200 haruldast ja hajutatud elemendi mineraali, ei ole neid harulduse tõttu tööstusliku kaevandamisega rikastatud iseseisvateks maardlateks.Seni vaid harvaesinev sõltumatugermaanium, seleenjatelluurmaardlaid on avastatud, kuid maardlate ulatus ei ole kuigi suur.
Haruldaste muldmetallide sulatamine
·On kaks meetoditharuldased muldmetallidsulatus, hüdrometallurgia ja pürometallurgia.
· Kogu haruldaste muldmetallide hüdrometallurgia ja metallide keemilise metallurgia protsess toimub enamasti lahuses ja lahustis, näiteks haruldaste muldmetallide kontsentraadi lagunemine, eraldamine ja ekstraheerimine.haruldaste muldmetallide oksiidid, ühendid ja üksikud haruldased muldmetallid, mis kasutavad keemilisi eraldusprotsesse, nagu sadestamine, kristallimine, oksüdatsioon-redutseerimine, lahustiga ekstraheerimine ja ioonivahetus.Kõige sagedamini kasutatav meetod on orgaanilise lahusti ekstraheerimine, mis on universaalne protsess kõrge puhtusastmega üksikute haruldaste muldmetallide elementide tööstuslikuks eraldamiseks.Hüdrometallurgia protsess on keeruline ja toote kõrge puhtusaste.Sellel meetodil on valmistoodete valmistamisel lai valik rakendusi.
Pürometallurgiline protsess on lihtne ja kõrge tootlikkusega.Haruldased muldmetallidpürometallurgia hõlmab peamiselt tootmistharuldaste muldmetallide sulamidsilikotermilise redutseerimise meetodil, haruldaste muldmetallide või sulamite tootmine sulasoola elektrolüüsi meetodil jaharuldaste muldmetallide sulamidmetalli termilise redutseerimise meetodil jne.
Pürometallurgia ühine omadus on tootmine kõrgel temperatuuril.
Haruldaste muldmetallide tootmisprotsess
·Haruldased muldmetallidkarbonaat jaharuldaste muldmetallide kloriidon kaks peamist esmast toodetharuldased muldmetallidtööstusele.Üldiselt on nende kahe toote tootmiseks praegu kaks peamist protsessi.Üks protsess on kontsentreeritud väävelhappega röstimisprotsess ja teist protsessi nimetatakse seebikivi protsessiks, lühendatult seebikivi protsessiks.
·Lisaks esinemisele erinevates haruldaste muldmetallide mineraalides, on märkimisväärne osaharuldased muldmetallidlooduses eksisteerivad koos apatiidi ja fosfaatkivimi mineraalidega.Maailma fosfaatmaagi koguvarud on ligikaudu 100 miljardit tonni, keskmiseltharuldased muldmetallidsisu 0,5 ‰.Arvatakse, et kogusummaharuldased muldmetallidfosfaatmaagiga seotud kogus maailmas on 50 miljonit tonni.Vastuseks madalate omadusteleharuldased muldmetallidsisu ja eriesinemisseisundit kaevandustes, on nii riigisiseselt kui ka rahvusvaheliselt uuritud erinevaid taaskasutusprotsesse, mida võib jagada märg- ja termilisteks meetoditeks.Märgmeetodite korral võib need vastavalt erinevatele lagunemishapetele jagada lämmastikhappemeetodiks, vesinikkloriidhappemeetodiks ja väävelhappemeetodiks.Haruldaste muldmetallide taaskasutamiseks fosfori keemilistest protsessidest on erinevaid viise, mis kõik on tihedalt seotud fosfaatmaagi töötlemismeetoditega.Termilise tootmisprotsessi käigusharuldased muldmetallidtaastumismäär võib ulatuda 60% -ni.
Fosfaatkivimite ressursside pideva kasutamise ja madala kvaliteediga fosfaatkivimite väljatöötamise suunas liikumisega on väävelhappe märgprotsessist fosforhappeprotsess muutunud fosfaatkeemiatööstuse peavoolumeetodiks jaharuldased muldmetallidväävelhappe märgprotsessis on fosforhape muutunud uurimistööpunktiks.Väävelhappe märgtöötluse fosforhappe tootmisprotsessis on haruldaste muldmetallide fosforhappega rikastamise kontrollimise protsessil ja seejärel haruldaste muldmetallide ekstraheerimiseks orgaanilise lahustiga ekstraheerimisel rohkem eeliseid kui varakult välja töötatud meetoditel.
Haruldaste muldmetallide kaevandamise protsess
Väävelhappe lahustuvus
Tseeriumrühm (sulfaatkompleksi soolades ei lahustu) –lantaan, tseerium, praseodüüm, neodüümja promeetium;
Terbiumrühm (lahustub sulfaatkompleksi soolades) -samarium, euroopium, gadoliinium, terbium, düsproosiumjaholmium;
Ütriumrühm (lahustub sulfaatkompleksi soolades) –ütrium, erbium, toolium, ütterbium,luteetsiumjaskandium.
Ekstraheerimise eraldamine
Valgusharuldased muldmetallid(P204 nõrga happesusega ekstraheerimine) –lantaan,tseerium, praseodüüm,neodüümja promeetium;
Keskmine haruldaste muldmetallide (P204 madala happesusega ekstraheerimine)samarium,euroopium,gadoliinium,terbium,düsproosium;
Raskeharuldased muldmetallidelemendid(happe ekstraheerimine P204-s) -holmium,
Sissejuhatus ekstraheerimisprotsessi
Eraldamise protsessisharuldaste muldmetallide elemendid,17 elemendi äärmiselt sarnaste füüsikaliste ja keemiliste omaduste ning kaasnevate lisandite rohkuse tõttuharuldased muldmetallid, on ekstraheerimisprotsess suhteliselt keeruline ja sageli kasutatav.
Ekstraheerimisprotsesse on kolme tüüpi: samm-sammuline meetod, ioonivahetus ja lahustiga ekstraheerimine.
Samm-sammult meetod
Eraldamise ja puhastamise meetodit, milles kasutatakse ühendite lahustuvuse erinevust lahustites, nimetatakse samm-sammuliseks meetodiks.Alatesütrium(Y) kuniluteetsium(Lu), ühekordne eraldamine kõigi looduslikult esinevate vahelharuldased muldmetallid, sealhulgas Curie paari avastas raadium,
Need kõik eraldatakse selle meetodi abil.Selle meetodi tööprotseduur on suhteliselt keeruline ja kõigi haruldaste muldmetallide elementide ühekordne eraldamine kestis üle 100 aasta, ühe eraldamise ja korduva toiminguga saavutati 20 000 korda.Keemiatöötajatele nende töö
Tugevus on suhteliselt kõrge ja protsess suhteliselt keeruline.Seetõttu ei saa seda meetodit kasutades toota ühtegi haruldast muldmetalli suurtes kogustes.
Ioonivahetus
Haruldaste muldmetallide elementide uurimistööd on takistanud suutmatus toota ühtiharuldaste muldmetallide elementsuurtes kogustes samm-sammult meetodite abil.Selleks, et analüüsidaharuldased muldmetallidTuuma lõhustumisproduktides sisalduvatest ja haruldaste muldmetallide elementide eemaldamiseks uraanist ja tooriumist, uuriti edukalt ioonivahetuskromatograafiat (ioonivahetuskromatograafiat), mida kasutati seejärel tuumade eraldamiseks.haruldaste muldmetallide elements.Ioonivahetusmeetodi eeliseks on see, et ühe toiminguga saab eraldada mitu elementi.Ja see võib saada ka kõrge puhtusastmega tooteid.Puuduseks on aga see, et seda ei saa pidevalt töödelda, pika töötsükliga ja suurte kuludega vaigu regenereerimiseks ja vahetamiseks.Seetõttu on see kunagine peamine meetod suurte koguste haruldaste muldmetallide eraldamiseks peavoolu eraldamise meetodist välja jäetud ja asendatud lahustiga ekstraheerimise meetodiga.Kuid ioonivahetuskromatograafia silmapaistvate omaduste tõttu kõrge puhtusastmega üksikute haruldaste muldmetallide toodete saamisel on ülikõrge puhtusastmega üksikute toodete tootmiseks ja mõnede raskete haruldaste muldmetallide elementide eraldamiseks vaja kasutada ka ioonivahetuskromatograafiat. haruldaste muldmetallide toote eraldamiseks ja tootmiseks.
Lahusti ekstraheerimine
Orgaaniliste lahustite kasutamise meetodit ekstraheeritud aine ekstraheerimiseks ja eraldamiseks segunematust vesilahusest nimetatakse orgaanilise lahustiga vedelik-vedelik ekstraheerimiseks, lühendatult lahustiga ekstraheerimiseks.See on massiülekande protsess, mille käigus kantakse aineid ühest vedelfaasist teise.Lahusti ekstraheerimise meetodit on varem kasutatud naftakeemias, orgaanilises keemias, farmaatsiakeemias ja analüütilises keemias.Kuid viimase neljakümne aasta jooksul on aatomienergia teaduse ja tehnoloogia arengu ning ülipuhaste ainete ja haruldaste elementide tootmise vajaduse tõttu lahustite ekstraheerimine teinud suuri edusamme sellistes tööstusharudes nagu tuumakütusetööstus ja haruldane metallurgia. .Hiina on saavutanud kõrgetasemelised teadusuuringud ekstraheerimise teoorias, uute ekstraheerivate ainete sünteesis ja rakendamises ning haruldaste muldmetallide elementide eraldamise ekstraheerimisprotsessis.Võrreldes eraldusmeetoditega, nagu astmeline sadestamine, astmeline kristallisatsioon ja ioonivahetus, on lahustiga ekstraheerimisel mitmeid eeliseid, nagu hea eraldusefekt, suur tootmisvõimsus, mugavus kiireks ja pidevaks tootmiseks ning hõlpsasti saavutatav automaatjuhtimine.Seetõttu on sellest järk-järgult saanud peamine meetod suurte koguste eraldamiseksharuldased muldmetallids.
Haruldaste muldmetallide puhastamine
Tootmise tooraine
Haruldased muldmetallidjagunevad tavaliselt segatud haruldasteks muldmetallideks ja üksikuteksharuldased muldmetallid.Koostis segatudharuldased muldmetallidon sarnane algse haruldaste muldmetallide koostisega maagis ja üksik metall on igast haruldasest muldmetallist eraldatud ja rafineeritud metall.Seda on raske vähendadaharuldaste muldmetallide oksiids (välja arvatud oksiididsamarium,euroopium,, toolium,ütterbium) ühtseks metalliks, kasutades üldisi metallurgilisi meetodeid, nende kõrge moodustumise kuumuse ja kõrge stabiilsuse tõttu.Seetõttu on tootmiseks tavaliselt kasutatav tooraineharuldased muldmetallidtänapäeval on nende kloriidid ja fluoriidid.
Sulasoola elektrolüüs
Segatud masstootmineharuldased muldmetallidtööstuses kasutatakse üldiselt sulasoola elektrolüüsi meetodit.Elektrolüüsil on kaks meetodit: kloriidelektrolüüs ja oksiidelektrolüüs.Üksiku valmistamise meetodharuldased muldmetallidvarieerub sõltuvalt elemendist.samarium,euroopium,,toolium,ütterbiumei sobi nende kõrge aururõhu tõttu elektrolüütiliseks valmistamiseks ja selle asemel valmistatakse redutseeriva destilleerimise meetodil.Muid elemente saab valmistada elektrolüüsi või metalli termilise redutseerimise meetodil.
Kloriidelektrolüüs on kõige levinum meetod metallide, eriti segatud haruldaste muldmetallide tootmiseks.Protsess on lihtne, kuluefektiivne ja nõuab minimaalseid investeeringuid.Suurimaks puuduseks on aga keskkonda saastava kloorigaasi eraldumine.Oksiidelektrolüüs ei eralda kahjulikke gaase, kuid maksumus on veidi kõrgem.Üldiselt kõrge hinnaga singelharuldased muldmetallidnagu näiteksneodüümjapraseodüümtoodetakse oksiidelektrolüüsi abil.
Vaakumredutseerimise elektrolüüsi meetod võimaldab valmistada ainult üldist tööstuslikku kvaliteetiharuldased muldmetallid.Valmistumaharuldased muldmetallidmadala lisandite ja kõrge puhtusastmega kasutatakse üldiselt vaakumtermoreduktsiooni meetodit.Selle meetodiga saab toota kõiki üksikuid haruldasi muldmetalle, kuidsamarium,euroopium,,toolium,ütterbiumei saa seda meetodit kasutades toota.Redokspotentsiaalsamarium,euroopium,,toolium,ütterbiumja kaltsium väheneb ainult osaliseltharuldased muldmetallidfluoriid.Üldiselt põhineb nende metallide valmistamine nende metallide kõrge aururõhu ja madala aururõhu põhimõtetel.lantaan metalls.Nende nelja oksiididharuldased muldmetallidon segatud fragmentidegalantaan metalls ja pressitakse plokkideks ning redutseeritakse vaakumahjus.Lantaanon aktiivsem, samassamarium,euroopium,,toolium,ütterbiumvõrra muudetakse kullakslantaanja kogutakse kondenseerumisel, muutes selle hõlpsaks räbu eraldamiseks.
Postitusaeg: nov-07-2023