Introduzione alla tecnologia del settore delle terre rare
·Terre rare inon è un elemento metallico, ma un termine collettivo per 15 elementi delle terre rare eittrioEscandioPertanto, i 17 elementi delle terre rare e i loro vari composti hanno vari usi, che vanno dai cloruri con una purezza del 46% ai singoli ossidi di terre rare emetalli delle terre rarecon una purezza del 99,9999%. Con l'aggiunta di composti e miscele correlate, si ottengono innumerevoli prodotti di terre rare. Quindi,terre rareLa tecnologia è anche diversificata in base alle differenze di questi 17 elementi. Tuttavia, a causa del fatto che gli elementi delle terre rare possono essere suddivisi in cerio eittrioIn base alle caratteristiche minerali, anche i processi di estrazione, fusione e separazione dei minerali delle terre rare sono relativamente uniformi. Partendo dall'estrazione iniziale del minerale, verranno introdotti uno per uno i metodi di separazione, i processi di fusione, i metodi di estrazione e i processi di purificazione delle terre rare.
Lavorazione mineraria delle terre rare
·La lavorazione dei minerali è un processo di lavorazione meccanica che sfrutta le differenze nelle proprietà fisiche e chimiche tra i vari minerali che compongono il minerale, impiega diversi metodi di arricchimento, processi e attrezzature per arricchire i minerali utili nel minerale, rimuovere le impurità nocive e separarle dai minerali di ganga.
·Nelterre rareminerali estratti in tutto il mondo, il contenuto diossidi di terre rareè solo una piccola percentuale, e alcune anche inferiore. Per soddisfare i requisiti di produzione della fusione,terre rareI minerali vengono separati dai minerali di ganga e da altri minerali utili tramite arricchimento prima della fusione, al fine di aumentare il contenuto di ossidi di terre rare e ottenere concentrati di terre rare in grado di soddisfare i requisiti della metallurgia delle terre rare. L'arricchimento dei minerali di terre rare adotta generalmente il metodo della flottazione, spesso integrato da molteplici combinazioni di separazione gravitazionale e magnetica per formare un flusso di processo di arricchimento.
ILterre rareIl deposito nella miniera di Baiyunebo nella Mongolia Interna è un deposito di tipo carbonatico di dolomite ferrosa, composto principalmente da minerali di terre rare nel minerale di ferro (oltre al minerale di cerio fluorocarbonico e alla monazite, ce ne sono anche diversiniobioEterre rareminerali).
Il minerale estratto contiene circa il 30% di ferro e circa il 5% di ossidi di terre rare. Dopo la frantumazione del minerale di grandi dimensioni in miniera, viene trasportato in treno all'impianto di arricchimento della Baotou Iron and Steel Group Company. Il compito dell'impianto di arricchimento è quello di aumentareFe2O3dal 33% a oltre il 55%, prima macinazione e classificazione su un mulino a sfere conico, e quindi selezione di un concentrato di ferro primario del 62-65% di Fe2O3 (ossido di ferro) utilizzando un separatore magnetico cilindrico. I residui continuano a essere sottoposti a flottazione e separazione magnetica per ottenere un concentrato di ferro secondario contenente oltre il 45%Fe2O3(ossido di ferro). Le terre rare vengono arricchite in schiuma di flottazione, con una percentuale del 10-15%. Il concentrato può essere selezionato utilizzando una tavola vibrante per produrre un concentrato grossolano con un contenuto di REO del 30%. Dopo essere stato riprocessato con un impianto di arricchimento, si può ottenere un concentrato di terre rare con un contenuto di REO superiore al 60%.
Metodo di decomposizione del concentrato di terre rare
·Terre rareGli elementi presenti nei concentrati si presentano generalmente sotto forma di carbonati, fluoruri, fosfati, ossidi o silicati insolubili. Gli elementi delle terre rare devono essere convertiti in composti solubili in acqua o acidi inorganici attraverso varie trasformazioni chimiche, e quindi sottoposti a processi come dissoluzione, separazione, purificazione, concentrazione o calcinazione per produrre vari composti misti.terre rarecomposti come i cloruri misti di terre rare, che possono essere utilizzati come prodotti o materie prime per la separazione di singoli elementi di terre rare. Questo processo è chiamatoterre raredecomposizione del concentrato, nota anche come pretrattamento.
·Esistono molti metodi per la decomposizioneterre rareConcentrati, che possono essere generalmente suddivisi in tre categorie: metodo acido, metodo alcalino e decomposizione per clorurazione. La decomposizione acida può essere ulteriormente suddivisa in decomposizione con acido cloridrico, decomposizione con acido solforico e decomposizione con acido fluoridrico. La decomposizione alcalina può essere ulteriormente suddivisa in decomposizione con idrossido di sodio, fusione con idrossido di sodio o metodi di torrefazione con soda. Il flusso di processo appropriato viene generalmente selezionato in base a principi quali tipo di concentrato, caratteristiche di qualità, piano di produzione, praticità per il recupero e l'utilizzo completo di elementi non di terre rare, benefici per l'igiene del lavoro e la tutela ambientale, nonché razionalità economica.
· Sebbene siano stati scoperti quasi 200 minerali rari e dispersi, questi non sono stati arricchiti in depositi indipendenti con l'estrazione industriale a causa della loro rarità. Finora, solo rari minerali indipendentigermanio, selenio, EtellurioSono stati scoperti dei giacimenti, ma la loro entità non è molto grande.
Fusione delle terre rare
·Ci sono due metodi perterre rarefusione, idrometallurgia e pirometallurgia.
·L'intero processo di idrometallurgia delle terre rare e di metallurgia chimica dei metalli avviene principalmente in soluzione e solvente, come la decomposizione del concentrato di terre rare, la separazione e l'estrazione diossidi di terre rare, composti e singoli metalli delle terre rare, che utilizzano processi di separazione chimica come precipitazione, cristallizzazione, ossidoriduzione, estrazione con solvente e scambio ionico. Il metodo più comunemente utilizzato è l'estrazione con solvente organico, un processo universale per la separazione industriale di singoli elementi delle terre rare ad alta purezza. Il processo idrometallurgico è complesso e la purezza del prodotto è elevata. Questo metodo ha un'ampia gamma di applicazioni nella produzione di prodotti finiti.
Il processo pirometallurgico è semplice e ad alta produttività.Terre rarela pirometallurgia comprende principalmente la produzione dileghe di terre raremediante il metodo di riduzione silicotermica, la produzione di metalli o leghe di terre rare mediante il metodo di elettrolisi dei sali fusi e la produzione dileghe di terre raremediante metodo di riduzione termica del metallo ecc.
La caratteristica comune della pirometallurgia è la produzione in condizioni di alta temperatura.
Processo di produzione delle terre rare
·Terre rarecarbonato ecloruro di terre raresono i due principali prodotti primari nelterre rareindustria. In generale, attualmente esistono due processi principali per la produzione di questi due prodotti. Un processo è la torrefazione con acido solforico concentrato, e l'altro è chiamato processo con soda caustica, abbreviato in "processo della soda caustica".
·Oltre ad essere presente in vari minerali di terre rare, una parte significativa dielementi delle terre rarein natura coesistono con minerali di roccia apatitica e fosfatica. Le riserve totali mondiali di minerale di fosfato sono di circa 100 miliardi di tonnellate, con una mediaterre rarecontenuto dello 0,5 ‰. Si stima che la quantità totale diterre rareassociato al minerale di fosfato nel mondo è di 50 milioni di tonnellate. In risposta alle caratteristiche di bassaterre rareA causa del contenuto di fosforo e della sua particolare presenza nelle miniere, sono stati studiati diversi processi di recupero, sia a livello nazionale che internazionale, che possono essere suddivisi in metodi a umido e termici. Nei metodi a umido, possono essere suddivisi in metodi con acido nitrico, con acido cloridrico e con acido solforico, a seconda dei diversi acidi di decomposizione. Esistono diversi metodi per recuperare le terre rare dal fosforo, processi chimici, tutti strettamente correlati ai metodi di lavorazione del minerale di fosfato. Durante il processo di produzione termica,terre rareil tasso di recupero può raggiungere il 60%.
Con l'utilizzo continuo delle risorse di roccia fosfatica e il passaggio allo sviluppo di roccia fosfatica di bassa qualità, il processo a umido con acido solforico è diventato il metodo principale nell'industria chimica del fosfato e il recupero dielementi delle terre rareNel processo di produzione a umido dell'acido solforico, l'acido fosforico è diventato un punto di riferimento per la ricerca. Nel processo di produzione dell'acido fosforico a umido, il controllo dell'arricchimento delle terre rare in acido fosforico e il successivo utilizzo dell'estrazione con solventi organici per estrarre le terre rare presentano maggiori vantaggi rispetto ai metodi sviluppati in precedenza.
Processo di estrazione delle terre rare
Solubilità dell'acido solforico
Ceriogruppo (insolubile nei sali complessi solforici) –lantanio, cerio, praseodimio, neodimioe promezio;
Terbiogruppo (leggermente solubile in sali complessi solforici) -samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, Eolmio;
Ittriogruppo (solubile in sali complessi solforici) –ittrio, erbio, tulio, itterbio,lutezio, Escandio.
Separazione per estrazione
Leggeroterre rare(estrazione con acidità debole P204) –lantanio,cerio, praseodimio,neodimioe promezio;
Pesanteterre rareelementi(estrazione dell'acidità in P204) -olmio,
Introduzione al processo di estrazione
Nel processo di separazioneelementi delle terre rare,a causa delle proprietà fisiche e chimiche estremamente simili di 17 elementi, nonché dell'abbondanza di impurità concomitanti inelementi delle terre rare, il processo di estrazione è relativamente complesso e comunemente utilizzato.
Esistono tre tipi di processi di estrazione: metodo step-by-step, scambio ionico ed estrazione con solvente.
Metodo passo dopo passo
Il metodo di separazione e purificazione che utilizza la differenza di solubilità dei composti nei solventi è chiamato metodo passo-passo. Daittrio(Y) alutezio(Lu), una separazione unica tra tutti i fenomeni naturalielementi delle terre rare, compreso il radio scoperto dalla coppia Curie,
Vengono tutti separati utilizzando questo metodo. La procedura operativa di questo metodo è relativamente complessa e la singola separazione di tutti gli elementi delle terre rare ha richiesto oltre 100 anni, con una sola separazione e operazioni ripetute che hanno raggiunto le 20.000 volte. Per gli addetti al settore chimico, il lavoro...
La resistenza è relativamente elevata e il processo è relativamente complesso. Pertanto, con questo metodo non è possibile produrre una singola terra rara in grandi quantità.
scambio ionico
Il lavoro di ricerca sugli elementi delle terre rare è stato ostacolato dall'incapacità di produrne uno singoloelemento delle terre rarein grandi quantità attraverso metodi passo-passo. Per analizzare ilelementi delle terre rarecontenuti nei prodotti di fissione nucleare e rimuovere gli elementi delle terre rare dall'uranio e dal torio, è stata studiata con successo la cromatografia a scambio ionico (cromatografia a scambio ionico), che è stata poi utilizzata per la separazione dielemento delle terre rareIl vantaggio del metodo di scambio ionico è che è possibile separare più elementi in un'unica operazione. Si possono anche ottenere prodotti ad elevata purezza. Tuttavia, lo svantaggio è che non può essere processato in continuo, con un lungo ciclo operativo e costi elevati per la rigenerazione e la sostituzione della resina. Pertanto, questo metodo, un tempo il principale per la separazione di grandi quantità di terre rare, è stato abbandonato dai metodi di separazione tradizionali e sostituito dal metodo di estrazione con solvente. Tuttavia, grazie alle eccezionali caratteristiche della cromatografia a scambio ionico nell'ottenimento di singoli prodotti di terre rare ad elevata purezza, attualmente, per produrre singoli prodotti ad altissima purezza e separare alcuni elementi pesanti delle terre rare, è necessario utilizzare anche la cromatografia a scambio ionico per separare e produrre un prodotto di terre rare.
Estrazione con solvente
Il metodo che utilizza solventi organici per estrarre e separare la sostanza estratta da una soluzione acquosa immiscibile è chiamato estrazione liquido-liquido con solvente organico, abbreviato in estrazione con solvente. Si tratta di un processo di trasferimento di massa che trasferisce le sostanze da una fase liquida a un'altra. Il metodo di estrazione con solvente è stato applicato in passato in settori petrolchimici, chimici organici, farmaceutici e analitici. Tuttavia, negli ultimi quarant'anni, grazie allo sviluppo della scienza e della tecnologia dell'energia atomica, nonché alla necessità di produrre sostanze ultrapure ed elementi rari, l'estrazione con solvente ha compiuto grandi progressi in settori come l'industria dei combustibili nucleari e la metallurgia rara. La Cina ha raggiunto un elevato livello di ricerca nella teoria dell'estrazione, nella sintesi e nell'applicazione di nuovi estratti e nel processo di estrazione per la separazione degli elementi delle terre rare. Rispetto a metodi di separazione come la precipitazione graduata, la cristallizzazione graduata e lo scambio ionico, l'estrazione con solvente presenta una serie di vantaggi, tra cui un buon effetto di separazione, un'elevata capacità produttiva, la praticità di una produzione rapida e continua e la facilità di controllo automatico. Pertanto, è gradualmente diventato il metodo principale per la separazione di grandi quantità diterre rares.
Purificazione delle terre rare
Materie prime di produzione
metalli delle terre raresono generalmente divisi in metalli delle terre rare misti e singolimetalli delle terre rareLa composizione mistametalli delle terre rareè simile alla composizione originale delle terre rare nel minerale, e un singolo metallo è un metallo separato e raffinato da ogni terra rara. È difficile da ridurreossido di terre rares (eccetto gli ossidi disamario,europio,, tulio,itterbio) in un unico metallo utilizzando metodi metallurgici generali, grazie al loro elevato calore di formazione e all'elevata stabilità. Pertanto, le materie prime comunemente utilizzate per la produzione dimetalli delle terre rareoggigiorno sono i loro cloruri e fluoruri.
Elettrolisi a sali fusi
La produzione in serie di miscelemetalli delle terre rareNell'industria si utilizza generalmente il metodo dell'elettrolisi a sali fusi. Esistono due metodi di elettrolisi: l'elettrolisi del cloruro e l'elettrolisi dell'ossido. Il metodo di preparazione di un singolometalli delle terre rarevaria a seconda dell'elemento.samario,europio,,tulio,itterbioNon sono adatti alla preparazione elettrolitica a causa della loro elevata tensione di vapore e vengono invece preparati utilizzando il metodo della distillazione per riduzione. Altri elementi possono essere preparati per elettrolisi o per riduzione termica dei metalli.
L'elettrolisi del cloruro è il metodo più comune per la produzione di metalli, in particolare per le terre rare miste. Il processo è semplice, economico e richiede un investimento minimo. Tuttavia, il principale svantaggio è il rilascio di cloro gassoso, che inquina l'ambiente. L'elettrolisi dell'ossido non rilascia gas nocivi, ma il costo è leggermente superiore. Generalmente, i singoli metalli costositerre raread esempioneodimioEpraseodimiovengono prodotti mediante elettrolisi dell'ossido.
Il metodo di elettrolisi con riduzione del vuoto può preparare solo materiali di grado industriale generalemetalli delle terre rarePer prepararemetalli delle terre rareCon basse impurità e elevata purezza, viene generalmente utilizzato il metodo di riduzione termica sotto vuoto. Questo metodo può produrre tutti i singoli metalli delle terre rare, masamario,europio,,tulio,itterbionon può essere prodotto utilizzando questo metodo. Il potenziale redox disamario,europio,,tulio,itterbioe il calcio riduce solo parzialmenteterre rarefluoruro. Generalmente, la preparazione di questi metalli si basa sui principi dell'elevata pressione di vapore di questi metalli e della bassa pressione di vapore dilantanio metallicos. Gli ossidi di questi quattroterre raresono mescolati con frammenti dilantanio metallicos e compressi in blocchi, e ridotti in un forno sotto vuoto.Lantanioè più attivo, mentresamario,europio,,tulio,itterbiosono ridotti in oro dalantanioe raccolto tramite condensazione, rendendolo facile da separare dalle scorie.
Data di pubblicazione: 07-11-2023