Úvod do technologie průmyslu vzácných zemin
·Vzácné zeminy iNení to kovový prvek, ale souhrnný termín pro 15 prvků vzácných zemin ayttriumaskandium17 prvků vzácných zemin a jejich různé sloučeniny proto mají různá využití, od chloridů s čistotou 46 % až po jednotlivé oxidy vzácných zemin akovy vzácných zemins čistotou 99,9999 %. Přidáním příbuzných sloučenin a směsí existuje nespočet produktů vzácných zemin. Takže,vzácné zeminyTechnologie je také rozmanitá na základě rozdílů mezi těmito 17 prvky. Vzhledem k tomu, že prvky vzácných zemin lze však rozdělit na cer ayttriumSkupiny založené na charakteristikách minerálů, těžba, tavení a separace minerálů vzácných zemin jsou také relativně sjednocené. Počínaje počáteční těžbou rudy budou postupně představeny metody separace, tavení, extrakce a čištění vzácných zemin.
Zpracování minerálů vzácných zemin
·Zpracování nerostů je mechanický proces zpracování, který využívá rozdíly ve fyzikálních a chemických vlastnostech mezi různými minerály, které tvoří rudu, a využívá různé metody, procesy a zařízení pro obohacení užitečných minerálů v rudě, odstranění škodlivých nečistot a jejich oddělení od hlušiny.
·Vvzácné zeminyrud těžených po celém světě, obsahoxidy vzácných zeminje jen několik procent a některé i nižší. Aby bylo možné splnit výrobní požadavky tavení,vzácné zeminyMinerály se oddělují od hlušiny a dalších užitečných minerálů obohacováním před tavením, aby se zvýšil obsah oxidů vzácných zemin a získaly se koncentráty vzácných zemin, které splňují požadavky metalurgie vzácných zemin. Zušlechťování rud vzácných zemin se obvykle provádí flotační metodou, často doplněnou o několik kombinací gravitační a magnetické separace, čímž se vytvoří tok obohacovacího procesu.
Ten/Ta/Tovzácné zeminyLožisko v dole Baiyunebo ve Vnitřním Mongolsku je ložisko železnatého dolomitu karbonátového typu, které se skládá převážně z doprovodných minerálů vzácných zemin v železné rudě (kromě fluorouhlíkové rudy, ceru a monazitu se zde nachází také několikniobavzácné zeminyminerály).
Vytěžená ruda obsahuje asi 30 % železa a asi 5 % oxidů vzácných zemin. Po rozdrcení velké rudy v dole je vlakem přepravována do obohacovacího závodu společnosti Baotou Iron and Steel Group Company. Úkolem obohacovacího závodu je zvyšovat...Fe2O3z 33 % na více než 55 %, nejprve mletím a tříděním na kuželovém kulovém mlýně a poté výběrem primárního železného koncentrátu s obsahem 62–65 % Fe2O3 (oxid železa) za použití válcového magnetického separátoru. Hlušina dále podléhá flotaci a magnetické separaci za účelem získání sekundárního koncentrátu železa obsahujícího více než 45 %Fe2O3(oxid železa). Vzácné zeminy jsou obohaceny flotační pěnou o obsahu 10–15 %. Koncentrát lze selektovat pomocí třepačky za účelem výroby hrubého koncentrátu s obsahem REO 30 %. Po přepracování v obohacovacím zařízení lze získat koncentrát vzácných zemin s obsahem REO přes 60 %.
Metoda rozkladu koncentrátu kovů vzácných zemin
·Vzácné zeminyPrvky v koncentrátech se obvykle vyskytují ve formě nerozpustných uhličitanů, fluoridů, fosfátů, oxidů nebo silikátů. Prvky vzácných zemin musí být přeměněny na sloučeniny rozpustné ve vodě nebo anorganických kyselinách různými chemickými změnami a poté podrobeny procesům, jako je rozpouštění, separace, čištění, koncentrace nebo kalcinace, za vzniku různých směsí.vzácné zeminysloučeniny, jako jsou směsi chloridů vzácných zemin, které lze použít jako produkty nebo suroviny pro separaci jednotlivých prvků vzácných zemin. Tento proces se nazývávzácné zeminyrozklad koncentrátu, známý také jako předčištění.
· Existuje mnoho metod rozkladuvzácné zeminykoncentráty, které lze obecně rozdělit do tří kategorií: kyselá metoda, alkalická metoda a chlorační rozklad. Kyselý rozklad lze dále rozdělit na rozklad kyselinou chlorovodíkovou, rozklad kyselinou sírovou a rozklad kyselinou fluorovodíkovou. Alkalický rozklad lze dále rozdělit na rozklad hydroxidu sodného, tavení hydroxidu sodného nebo pražení sodou. Vhodný procesní postup se obecně volí na základě principů typu koncentrátu, charakteristik jakosti, produktového plánu, vhodnosti pro regeneraci a komplexní využití prvků než vzácných zemin, přínosu pro hygienu práce a ochranu životního prostředí a ekonomické racionality.
·Ačkoli bylo objeveno téměř 200 vzácných a rozptýlených minerálů, nebyly kvůli své vzácnosti obohaceny do samostatných ložisek průmyslovou těžbou. Dosud byly nalezeny pouze vzácné nezávislégermanium, selenatelurLožiska byla objevena, ale jejich rozsah není příliš velký.
Tavení vzácných zemin
· Existují dva způsobyvzácné zeminytavení, hydrometalurgie a pyrometalurgie.
·Celý proces hydrometalurgie vzácných zemin a chemické metalurgie kovů probíhá převážně v roztoku a rozpouštědle, jako je rozklad koncentrátu vzácných zemin, separace a extrakceoxidy vzácných zemin, sloučeniny a jednotlivé kovy vzácných zemin, které využívají chemické separační procesy, jako je srážení, krystalizace, oxidačně-redukční extrakce, extrakce rozpouštědlem a iontová výměna. Nejčastěji používanou metodou je extrakce organickým rozpouštědlem, což je univerzální proces pro průmyslovou separaci vysoce čistých jednotlivých prvků vzácných zemin. Hydrometalurgický proces je složitý a čistota produktu je vysoká. Tato metoda má široké uplatnění při výrobě hotových výrobků.
Pyrometalurgický proces je jednoduchý a má vysokou produktivitu.Vzácné zeminyPyrometalurgie zahrnuje hlavně výrobuslitiny vzácných zeminsilikotermickou redukční metodou, výrobou kovů nebo slitin vzácných zemin elektrolýzou roztavených solí a výrobouslitiny vzácných zeminmetodou tepelné redukce kovů atd.
Společným rysem pyrometalurgie je výroba za podmínek vysokých teplot.
Proces výroby vzácných zemin
·Vzácné zeminyuhličitan achlorid vzácných zeminjsou dva hlavní primární produkty vvzácné zeminyprůmysl. Obecně řečeno, v současné době existují dva hlavní procesy pro výrobu těchto dvou produktů. Jeden proces je proces pražení koncentrovanou kyselinou sírovou a druhý proces se nazývá proces s louhem sodným, zkráceně proces s hydroxidem sodným.
·Kromě toho, že jsou přítomny v různých minerálech vzácných zemin, významná částprvky vzácných zeminv přírodě koexistují s apatitem a fosfátovými horninami. Celkové světové zásoby fosfátových rud jsou přibližně 100 miliard tun s průměrnouvzácné zeminyobsah 0,5 ‰. Odhaduje se, že celkové množstvívzácné zeminyCelosvětová těžba fosfátových rud je 50 milionů tun. V reakci na charakteristiky nízkýchvzácné zeminyVzhledem k obsahu a zvláštnímu výskytu v dolech byly v tuzemsku i v zahraničí studovány různé procesy získávání, které lze rozdělit na mokré a termické metody. Mokré metody lze rozdělit na metodu s kyselinou dusičnou, metodu s kyselinou chlorovodíkovou a metodu sírovou podle různých rozkladných kyselin. Existují různé způsoby, jak získat vzácné zeminy z fosforu chemickými procesy, které všechny úzce souvisejí s metodami zpracování fosfátové rudy. Během termického výrobního procesu...vzácné zeminyMíra zotavení může dosáhnout 60 %.
Vzhledem k neustálému využívání zdrojů fosfátových hornin a posunu směrem k rozvoji fosfátových hornin nízké kvality se mokrý proces s kyselinou sírovou a kyselinou fosforečnou stal hlavní metodou ve fosfátovém chemickém průmyslu a získávání...prvky vzácných zeminV mokrém procesu výroby kyseliny sírové se kyselina fosforečná stala výzkumným centrem. V procesu výroby kyseliny sírové mokrým procesem kyseliny fosforečné má proces řízení obohacení vzácných zemin kyselinou fosforečnou a následné použití extrakce organickým rozpouštědlem k extrakci vzácných zemin více výhod než dříve vyvinuté metody.
Proces extrakce vzácných zemin
Rozpustnost kyseliny sírové
Cerskupina (nerozpustná v komplexních sulfátových solích) –lanthan, cer, praseodym, neodyma promethium;
Terbiumskupina (málo rozpustná v komplexních sulfátových solích) -samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosiumaholmium;
Yttriumskupina (rozpustná v komplexních sulfátových solích) –yttrium, erbium, thulium, ytterbium,luteciumaskandium.
Extrakční separace
Světlovzácné zeminy(P204 extrakce se slabou kyselostí) –lanthan,cer, praseodym,neodyma promethium;
Střední vzácné zeminy (extrakce s nízkou kyselostí P204) -samarium,europium,gadolinium,terbium,dysprosium;
Těžkývzácné zeminyprvky(extrakce kyselostí v P204) -holmium,
Úvod do procesu extrakce
V procesu oddělováníprvky vzácných zemin,kvůli extrémně podobným fyzikálním a chemickým vlastnostem 17 prvků a také kvůli množství doprovodných nečistot vprvky vzácných zemin, proces extrakce je relativně složitý a běžně používaný.
Existují tři typy extrakčních procesů: postupná metoda, iontová výměna a extrakce rozpouštědlem.
Postup krok za krokem
Metoda separace a čištění využívající rozdíl v rozpustnosti sloučenin v rozpouštědlech se nazývá kroková metoda.yttrium(Y) ažlutecium(Lu), jediné oddělení mezi všemi přirozeně se vyskytujícímiprvky vzácných zemin, včetně radia objeveného manželi Curieovými,
Všechny jsou touto metodou odděleny. Provozní postup této metody je poměrně složitý a jediné oddělení všech prvků vzácných zemin trvalo přes 100 let, přičemž jedno oddělení a opakovaná operace dosáhly 20 000krát. Pro chemické pracovníky je jejich práce...
Pevnost je relativně vysoká a proces je poměrně složitý. Proto touto metodou nelze vyrábět velké množství jedné vzácné zeminy.
Iontová výměna
Výzkum prvků vzácných zemin byl brzděn neschopností vytvořit jedinýprvek vzácných zeminve velkém množství pomocí postupných metod. Aby bylo možné analyzovatprvky vzácných zeminobsažených v produktech jaderného štěpení a odstranění prvků vzácných zemin z uranu a thoria byla úspěšně studována iontoměničová chromatografie (iontoměničová chromatografie), která byla poté použita k separaciprvek vzácných zeminVýhodou metody iontové výměny je, že v jedné operaci lze oddělit více prvků. A také lze získat produkty s vysokou čistotou. Nevýhodou je však nemožnost kontinuálního zpracování s dlouhým provozním cyklem a vysokými náklady na regeneraci a výměnu pryskyřice. Proto byla tato kdysi hlavní metoda pro oddělování velkého množství kovů vzácných zemin z hlavních separačních metod vyřazena a nahrazena metodou extrakce rozpouštědlem. Vzhledem k vynikajícím vlastnostem iontové výměnné chromatografie při získávání vysoce čistých produktů vzácných zemin je však v současné době nutné k oddělení a výrobě produktů vzácných zemin použít iontovou výměnnou chromatografii, aby se vyrobily produkty s ultra vysokou čistotou a oddělily se některé těžké prvky vzácných zemin.
Extrakce rozpouštědlem
Metoda využívající organická rozpouštědla k extrakci a separaci extrahované látky z nemísitelného vodného roztoku se nazývá extrakce kapalina-kapalina organickým rozpouštědlem, zkráceně extrakce rozpouštědlem. Jedná se o proces přenosu hmoty, který přenáší látky z jedné kapalné fáze do druhé. Metoda extrakce rozpouštědlem byla dříve používána v petrochemii, organické chemii, farmaceutické chemii a analytické chemii. V posledních čtyřiceti letech však díky rozvoji vědy a techniky v oblasti atomové energie a také potřebě výroby ultračistých látek a vzácných prvků dosáhla extrakce rozpouštědlem velkého pokroku v odvětvích, jako je jaderný průmysl a metalurgie vzácných zemin. Čína dosáhla vysoké úrovně výzkumu v teorii extrakce, syntéze a aplikaci nových extrakčních činidel a extrakčním procesu pro separaci prvků vzácných zemin. Ve srovnání se separačními metodami, jako je stupňovité srážení, stupňovitá krystalizace a iontová výměna, má extrakce rozpouštědlem řadu výhod, jako je dobrý separační účinek, velká výrobní kapacita, pohodlí pro rychlou a kontinuální výrobu a snadné dosažení automatického řízení. Proto se postupně stala hlavní metodou pro separaci velkého množství.vzácné zeminys.
Čištění vzácných zemin
Výrobní suroviny
Kovy vzácných zeminse obecně dělí na směsné kovy vzácných zemin a jednotlivékovy vzácných zeminSložení směsikovy vzácných zeminje podobné původnímu složení vzácných zemin v rudě a jeden kov je kov oddělený a rafinovaný z každé vzácné zeminy. Je obtížné ho redukovatoxid vzácných zemins (s výjimkou oxidůsamarium,europium,, thulium,ytterbium) do jednoho kovu za použití obecných metalurgických metod, a to díky jejich vysokému tepelnému teplu a vysoké stabilitě. Proto jsou běžně používanými surovinami pro výrobukovy vzácných zeminv dnešní době jsou to jejich chloridy a fluoridy.
Elektrolýza roztavené soli
Hromadná výroba smíšenýchkovy vzácných zeminV průmyslu se obecně používá metoda elektrolýzy roztavených solí. Existují dvě metody elektrolýzy: chloridová elektrolýza a oxidová elektrolýza. Způsob přípravy jednékovy vzácných zeminliší se v závislosti na prvku.samarium,europium,,thulium,ytterbiumnejsou vhodné pro elektrolytickou přípravu kvůli vysokému tlaku par a místo toho se připravují redukční destilací. Jiné prvky lze připravit elektrolýzou nebo metodou termické redukce kovů.
Chloridová elektrolýza je nejběžnější metodou výroby kovů, zejména směsí kovů vzácných zemin. Proces je jednoduchý, nákladově efektivní a vyžaduje minimální investice. Největší nevýhodou je však uvolňování plynného chloru, který znečišťuje životní prostředí. Oxidová elektrolýza neuvolňuje škodlivé plyny, ale náklady jsou o něco vyšší. Obecně platí, že drahé jednotlivé...vzácné zeminyjako napříkladneodymapraseodymse vyrábějí pomocí oxidové elektrolýzy.
Metoda vakuové redukční elektrolýzy umožňuje přípravu pouze běžně průmyslovýchkovy vzácných zeminPřipravitkovy vzácných zemins nízkými nečistotami a vysokou čistotou se obvykle používá metoda vakuové termické redukce. Touto metodou lze vyrobit všechny jednotlivé kovy vzácných zemin, alesamarium,europium,,thulium,ytterbiumnelze touto metodou vyrobit. Redoxní potenciálsamarium,europium,,thulium,ytterbiuma vápník snižuje pouze částečněvzácné zeminyfluorid. Příprava těchto kovů je obecně založena na principech vysokého tlaku par těchto kovů a nízkého tlaku parlanthan kovs. Oxidy těchto čtyřvzácné zeminyjsou smíchány s fragmentylanthan kova stlačeny do bloků a redukovány ve vakuové peci.Lanthanje aktivnější, zatímcosamarium,europium,,thulium,ytterbiumjsou redukovány na zlatolanthana shromažďuje se kondenzací, což usnadňuje jeho oddělení od strusky.
Čas zveřejnění: 7. listopadu 2023