Introdución á tecnoloxía da industria de terras raras
·Terras raras iNon é un elemento metálico, senón un termo colectivo para 15 elementos de terras raras eitrioeescandioPolo tanto, os 17 elementos de terras raras e os seus diversos compostos teñen varios usos, que van desde cloruros cunha pureza do 46 % ata óxidos individuais de terras raras emetais de terras rarascunha pureza do 99,9999 %. Coa adición de compostos e mesturas relacionadas, existen innumerables produtos de terras raras. Entón,terras rarasa tecnoloxía tamén é diversa en función das diferenzas destes 17 elementos. Non obstante, debido ao feito de que os elementos de terras raras pódense dividir en cerio eitriogrupos baseados nas características dos minerais, os procesos de minería, fusión e separación de minerais de terras raras tamén están relativamente unificados. Comezando coa extracción inicial do mineral, os métodos de separación, os procesos de fusión, os métodos de extracción e os procesos de purificación de terras raras serán presentados un por un.
Procesamento mineral de terras raras
·O procesamento de minerais é un proceso de procesamento mecánico que utiliza as diferenzas nas propiedades físicas e químicas entre os distintos minerais que compoñen o mineral, utilizando diferentes métodos, procesos e equipos de beneficio para enriquecer os minerais útiles do mineral, eliminar as impurezas nocivas e separalos dos minerais da ganga.
·Noterras rarasminerais extraídos en todo o mundo, o contido deóxidos de terras rarasé só unha pequena porcentaxe, e algunhas incluso máis baixas. Para cumprir cos requisitos de produción da fundición,terras rarasOs minerais sepáranse dos minerais de ganga e outros minerais útiles mediante o beneficio antes da fusión, co fin de aumentar o contido de óxidos de terras raras e obter concentrados de terras raras que poidan cumprir os requisitos da metalurxia de terras raras. O beneficio de minerais de terras raras xeralmente adopta o método de flotación, a miúdo complementado por múltiples combinacións de separación por gravidade e magnética para formar un fluxo de proceso de beneficio.
O/Aterras rarasO depósito da mina de Baiyunebo, na Mongolia Interior, é un depósito de dolomita férrica de tipo rocha carbonatada, composto principalmente por minerais de terras raras que o acompañan no mineral de ferro (ademais do mineral de cerio fluorocarbonado e a monacita, tamén hai variosniobioeterras rarasminerais).
O mineral extraído contén arredor dun 30 % de ferro e arredor dun 5 % de óxidos de terras raras. Despois de triturar o mineral de gran tamaño na mina, este transpórtase en tren á planta de beneficio da empresa Baotou Iron and Steel Group. A tarefa da planta de beneficio é aumentarFe2O3do 33 % a máis do 55 %, primeiro moendo e clasificando nun muíño de bolas cónico e, a continuación, seleccionando un concentrado de ferro primario de 62-65 % de Fe2O3 (óxido de ferro) usando un separador magnético cilíndrico. Os relaves continúan a flotación e separación magnética para obter un concentrado de ferro secundario que contén máis do 45 %Fe2O3(óxido de ferro). As terras raras enriquécense en escuma de flotación, cunha gradación do 10-15 %. O concentrado pódese seleccionar usando unha mesa vibratoria para producir un concentrado groso cun contido de REO do 30 %. Despois de ser reprocesado por equipos de beneficio, pódese obter un concentrado de terras raras cun contido de REO superior ao 60 %.
Método de descomposición de concentrado de terras raras
·Terras rarasOs elementos dos concentrados xeralmente existen en forma de carbonatos, fluoruros, fosfatos, óxidos ou silicatos insolubles. Os elementos de terras raras deben converterse en compostos solubles en auga ou ácidos inorgánicos mediante varios cambios químicos e, a continuación, someterse a procesos como a disolución, a separación, a purificación, a concentración ou a calcinación para producir diversas mesturas.terras rarascompostos como os cloruros mixtos de terras raras, que se poden empregar como produtos ou materias primas para separar elementos individuais de terras raras. Este proceso chámaseterras rarasdescomposición do concentrado, tamén coñecida como pretratamento.
·Hai moitos métodos para descompoñerterras rarasconcentrados, que xeralmente se poden dividir en tres categorías: método ácido, método alcalino e descomposición por cloración. A descomposición ácida pódese dividir aínda máis en descomposición de ácido clorhídrico, descomposición de ácido sulfúrico e descomposición de ácido fluorhídrico. A descomposición alcalina pódese dividir aínda máis en descomposición de hidróxido de sodio, fusión de hidróxido de sodio ou métodos de torrefacción de bicarbonato de sodio. O fluxo de proceso axeitado xeralmente selecciónase en función dos principios do tipo de concentrado, as características do grao, o plan do produto, a conveniencia para a recuperación e a utilización integral de elementos non de terras raras, o beneficio para a hixiene laboral e a protección ambiental, e a racionalidade económica.
·Aínda que se descubriron case 200 minerais de elementos raros e dispersos, non se enriqueceron en depósitos independentes con minería industrial debido á súa rareza. Ata o de agora, só se atoparon xacementos independentes rarosxermanio, selenio, eteluroDescubríronse xacementos, pero a escala dos xacementos non é moi grande.
Fundición de terras raras
·Hai dous métodos paraterras rarasfusión, hidrometalurxia e pirometalurxia.
·Todo o proceso de hidrometalurxia de terras raras e metalurxia química de metais realízase principalmente en solución e solvente, como a descomposición do concentrado de terras raras, a separación e a extracción deóxidos de terras raras, compostos e metais de terras raras individuais, que empregan procesos de separación química como precipitación, cristalización, oxidación-redución, extracción con solventes e intercambio iónico. O método máis empregado é a extracción con solventes orgánicos, que é un proceso universal para a separación industrial de elementos de terras raras individuais de alta pureza. O proceso de hidrometalurxia é complexo e a pureza do produto é alta. Este método ten unha ampla gama de aplicacións na produción de produtos acabados.
O proceso pirometalúrxico é sinxelo e ten unha alta produtividade.Terras rarasA pirometalurxia inclúe principalmente a produción dealiaxes de terras rarasmediante o método de redución silicotérmica, a produción de metais ou aliaxes de terras raras mediante o método de electrólise de sales fundidas e a produción dealiaxes de terras raraspolo método de redución térmica de metal etc.
A característica común da pirometalurxia é a produción a altas temperaturas.
Proceso de produción de terras raras
·Terras rarascarbonato ecloruro de terras rarasson os dous principais produtos primarios doterras rarasindustria. En termos xerais, actualmente existen dous procesos principais para producir estes dous produtos. Un proceso é o proceso de torrefacción con ácido sulfúrico concentrado e o outro proceso chámase proceso de sosa cáustica, abreviado como proceso de sosa cáustica.
Ademais de estar presente en varios minerais de terras raras, unha parte significativa deelementos de terras rarasna natureza coexisten con minerais de apatita e rocha fosfórica. As reservas totais mundiais de mineral de fosfato son de aproximadamente 100.000 millóns de toneladas, cunha mediaterras rarascontido do 0,5 ‰. Estímase que a cantidade total deterras rarasasociado ao mineral de fosfato no mundo é de 50 millóns de toneladas. En resposta ás características de baixaterras rarascontido e estado de ocorrencia especial nas minas, estudáronse varios procesos de recuperación tanto a nivel nacional como internacional, que se poden dividir en métodos húmidos e térmicos. Nos métodos húmidos, pódense dividir en método de ácido nítrico, método de ácido clorhídrico e método de ácido sulfúrico segundo os diferentes ácidos de descomposición. Existen varias formas de recuperar terras raras a partir de procesos químicos de fósforo, todas elas estreitamente relacionadas cos métodos de procesamento do mineral de fosfato. Durante o proceso de produción térmica, oterras rarasa taxa de recuperación pode chegar ao 60 %.
Coa utilización continua dos recursos de rocha fosfórica e o cambio cara ao desenvolvemento de rocha fosfórica de baixa calidade, o proceso húmido de ácido sulfúrico e o proceso de ácido fosfórico converteuse no método principal na industria química do fosfato, e a recuperación deelementos de terras rarasNo proceso húmido de ácido sulfúrico, o ácido fosfórico converteuse nun tema candente de investigación. No proceso de produción de ácido sulfúrico por proceso húmido, o proceso de controlar o enriquecemento de terras raras en ácido fosfórico e despois usar extracción con solventes orgánicos para extraer terras raras ten máis vantaxes que os métodos desenvolvidos inicialmente.
Proceso de extracción de terras raras
Solubilidade do ácido sulfúrico
Ceriogrupo (insoluble en sales complexas de sulfato) –lantano, cerio, praseodimio, neodimioe prometio;
Terbiogrupo (lixeiramente soluble en sales complexas de sulfato) -samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, eholmio;
Itriogrupo (soluble en sales complexas de sulfato) –itrio, erbio, tulio, iterbio,lutecio, eescandio.
Separación por extracción
Luzterras raras(Extracción con acidez débil P204) –lantano,cerio, praseodimio,neodimioe prometio;
Pesadoterras raraselementos(extracción de acidez en P204) -holmio,
Introdución ao proceso de extracción
No proceso de separaciónelementos de terras raras,debido ás propiedades físicas e químicas extremadamente semellantes de 17 elementos, así como á abundancia de impurezas que os acompañanelementos de terras raras, o proceso de extracción é relativamente complexo e úsase habitualmente.
Hai tres tipos de procesos de extracción: o método paso a paso, a extracción por intercambio iónico e a extracción con solventes.
Método paso a paso
O método de separación e purificación que emprega a diferenza de solubilidade dos compostos en solventes chámase método paso a paso. Deitrio(Y) alutecio(Lu), unha única separación entre todos os que ocorren de forma naturalelementos de terras raras, incluíndo o radio descuberto polo matrimonio Curie,
Todos eles sepáranse usando este método. O procedemento operativo deste método é relativamente complexo, e a separación única de todos os elementos de terras raras levou máis de 100 anos, cunha separación e operación repetida que chegou a 20.000 veces. Para os traballadores químicos, o seu traballo
A forza é relativamente alta e o proceso é relativamente complexo. Polo tanto, con este método non se pode producir ningunha terra rara en grandes cantidades.
Intercambio iónico
O traballo de investigación sobre elementos de terras raras viuse obstaculizado pola incapacidade de producir un únicoelemento de terras rarasen grandes cantidades mediante métodos paso a paso. Para analizar oelementos de terras rarascontidos nos produtos de fisión nuclear e eliminar os elementos de terras raras do uranio e do torio, estudouse con éxito a cromatografía de intercambio iónico (cromatografía de intercambio iónico), que logo se empregou para a separación deelemento de terras rarass. A vantaxe do método de intercambio iónico é que se poden separar varios elementos nunha soa operación. E tamén se poden obter produtos de alta pureza. Non obstante, a desvantaxe é que non se pode procesar de forma continua, cun ciclo operativo longo e altos custos para a rexeneración e intercambio de resina. Polo tanto, este método principal para separar grandes cantidades de terras raras foi retirado do método de separación convencional e substituído polo método de extracción con solventes. Non obstante, debido ás características excepcionais da cromatografía de intercambio iónico na obtención de produtos de terras raras individuais de alta pureza, actualmente, para producir produtos individuais de ultra alta pureza e separar algúns elementos de terras raras pesadas, tamén é necesario usar a cromatografía de intercambio iónico para separar e producir un produto de terras raras.
Extracción con solventes
O método de usar solventes orgánicos para extraer e separar a substancia extraída dunha solución acuosa inmiscible chámase extracción líquido-líquido con solventes orgánicos, abreviada como extracción con solventes. É un proceso de transferencia de masa que transfire substancias dunha fase líquida a outra. O método de extracción con solventes aplicouse anteriormente en petroquímica, química orgánica, química farmacéutica e química analítica. Non obstante, nos últimos corenta anos, debido ao desenvolvemento da ciencia e a tecnoloxía da enerxía atómica, así como á necesidade de produción de substancias ultrapuras e elementos raros, a extracción con solventes fixo grandes progresos en industrias como a industria do combustible nuclear e a metalurxia rara. China alcanzou un alto nivel de investigación na teoría da extracción, a síntese e aplicación de novos extractantes e o proceso de extracción para a separación de elementos de terras raras. En comparación cos métodos de separación como a precipitación gradual, a cristalización gradual e o intercambio iónico, a extracción con solventes ten unha serie de vantaxes, como un bo efecto de separación, unha gran capacidade de produción, a comodidade para unha produción rápida e continua e un control automático fácil de conseguir. Polo tanto, converteuse gradualmente no principal método para separar grandes cantidades deterras rarass.
Purificación de terras raras
Materias primas de produción
Metais de terras rarasxeralmente divídense en metais de terras raras mixtos e metais simplesmetais de terras rarasA composición da mesturametais de terras rarasé similar á composición orixinal de terras raras do mineral, e un só metal é un metal separado e refinado de cada terra rara. É difícil reduciróxido de terras rarass (excepto os óxidos desamario,europio,, tulio,iterbio) nun só metal empregando métodos metalúrxicos xerais, debido á súa alta calor de formación e alta estabilidade. Polo tanto, as materias primas comúns para a produción demetais de terras rarashoxe en día son os seus cloruros e fluoruros.
Electrólise de sales fundidas
A produción en masa de mesturasmetais de terras rarasna industria xeralmente úsase o método de electrólise de sales fundidas. Hai dous métodos de electrólise: electrólise de cloruros e electrólise de óxidos. O método de preparación dun únicometais de terras rarasvaría segundo o elemento.samario,europio,,tulio,iterbionon son axeitados para a preparación electrolítica debido á súa alta presión de vapor e, no seu lugar, prepáranse mediante o método de destilación por redución. Outros elementos pódense preparar por electrólise ou por método de redución térmica de metal.
A electrólise de cloruro é o método máis común para producir metais, especialmente para metais de terras raras mixtas. O proceso é sinxelo, rendible e require un investimento mínimo. Non obstante, o maior inconveniente é a liberación de gas cloro, que contamina o medio ambiente. A electrólise de óxido non libera gases nocivos, pero o custo é lixeiramente superior. Xeralmente, os produtos de alto prezo individuais...terras rarascomoneodimioepraseodimioprodúcense mediante electrólise de óxido.
O método de electrólise de redución ao baleiro só pode preparar grao industrial xeralmetais de terras rarasPara prepararmetais de terras rarascon poucas impurezas e alta pureza, xeralmente úsase o método de redución térmica ao baleiro. Este método pode producir todos os metais de terras raras individuais, perosamario,europio,,tulio,iterbionon se pode producir con este método. O potencial redox desamario,europio,,tulio,iterbioe o calcio só se reduce parcialmenteterras rarasfluoruro. Xeralmente, a preparación destes metais baséase nos principios da alta presión de vapor destes metais e da baixa presión de vapor delantano metálicos. Os óxidos destes catroterras rarasmestúranse con fragmentos delantano metálicos e comprimidos en bloques e reducidos nun forno de baleiro.Lantanoé máis activo, mentres quesamario,europio,,tulio,iterbioson reducidos a ouro porlantanoe acumuladas na condensación, o que facilita a súa separación da escoria.
Data de publicación: 07 de novembro de 2023