Johdatus harvinaisten maametallien teollisuusteknologiaan
·Harvinaisten maametallien iei ole metallinen alkuaine, vaan yhteisnimitys 15 harvinaiselle maametallille jayttriumjaskandiumSiksi 17 harvinaisella maametallilla ja niiden erilaisilla yhdisteillä on erilaisia käyttötarkoituksia, aina 46 %:n puhtausasteella olevista klorideista yksittäisiin harvinaisten maametallien oksideihin jaharvinaiset maametallitja sen puhtaus on 99,9999 %. Lisäämällä samankaltaisia yhdisteitä ja seoksia saadaan lukemattomia harvinaisten maametallien tuotteita. Joten,harvinaisten maametallienteknologia on myös monimuotoinen näiden 17 alkuaineen erojen perusteella. Koska harvinaiset maametallit voidaan kuitenkin jakaa ceriumiin jayttriumMineraalien ominaisuuksiin perustuvissa ryhmissä harvinaisten maametallien louhinta-, sulatus- ja erotusprosessit ovat myös suhteellisen yhtenäisiä. Alkuperäisestä malminlouhinnasta alkaen harvinaisten maametallien erotusmenetelmät, sulatusprosessit, uuttomenetelmät ja puhdistusprosessit esitellään yksi kerrallaan.
Harvinaisten maametallien mineraalien rikastus
· Mineraalien rikastus on mekaaninen prosessointiprosessi, jossa hyödynnetään malmia muodostavien eri mineraalien fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien eroja, käytetään erilaisia rikastusmenetelmiä, -prosesseja ja -laitteita malmin hyödyllisten mineraalien rikastamiseksi, haitallisten epäpuhtauksien poistamiseksi ja niiden erottamiseksi sivukivimineraaleista.
·Siinäharvinaisten maametallienmaailmanlaajuisesti louhittujen malmien sisältöharvinaisten maametallien oksiditon vain muutama prosentti, ja jotkut jopa alhaisemmat. Sulatuksen tuotantovaatimusten täyttämiseksiharvinaisten maametallienMineraalit erotetaan sivukivestä ja muista hyödyllisistä mineraaleista rikastuksen avulla ennen sulatusta, jotta voidaan lisätä harvinaisten maametallien oksidien pitoisuutta ja saada harvinaisten maametallien metallurgian vaatimukset täyttäviä harvinaisten maametallien rikasteita. Harvinaisten maametallien rikastuksessa käytetään yleensä vaahdotusmenetelmää, jota usein täydennetään useilla painovoiman ja magneettisen erottelun yhdistelmillä rikastusprosessin virtauksen muodostamiseksi.
Theharvinaisten maametallienSisä-Mongoliassa sijaitsevan Baiyunebon kaivoksen esiintymä on karbonaattikivityyppinen rautadolomiitin esiintymä, joka koostuu pääasiassa rautamalmin mukana olevista harvinaisista maametalleista (fluorihiilivetymalmin ja monasiitin lisäksi on myös useitaniobiumjaharvinaisten maametallienmineraalit).
Louhittu malmi sisältää noin 30 % rautaa ja noin 5 % harvinaisten maametallien oksideja. Kun suuri malmi on murskattu kaivoksessa, se kuljetetaan junalla Baotou Iron and Steel Group Companyn rikastuslaitokseen. Rikastuslaitoksen tehtävänä on lisätäFe2O333 prosentista yli 55 prosenttiin jauhamalla ja lajittelemalla ensin kartiomaisella kuulamyllyllä ja valitsemalla sitten primaarisen rautakonsentraatin, jossa on 62–65 % Fe2O3:a (rautaoksidi) käyttäen sylinterimäistä magneettierottelijaa. Rikastushiekka käy läpi edelleen vaahdotuksen ja magneettierottelun, jotta saadaan toissijainen rautakonsentraatti, joka sisältää yli 45 %Fe2O3(rautaoksidi). Harvinaisia maametalleja rikastetaan vaahdotusvaahdossa, ja niiden raekoko on 10–15 %. Riemaste voidaan valita ravistuspöydällä, jolloin saadaan karkeaa rikastetta, jonka REO-pitoisuus on 30 %. Rikastuslaitteilla uudelleenkäsitellyn harvinaisten maametallien rikasteen REO-pitoisuus on yli 60 %.
Harvinaisten maametallien rikasteen hajoamismenetelmä
·Harvinaiset maametallitTiivisteiden alkuaineet esiintyvät yleensä liukenemattomien karbonaattien, fluoridien, fosfaattien, oksidien tai silikaattien muodossa. Harvinaisten maametallien alkuaineet on muunnettava veteen tai epäorgaanisiin happoihin liukeneviksi yhdisteiksi erilaisten kemiallisten muutosten avulla, ja sitten ne on käsiteltävä prosesseissa, kuten liuottaminen, erottaminen, puhdistaminen, väkevöinti tai kalsinointi, jolloin saadaan erilaisia sekalaisia alkuaineita.harvinaisten maametallienyhdisteitä, kuten sekalaisia harvinaisten maametallien klorideja, joita voidaan käyttää tuotteina tai raaka-aineina yksittäisten harvinaisten maametallien erottamiseen. Tätä prosessia kutsutaanharvinaisten maametallienrikasteen hajoaminen, joka tunnetaan myös esikäsittelynä.
· Hajoamiseen on monia menetelmiäharvinaisten maametallientiivisteet, jotka voidaan yleensä jakaa kolmeen luokkaan: happomenetelmä, alkalimenetelmä ja klooraushajoaminen. Happohajoaminen voidaan edelleen jakaa suolahappohajoamiseen, rikkihapon hajoamiseen ja fluorivetyhapon hajoamiseen. Emäshajoaminen voidaan edelleen jakaa natriumhydroksidin hajoamiseen, natriumhydroksidin sulatukseen tai soodapasutusmenetelmiin. Sopiva prosessivirtaus valitaan yleensä tiivistetyypin, laatuominaisuuksien, tuotesuunnitelman, muiden kuin harvinaisten maametallien talteenoton ja kattavan hyödyntämisen helppouden, työhygienian ja ympäristönsuojelun hyötyjen sekä taloudellisen järkevyyden perusteella.
·Vaikka lähes 200 harvinaista ja hajallaan olevaa alkuainemineraalia on löydetty, niitä ei ole harvinaisuutensa vuoksi rikastettu itsenäisiksi esiintymiksi teollisella louhinnalla. Tähän mennessä vain harvinaisia itsenäisiägermanium, seleenijatelluuriesiintymiä on löydetty, mutta niiden laajuus ei ole kovin suuri.
Harvinaisten maametallien sulatus
· On olemassa kaksi tapaaharvinaisten maametalliensulatus, hydrometallurgia ja pyrometallurgia.
· Koko harvinaisten maametallien hydrometallurgian ja metallikemiallisen metallurgian prosessi tapahtuu enimmäkseen liuoksessa ja liuottimessa, kuten harvinaisten maametallien rikasteen hajoaminen, erottaminen ja uuttaminenharvinaisten maametallien oksidit, yhdisteitä ja yksittäisiä harvinaisia maametalleja, joissa käytetään kemiallisia erotusprosesseja, kuten saostusta, kiteytystä, hapetus-pelkistystä, liuotinuuttoa ja ioninvaihtoa. Yleisimmin käytetty menetelmä on orgaaninen liuotinuutto, joka on yleismaailmallinen prosessi erittäin puhtaiden yksittäisten harvinaisten maametallien teolliseen erottamiseen. Hydrometallurginen prosessi on monimutkainen ja tuotteen puhtaus on korkea. Tällä menetelmällä on laaja valikoima sovelluksia valmiiden tuotteiden valmistuksessa.
Pyrometallurginen prosessi on yksinkertainen ja sillä on korkea tuottavuus.Harvinaiset maametallitpyrometallurgiaan kuuluu pääasiassaharvinaisten maametallien seoksetsilikotermisellä pelkistysmenetelmällä, harvinaisten maametallien tai seosten tuotanto suolasulaelektrolyysimenetelmällä jaharvinaisten maametallien seoksetmetallin lämpöpelkistysmenetelmällä jne.
Pyrometallurgian yhteinen piirre on tuotanto korkeissa lämpötiloissa.
Harvinaisten maametallien tuotantoprosessi
·Harvinaiset maametallitkarbonaatti jaharvinaisten maametallien kloridiovat kaksi tärkeintä ensisijaista tuotettaharvinaisten maametallienteollisuudessa. Yleisesti ottaen näiden kahden tuotteen valmistukseen on tällä hetkellä kaksi pääprosessia. Toinen prosessi on väkevän rikkihapon pasutusprosessi ja toinen prosessi on nimeltään lipeäprosessi, lyhennettynä kaustisen soodan prosessi.
·Sen lisäksi, että merkittävä osa siitä on läsnä useissa harvinaisissa maametalleissa,harvinaisten maametallienluonnossa esiintyy rinnakkain apatiitti- ja fosfaattikivimineraalien kanssa. Maailman fosfaattimalmin kokonaisvarannot ovat noin 100 miljardia tonnia, ja keskimäärinharvinaisten maametallien0,5 ‰. Arvioiden mukaan kokonaismääräharvinaisten maametallienfosfaattimalmiin liittyvä maailmanlaajuinen määrä on 50 miljoonaa tonnia. Vastauksena alhaisen ominaispiirteeseenharvinaisten maametallienKaivosten sisällön ja erityisesiintymistilanteen vuoksi on tutkittu erilaisia talteenottoprosesseja sekä kotimaassa että kansainvälisesti, ja ne voidaan jakaa märkä- ja lämpömenetelmiin. Märkämenetelmissä ne voidaan jakaa typpihappomenetelmään, suolahappomenetelmään ja rikkihappomenetelmään erilaisten hajoamishappojen mukaan. Harvinaisten maametallien talteenotto fosforin kemiallisista prosesseista on useita tapoja, jotka kaikki liittyvät läheisesti fosfaattimalmin käsittelymenetelmiin. Lämpöprosessissaharvinaisten maametallientoipumisprosentti voi olla jopa 60%.
Fosfaattikivivarojen jatkuvan käytön ja heikkolaatuisen fosfaattikiven kehityksen siirtymisen myötä rikkihappomärkäprosessista fosforihappoprosessissa on tullut fosfaattikemianteollisuuden valtavirtamenetelmä, ja sen talteenottoharvinaisten maametallienRikkihapon märkäprosessissa fosforihaposta on tullut tutkimuksen keskus. Rikkihapon märkäprosessissa fosforihapon valmistuksessa harvinaisten maametallien rikastuksen kontrollointi fosforihapossa ja sen jälkeen orgaanisen liuottimen avulla tapahtuva uuttaminen tarjoavat enemmän etuja kuin aiemmin kehitetyt menetelmät.
Harvinaisten maametallien louhintaprosessi
Rikkihapon liukoisuus
Ceriumryhmä (ei liukene sulfaattikompleksisuoloihin) –lantaani, cerium praseodyymi, neodyymija prometiumia;
Terbiumryhmä (liukoinen hieman sulfaattikompleksisuoloihin) -samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosiumjaholmium;
Yttriumryhmä (liukoinen sulfaattikompleksisuoloihin) –yttrium, erbium tulium, ytterbium,lutetiumjaskandium.
Uuttoerotus
Valoharvinaisten maametallien(P204 heikon happamuuden uutto) –lantaani,cerium praseodyymi,neodyymija prometiumia;
Keskiharvinaisten maametallien (P204-uutto vähähappoisuus)samarium,europium,gadolinium,terbium,dysprosium;
Raskasharvinaisten maametallienelementit(happamuuden lisääminen P204:ään) -holmium,
Johdatus uuttoprosessiin
Eroamisprosessissaharvinaisten maametallien,johtuen 17 alkuaineen erittäin samankaltaisista fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista sekä niissä olevien epäpuhtauksien runsaudestaharvinaisten maametallien, uuttoprosessi on suhteellisen monimutkainen ja yleisesti käytetty.
Uuttoprosesseja on kolmea tyyppiä: vaiheittainen menetelmä, ioninvaihto ja liuotinuutto.
Vaiheittainen menetelmä
Erotus- ja puhdistusmenetelmää, jossa käytetään yhdisteiden liukoisuuden eroa liuottimissa, kutsutaan vaiheittaiseksi menetelmäksi.yttrium(Y) kohtilutetium(Lu), yksi ainoa ero kaikkien luonnossa esiintyvien välilläharvinaisten maametallien, mukaan lukien Curien pariskunnan löytämä radium,
Ne kaikki erotetaan tällä menetelmällä. Menetelmän toimintatapa on suhteellisen monimutkainen, ja kaikkien harvinaisten maametallien erotuskerta kesti yli 100 vuotta, ja yksi erotus ja toistettu operaatio ylsivät 20 000 kertaan. Kemianteollisuuden työntekijöiden työ
Lujuus on suhteellisen korkea ja prosessi suhteellisen monimutkainen. Siksi tällä menetelmällä ei voida tuottaa yhtä harvinaista maametallia suuria määriä.
Ioninvaihto
Harvinaisten maametallien tutkimustyötä on haitannut kyvyttömyys tuottaa yhtä ainoaaharvinaisten maametalliensuurina määrinä vaiheittaisilla menetelmillä. Jotta voitaisiin analysoidaharvinaisten maametallienydinfissiotuotteissa olevien ja harvinaisten maametallien poistamiseksi uraanista ja toriumista, ioninvaihtokromatografiaa (ioninvaihtokromatografia) tutkittiin onnistuneesti, ja sitä käytettiin sitten erottamiseenharvinaisten maametalliens. Ioninvaihtomenetelmän etuna on, että useita alkuaineita voidaan erottaa yhdellä työvaiheella. Ja sillä voidaan myös saada erittäin puhtaita tuotteita. Haittapuolena on kuitenkin se, että sitä ei voida käsitellä jatkuvasti, ja sen käyttösykli on pitkä ja hartsin regenerointi ja vaihto ovat kustannuksiltaan korkeat. Siksi tämä aikoinaan tärkein menetelmä harvinaisten maametallien suurten määrien erottamiseen on poistettu valtavirran erotusmenetelmästä ja korvattu liuotinuuttomenetelmällä. Ioninvaihtokromatografian erinomaisten ominaisuuksien vuoksi erittäin puhtaiden yksittäisten harvinaisten maametallien tuotteiden saamisessa on kuitenkin tällä hetkellä tarpeen käyttää ioninvaihtokromatografiaa myös harvinaisten maametallien tuotteen erottamiseen ja tuottamiseen erittäin puhtaiden yksittäisten tuotteiden tuottamiseksi ja joidenkin raskaiden harvinaisten maametallien erottamiseksi.
Liuotinuutto
Menetelmää, jossa orgaanisia liuottimia käytetään uutetun aineen uuttamiseen ja erottamiseen sekoittumattomasta vesiliuoksesta, kutsutaan orgaanisen liuottimen neste-neste-uutoksi, lyhennettynä liuotinuutto. Se on massansiirtoprosessi, jossa aineita siirretään nestemäisestä faasista toiseen. Liuotinuuttomenetelmää on aiemmin sovellettu petrokemian, orgaanisen kemian, farmaseuttisen kemian ja analyyttisen kemian aloilla. Viimeisten neljänkymmenen vuoden aikana atomienergiatieteen ja -teknologian kehityksen sekä ultrapuhtaiden aineiden ja harvinaisten alkuaineiden tuotantotarpeen ansiosta liuotinuutto on kuitenkin edistynyt huomattavasti esimerkiksi ydinpolttoaineteollisuudessa ja harvinaisten maametallien erottelussa. Kiina on saavuttanut korkean tason tutkimusta uuttoteoriassa, uusien uuttoaineiden synteesissä ja sovelluksissa sekä harvinaisten maametallien erotteluprosessissa. Verrattuna erotusmenetelmiin, kuten porrastettuun saostukseen, porrastettuun kiteytykseen ja ioninvaihtoon, liuotinuutolla on useita etuja, kuten hyvä erotusteho, suuri tuotantokapasiteetti, helppous nopeaan ja jatkuvaan tuotantoon sekä helppo automaattinen ohjaus. Siksi siitä on vähitellen tullut tärkein menetelmä suurten määrien erottamiseen.harvinaisten maametalliens.
Harvinaisten maametallien puhdistus
Tuotannon raaka-aineet
Harvinaiset maametallitjaetaan yleensä harvinaisten maametallien sekoituksiin ja yksittäisiinharvinaiset maametallitSekoitetun koostumuksenharvinaiset maametalliton samanlainen kuin malmin alkuperäinen harvinaisten maametallien koostumus, ja yksi metalli on kustakin harvinaisesta maametallista erotettu ja puhdistettu metalli. Sitä on vaikea pelkistääharvinaisten maametallien oksidis (paitsi oksiditsamarium,europium,, tulium,ytterbium) yhdeksi metalliksi yleisillä metallurgisilla menetelmillä niiden korkean muodostumislämmön ja korkean stabiilisuuden vuoksi. Siksi yleisesti käytetyt raaka-aineet niiden valmistuksessaharvinaiset maametallitnykyään ovat niiden kloridit ja fluoridit.
Sulan suolan elektrolyysi
Sekoitettujen tuotteiden massatuotantoharvinaiset maametallitteollisuudessa käytetään yleensä sulan suolan elektrolyysimenetelmää. Elektrolyysissä on kaksi menetelmää: kloridielektrolyysi ja oksidielektrolyysi. Yksittäisen elektrolyysin valmistusmenetelmäharvinaiset maametallitvaihtelee elementistä riippuen.samarium,europium,,tulium,ytterbiumeivät sovellu elektrolyyttiseen valmistukseen korkean höyrynpaineensa vuoksi, ja ne valmistetaan sen sijaan pelkistystislausmenetelmällä. Muita alkuaineita voidaan valmistaa elektrolyysillä tai metallin lämpöpelkistysmenetelmällä.
Kloridielektrolyysi on yleisin menetelmä metallien, erityisesti harvinaisten maametallien, tuottamiseen. Prosessi on yksinkertainen, kustannustehokas ja vaatii vain vähän investointeja. Suurin haittapuoli on kuitenkin kloorikaasun vapautuminen, joka saastuttaa ympäristöä. Oksidielektrolyysi ei vapauta haitallisia kaasuja, mutta kustannukset ovat hieman korkeammat. Yleensä kalliit yksittäisetharvinaiset maametallitkutenneodyymijapraseodyymivalmistetaan oksidielektrolyysillä.
Tyhjiöpelkistyselektrolyysimenetelmällä voidaan valmistaa vain yleistä teollisuuslaatuaharvinaiset maametallitValmistellaharvinaiset maametallitvähäisillä epäpuhtauksilla ja korkealla puhtaudella käytetään yleensä tyhjiössä tapahtuvaa lämpöpelkistysmenetelmää. Tällä menetelmällä voidaan tuottaa kaikkia yksittäisiä harvinaisia maametalleja, muttasamarium,europium,,tulium,ytterbiumei voida tuottaa tällä menetelmällä. Redox-potentiaalisamarium,europium,,tulium,ytterbiumja kalsium vähentää vain osittainharvinaisten maametallienfluoridi. Yleisesti ottaen näiden metallien valmistus perustuu näiden metallien korkeaan höyrynpaineeseen ja hiilivetyjen alhaiseen höyrynpaineeseen.lantaanimetallis. Näiden neljän oksiditharvinaiset maametallitsekoitetaan fragmentteihinlantaanimetallis ja puristetaan lohkoiksi ja ohennetaan tyhjiöuunissa.Lantaanion aktiivisempi, samalla kunsamarium,europium,,tulium,ytterbiumpelkistyvät kullaksilantaanija kerätään kondenssiveden mukana, mikä helpottaa sen erottamista kuonasta.
Julkaisun aika: 07.11.2023