Introduzione alla tecnologia dell'industria delle terre rare
·Terre rare iNon è un elemento metallico, ma un termine collettivo per 15 elementi delle terre rare eittrioEscandio.Pertanto 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 correlati, si ottengono innumerevoli prodotti di terre rare.COSÌ,terra rarala tecnologia è diversificata anche in base alle differenze di questi 17 elementi.Tuttavia, a causa del fatto che gli elementi delle terre rare possono essere suddivisi in cerio eittrioanche i gruppi basati sulle caratteristiche minerali, i processi di estrazione, fusione e separazione dei minerali delle terre rare sono relativamente unificati.A partire 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 dei minerali 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, utilizza diversi metodi, processi e attrezzature di arricchimento per arricchire minerali utili nel minerale, rimuovere impurità dannose e separarle dai minerali della ganga.
·Nelterra raraminerali estratti in tutto il mondo, il contenuto diossidi di terre rareè solo una piccola percentuale, e alcuni anche inferiore.Per soddisfare le esigenze di produzione della fusione,terra rarai minerali vengono separati dai minerali della ganga e da altri minerali utili mediante 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 delle terre rare adotta generalmente il metodo di flottazione, spesso integrato da molteplici combinazioni di gravità e separazione magnetica per formare un flusso del processo di arricchimento.
ILterra raraIl deposito nella miniera di Baiyunebo nella Mongolia Interna è un deposito di tipo carbonatico di dolomite di ferro, composto principalmente da minerali di terre rare che accompagnano il minerale di ferro (oltre al minerale di cerio fluorocarburico e alla monazite, ci sono anche diversiniobioEterra raraminerali).
Il minerale estratto contiene circa il 30% di ferro e circa il 5% di ossidi di terre rare. Dopo aver frantumato il grande minerale nella 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 macinando e calibrando su un mulino a sfere coniche, quindi selezionando un concentrato di ferro primario pari al 62-65% Fe2O3 (ossido di ferro) utilizzando un separatore magnetico cilindrico.Gli sterili continuano a subire la flottazione e la separazione magnetica per ottenere un concentrato di ferro secondario contenente più del 45%Fe2O3(ossido di ferro).Le terre rare sono arricchite in schiuma di flottazione, con una gradazione 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 mediante apparecchiature di arricchimento, è possibile ottenere un concentrato di terre rare con un contenuto di REO superiore al 60%.
Metodo di decomposizione del concentrato di terre rare
·Terra raragli elementi nei concentrati esistono generalmente sotto forma di carbonati insolubili, fluoruri, fosfati, ossidi o silicati.Gli elementi delle terre rare devono essere convertiti in composti solubili in acqua o acidi inorganici attraverso vari cambiamenti chimici e quindi sottoposti a processi come dissoluzione, separazione, purificazione, concentrazione o calcinazione per produrre varie misceleterra raracomposti come 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 si chiamaterra raradecomposizione del concentrato, nota anche come pretrattamento.
·Esistono molti metodi per la decomposizioneterra raraconcentrati, che possono essere generalmente suddivisi in tre categorie: metodo acido, metodo alcalino e decomposizione mediante clorazione.La decomposizione acida può essere ulteriormente suddivisa in decomposizione dell'acido cloridrico, decomposizione dell'acido solforico e decomposizione dell'acido fluoridrico.La decomposizione degli alcali può essere ulteriormente suddivisa in metodi di decomposizione dell'idrossido di sodio, fusione dell'idrossido di sodio o tostatura della soda.Il flusso di processo appropriato viene generalmente selezionato in base ai principi del tipo di concentrato, delle caratteristiche della qualità, del piano di prodotto, della convenienza per il recupero e l'utilizzo completo di elementi non delle terre rare, dei benefici per l'igiene del lavoro e della protezione dell'ambiente e della razionalità economica.
·Sebbene siano stati scoperti quasi 200 minerali di elementi rari e dispersi, a causa della loro rarità non sono stati arricchiti in depositi indipendenti con attività di estrazione industriale.Finora, solo rari indipendentigermanio, selenio, Etelluriosono stati scoperti depositi, ma la scala dei depositi non è molto grande.
Fusione di terre rare
·Esistono due metodi perterra rarafusione, idrometallurgia e pirometallurgia.
·L'intero processo di idrometallurgia delle terre rare e metallurgia chimica dei metalli è 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 solventi e scambio ionico.Il metodo più comunemente utilizzato è l'estrazione con solventi organici, che è un processo universale per la separazione industriale di singoli elementi di terre rare di elevata purezza.Il processo idrometallurgico è complesso e la purezza del prodotto è elevata.Questo metodo ha una vasta gamma di applicazioni nella produzione di prodotti finiti.
Il processo pirometallurgico è semplice e ha un'elevata produttività.Terra rarala pirometallurgia comprende principalmente la produzione dileghe di terre raremediante il metodo di riduzione silicotermica, la produzione di metalli o leghe delle terre rare mediante il metodo dell'elettrolisi del sale fuso e la produzione dileghe di terre raremediante il 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
·Terra raracarbonato ecloruro di terre raresono i due principali prodotti primari delterra raraindustria.In generale, attualmente esistono due processi principali per la produzione di questi due prodotti.Un processo è il processo di tostatura dell'acido solforico concentrato e l'altro processo è chiamato processo della soda caustica, abbreviato come processo della soda caustica.
·Oltre ad essere presente in vari minerali delle terre rare, una parte significativa dielementi delle terre rarein natura coesistono con apatite e minerali rocciosi fosfatici.Le riserve totali di minerale di fosfato mondiale ammontano in media a circa 100 miliardi di tonnellateterra raracontenuto di 0,5 ‰.Si stima che l'importo totale diterra raraassociato al minerale di fosfato nel mondo è di 50 milioni di tonnellate.In risposta alle caratteristiche di bassoterra raracontenuto e lo stato di presenza speciale nelle miniere, sono stati studiati vari processi di recupero sia a livello nazionale che internazionale, che possono essere suddivisi in metodi umidi e termici.Nei metodi umidi, possono essere suddivisi in metodo dell'acido nitrico, metodo dell'acido cloridrico e metodo dell'acido solforico in base ai diversi acidi di decomposizione.Esistono vari modi per recuperare le terre rare dai processi chimici del fosforo, tutti strettamente correlati ai metodi di lavorazione del minerale fosfato.Durante il processo di produzione termica, ilterra rarail tasso di recupero può raggiungere il 60%.
Con l'utilizzo continuo delle risorse di roccia fosfatica e lo spostamento verso lo sviluppo di roccia fosfatica di bassa qualità, il processo con acido fosforico con processo umido di acido solforico è diventato il metodo principale nell'industria chimica dei fosfati e il recupero dielementi delle terre rarenel processo a umido dell'acido solforico l'acido fosforico è diventato un punto caldo della ricerca.Nel processo di produzione dell'acido fosforico con processo umido di acido solforico, il processo di controllo dell'arricchimento delle terre rare in acido fosforico e quindi l'utilizzo dell'estrazione con solventi organici per estrarre le terre rare presenta più vantaggi rispetto ai metodi sviluppati in precedenza.
Processo di estrazione delle terre rare
Solubilità dell'acido solforico
Ceriogruppo (insolubile nei sali complessi solfato) –lantanio, cerio, praseodimio, neodimioe promezio;
Terbiogruppo (leggermente solubile nei sali complessi solfati) -samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, EOlmio;
Ittriogruppo (solubile in sali complessi solfati) –ittrio, erbio, tulio, itterbio,lutezio, Escandio.
Separazione dell'estrazione
Leggeroterra rara(P204 estrazione acidità debole) –lantanio,cerio, praseodimio,neodimioe promezio;
Pesanteterra raraelementi(estrazione dell'acidità in P204) -Olmio,
Introduzione al processo di estrazione
In fase di separazioneelementi delle terre rare,a causa delle proprietà fisiche e chimiche estremamente simili di 17 elementi, nonché dell'abbondanza di impurità che li accompagnanoelementi delle terre rare, il processo di estrazione è relativamente complesso e comunemente utilizzato.
Esistono tre tipi di processi di estrazione: metodo passo-passo, 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), un'unica separazione tra tutti gli elementi presenti in naturaelementi delle terre rare, compreso il radio scoperto dai coniugi Curie,
Sono 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 più di 100 anni, con una separazione e un'operazione ripetuta che ha raggiunto le 20.000 volte.Per i lavoratori del settore chimico, il loro lavoro
La forza è relativamente elevata e il processo è relativamente complesso.Pertanto, utilizzando 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'impossibilità di produrne uno soloelemento 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 rareS.Il vantaggio del metodo di scambio ionico è che più elementi possono essere separati in un'unica operazione.E può anche ottenere prodotti di elevata purezza.Lo svantaggio però è che non può essere lavorato in continuo, con un ciclo operativo lungo e costi elevati per la rigenerazione e il cambio della resina.Pertanto, questo metodo, una volta principale per separare grandi quantità di terre rare, è stato ritirato dal metodo di separazione tradizionale e sostituito dal metodo di estrazione con solvente.Tuttavia, a causa delle eccezionali caratteristiche della cromatografia a scambio ionico nell'ottenimento di singoli prodotti di terre rare di elevata purezza, attualmente, per produrre singoli prodotti di altissima purezza e separare alcuni elementi pesanti di terre rare, è anche necessario utilizzare la cromatografia a scambio ionico per separare e produrre un prodotto di terre rare.
Estrazione mediante solvente
Il metodo di utilizzo di solventi organici per estrarre e separare la sostanza estratta da una soluzione acquosa immiscibile è chiamato estrazione liquido-liquido con solvente organico, abbreviato come estrazione con solvente.È un processo di trasferimento di massa che trasferisce sostanze da una fase liquida a un'altra.Il metodo di estrazione con solvente è stato applicato in precedenza nel settore petrolchimico, chimica organica, chimica farmaceutica e chimica analitica.Tuttavia, negli ultimi quarant'anni, a causa dello sviluppo della scienza e della tecnologia dell'energia atomica, nonché della necessità di produrre sostanze ultrapure ed elementi rari, l'estrazione con solventi ha fatto grandi progressi in settori come l'industria dei combustibili nucleari e la metallurgia rara. .La Cina ha raggiunto un alto livello di ricerca nella teoria dell’estrazione, nella sintesi e nell’applicazione di nuovi estraenti e nel processo di estrazione per la separazione degli elementi delle terre rare.Rispetto ai metodi di separazione come la precipitazione graduale, la cristallizzazione graduale e lo scambio ionico, l'estrazione con solvente presenta una serie di vantaggi come un buon effetto di separazione, una grande capacità di produzione, la comodità di una produzione rapida e continua e un controllo automatico facile da ottenere.Pertanto, è gradualmente diventato il metodo principale per separare grandi quantità diterra raras.
Purificazione delle terre rare
Materie prime di produzione
Metalli delle terre raresono generalmente divisi in metalli delle terre rare misti e singolimetalli delle terre rare.La composizione del mistometalli delle terre rareè simile alla composizione originale delle terre rare nel minerale e un singolo metallo è un metallo separato e raffinato da ciascuna terra rara.È difficile da ridurreossido di terre rares (ad eccezione degli ossidi disamario,europio,, tulio,itterbio) in un unico metallo utilizzando metodi metallurgici generali, a causa del loro elevato calore di formazione e dell'elevata stabilità.Pertanto, le materie prime comunemente utilizzate per la produzione dimetalli delle terre rareal giorno d'oggi sono i loro cloruri e fluoruri.
Elettrolisi dei sali fusi
La produzione di massa di mistometalli delle terre rarenell'industria viene generalmente utilizzato il metodo dell'elettrolisi dei sali fusi.Esistono due metodi di elettrolisi: elettrolisi del cloruro ed 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 pressione di vapore e vengono invece preparati utilizzando il metodo di distillazione di riduzione.Altri elementi possono essere preparati mediante elettrolisi o metodo di riduzione termica del metallo.
L'elettrolisi del cloruro è il metodo più comune per la produzione di metalli, in particolare per i metalli misti delle terre rare.Il processo è semplice, conveniente e richiede investimenti minimi.Tuttavia, lo svantaggio più grande è il rilascio di gas di cloro, che inquina l’ambiente.L'elettrolisi dell'ossido non rilascia gas nocivi, ma il costo è leggermente superiore.Generalmente, single ad alto prezzoterre raread esempioneodimioEpraseodimiosono prodotti utilizzando l'elettrolisi dell'ossido.
Il metodo dell'elettrolisi con riduzione del vuoto può preparare solo prodotti di tipo industriale generalemetalli delle terre rare.Per prepararemetalli delle terre rarecon basse impurità ed 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 si riduce solo parzialmenteterra rarafluoruro.Generalmente, la preparazione di questi metalli si basa sui principi di elevata pressione di vapore di questi metalli e bassa pressione di vaporelantanio metallicoS.Gli ossidi di questi quattroterre raresono mescolati con frammenti dilantanio metallicos e compresso in blocchi e ridotto in un forno a vuoto.Lantanioè più attivo, mentresamario,europio,,tulio,itterbiosono ridotti in oro dalantanioe raccolto sulla condensa, facilitandone la separazione dalle scorie.
Orario di pubblicazione: 07-nov-2023