Johdatus harvinaisten maametallien teollisuusteknologiaan
·Harvinaiset maametallit ise ei ole metallielementti, vaan yhteistermi 15 harvinaiselle maametallilleyttriumjaskandium.Siksi 17 harvinaisen maametallin alkuaineella ja niiden eri yhdisteillä on erilaisia käyttötarkoituksia, jotka vaihtelevat klorideista, joiden puhtaus on 46 %, yksittäisiin harvinaisten maametallien oksideihin jaharvinaiset maametallitjonka puhtaus on 99,9999 %.Kun siihen on lisätty vastaavia yhdisteitä ja seoksia, on olemassa lukemattomia harvinaisten maametallien tuotteita.Niin,harvinainen maatekniikka on myös monimuotoista näiden 17 elementin erojen perusteella.Kuitenkin, koska harvinaiset maametallit voidaan jakaa ceriumiin jayttriumMineraalien ominaisuuksiin perustuvat ryhmät, harvinaisten maametallien louhinta-, sulatus- ja erotusprosessit ovat myös suhteellisen yhtenäisiä.Alkuvaiheen malmin louhinnasta lähtien harvinaisten maametallien erotusmenetelmät, sulatusprosessit, louhintamenetelmät ja puhdistusprosessit esitellään yksitellen.
Harvinaisten maametallien mineraalikäsittely
· Mineraalikäsittely on mekaaninen prosessointiprosessi, jossa hyödynnetään malmin eri mineraalien fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien eroja, erilaisia rikastusmenetelmiä, prosesseja ja laitteita malmin hyödyllisten mineraalien rikastamiseksi, haitallisten epäpuhtauksien poistamiseksi ja niiden erottamiseksi. kiven mineraaleista.
·Sivussaharvinainen maamaailmanlaajuisesti louhitut malmit, sisältöharvinaisten maametallien oksidejaon vain muutama prosentti, ja jotkut jopa alhaisemmat.Täyttääkseen sulatuksen tuotantovaatimukset,harvinainen maaMineraalit erotetaan ryöstömineraaleja ja muita hyödyllisiä mineraaleja rikastamalla ennen sulatusta harvinaisten maametallien oksidien pitoisuuden lisäämiseksi ja harvinaisten maametallien rikasteiden saamiseksi, jotka täyttävät harvinaisten maametallien metallurgian vaatimukset.Harvinaisten maametallien rikastuksessa käytetään yleensä vaahdotusmenetelmää, jota usein täydennetään useilla painovoiman ja magneettisen erotuksen yhdistelmillä rikastusprosessivirtauksen muodostamiseksi.
Theharvinainen maaBaiyunebon kaivoksen esiintymä Sisä-Mongoliassa on karbonaattikivityyppinen rautadolomiittiesiintymä, joka koostuu pääasiassa mukana olevista harvinaisista maamineraaleista rautamalmissa (fluorihiiliseriummalmin ja monatsiitin lisäksi on myös useitaniobiumjaharvinainen maamineraalit).
Louhittu malmi sisältää noin 30 % rautaa ja noin 5 % harvinaisten maametallien oksideja. Kaivoksen suuren malmin murskauksen jälkeen se kuljetetaan junalla Baotou Iron and Steel Group Companyn rikastuslaitokseen.Rikastuslaitoksen tehtävänä on kasvaaFe2O333 %:sta yli 55 %:iin, ensin jauhataan ja lajitellaan kartiomaisessa kuulamyllyssä ja valitaan sitten primäärinen rautarikaste, jossa on 62-65 % Fe2O3 (rautaoksidi) sylinterimäisellä magneettierottimella.Rikastusjätteen vaahdotus ja magneettinen erotus jatkuvat, jotta saadaan sekundäärinen rautarikaste, joka sisältää yli 45 %Fe2O3(rautaoksidi).Harvinaiset maametallit on rikastettu vaahdotusvaahdolla, jonka laatu on 10-15%.Konsentraatti voidaan valita ravistelupöydällä, jolloin saadaan karkea tiiviste, jonka REO-pitoisuus on 30 %.Rikastuslaitteiston uudelleenkäsittelyn jälkeen voidaan saada harvinaisen maametallin rikaste, jonka REO-pitoisuus on yli 60 %.
Harvinaisten maametallien rikasteen hajotusmenetelmä
·Harvinainen maatiivisteissä olevat alkuaineet ovat yleensä liukenemattomien karbonaattien, fluoridien, fosfaattien, oksidien tai silikaattien muodossa.Harvinaiset maametallit on muutettava veteen tai epäorgaanisiin happoihin liukoisiksi yhdisteiksi erilaisten kemiallisten muutosten kautta, minkä jälkeen ne läpikäyvät prosesseja, kuten liukenemisen, erottelun, puhdistuksen, konsentroimisen tai kalsinoinnin, jotta saadaan erilaisia sekoitettuja yhdisteitä.harvinainen maayhdisteet, kuten harvinaisten maametallien sekakloridit, joita voidaan käyttää tuotteina tai raaka-aineina yksittäisten harvinaisten maametallien erottamiseen.Tätä prosessia kutsutaanharvinainen maarikasteen hajoaminen, joka tunnetaan myös esikäsittelynä.
·On olemassa monia menetelmiä hajottaaharvinainen maakonsentraatit, jotka voidaan yleensä jakaa kolmeen luokkaan: happomenetelmä, alkalimenetelmä ja klooraushajotus.Happohajoaminen voidaan jakaa edelleen kloorivetyhappohajoamiseen, rikkihapon hajoamiseen ja fluorivetyhappohajoamiseen.Alkalihajoaminen voidaan jakaa edelleen natriumhydroksidihajotus-, natriumhydroksidisulatus- tai soodapaahtomenetelmiin.Sopiva prosessivirta valitaan yleensä rikasteen tyypin, laatuominaisuuksien, tuotesuunnitelman, ei-harvinaisten maametallien talteenoton ja kokonaisvaltaisen hyödyntämisen mukavuuden, työhygienian ja ympäristönsuojelun edun sekä taloudellisen rationaalisuuden periaatteiden perusteella.
·Vaikka lähes 200 harvinaista ja hajallaan olevaa alkuainemineraalia on löydetty, niitä ei ole harvinaisuuden vuoksi rikastettu itsenäisiksi esiintymiksi teollisessa kaivostoiminnassa.Toistaiseksi vain harvinainen riippumatongermanium, seleeni, jatelluuriesiintymiä on löydetty, mutta esiintymien mittakaava ei ole kovin suuri.
Harvinaisten maametallien sulatus
·On olemassa kaksi tapaaharvinainen maasulatus, hydrometallurgia ja pyrometallurgia.
·Koko harvinaisten maametallien hydrometallurgian ja metallikemiallisen metallurgian prosessi on enimmäkseen liuoksessa ja liuottimessa, kuten harvinaisten maametallien rikasteen hajottaminen, erotus ja uuttaminen.harvinaisten maametallien oksideja, yhdisteet ja yksittäiset harvinaiset maametallit, jotka käyttävät kemiallisia erotusprosesseja, kuten saostusta, kiteytymistä, hapetus-pelkistystä, liuotinuuttoa ja ioninvaihtoa.Yleisimmin käytetty menetelmä on orgaaninen liuotinuutto, joka on yleinen prosessi erittäin puhtaiden yksittäisten harvinaisten maametallien teolliseen erottamiseen.Hydrometallurgiaprosessi 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.Harvinainen maapyrometallurgia sisältää pääasiassa tuotannonharvinaisten maametallien seoksetsilikotermisellä pelkistysmenetelmällä, harvinaisten maametallien tai metalliseosten tuotanto sulan suolan elektrolyysimenetelmällä jaharvinaisten maametallien seoksetmetallin lämpöpelkistysmenetelmällä jne.
Pyrometallurgian yhteinen ominaisuus on tuotanto korkeissa lämpötiloissa.
Harvinaisten maametallien tuotantoprosessi
·Harvinainen maakarbonaatti jaharvinaisten maametallien kloridiovat kaksi tärkeintä päätuotettaharvinainen maaala.Yleisesti ottaen näiden kahden tuotteen valmistamiseksi on tällä hetkellä kaksi pääprosessia.Yksi prosessi on väkevän rikkihapon paahtoprosessi, ja toista prosessia kutsutaan natriumhydroksidiprosessiksi, lyhennettynä kaustinen soodaprosessi.
·Sen lisäksi, että sitä esiintyy useissa harvinaisissa maamineraaleissa, merkittävä osaharvinaisten maametallien alkuaineitaluonnossa esiintyy rinnakkain apatiitti- ja fosfaattikivimineraalien kanssa.Maailman fosfaattimalmin kokonaisvarannot ovat noin 100 miljardia tonnia, ja keskimäärinharvinainen maasisältö 0,5 ‰.On arvioitu, että kokonaismääräharvinainen maafosfaattimalmiin liittyvä määrä maailmassa on 50 miljoonaa tonnia.Vastauksena matalan ominaisuuksiinharvinainen maasisältö ja erityinen esiintyvyys kaivoksissa, kotimaassa ja kansainvälisesti on tutkittu erilaisia talteenottoprosesseja, jotka voidaan jakaa märkä- ja lämpömenetelmiin.Märkämenetelmissä ne voidaan jakaa typpihappomenetelmään, kloorivetyhappomenetelmään ja rikkihappomenetelmään eri hajoamishappojen mukaan.Harvinaisten maametallien talteenottamiseksi fosforikemiallisista prosesseista on useita tapoja, jotka kaikki liittyvät läheisesti fosfaattimalmin käsittelymenetelmiin.Lämpötuotantoprosessin aikanaharvinainen maapalautusaste voi olla 60 %.
Fosfaattikiven resurssien jatkuvan hyödyntämisen ja heikkolaatuisen fosfaattikiven kehittämiseen siirtymisen myötä rikkihappomärkäprosessin fosforihappoprosessista on tullut fosfaattikemian teollisuuden valtavirtamenetelmä jaharvinaisten maametallien alkuaineitarikkihapon märkäprosessissa fosforihaposta on tullut tutkimuksen hotspot.Rikkihapon märkäprosessin fosforihapon tuotantoprosessissa harvinaisten maametallien fosforihapon rikastamisen hallintaprosessilla ja sen jälkeen harvinaisten maametallien uuttamisella orgaanisella liuotinuutolla on enemmän etuja kuin varhain kehitetyillä menetelmillä.
Harvinaisten maametallien louhintaprosessi
Rikkihappoliukoisuus
Ceriumryhmä (liukenematon sulfaattikompleksisuoloihin) –lantaani, cerium, praseodyymi, neodyymija prometium;
Terbiumryhmä (liukoinen sulfaattikompleksisuoloihin) -samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, jaholmium;
yttriumryhmä (liukoinen sulfaattikompleksisuoloihin) –yttrium, erbium, tuliumia, ytterbium,lutetium, jaskandium.
Poistoerottelu
Kevytharvinainen maa(P204 heikkohappouutto) –lantaani,cerium, praseodyymi,neodyymija prometium;
Keskiharvinainen maametalli (P204 matalahappouutto)-samarium,europium,gadolinium,terbium,dysprosium;
Raskasharvinainen maaelementtejä(happouutto P204:ssä) -holmium,
Johdatus uuttoprosessiin
Eroamisprosessissaharvinaisten maametallien alkuaineet,17 alkuaineen äärimmäisen samankaltaisten fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien sekä niihin liittyvien epäpuhtauksien runsauden vuoksiharvinaisten maametallien alkuaineita, uuttoprosessi on suhteellisen monimutkainen ja yleisesti käytetty.
Uuttoprosesseja on kolmenlaisia: vaiheittainen menetelmä, ioninvaihto ja liuotinuutto.
Vaiheittainen menetelmä
Erotus- ja puhdistusmenetelmää, jossa käytetään yhdisteiden liukoisuuseroa liuottimiin, kutsutaan vaiheittaiseksi menetelmäksi.Fromyttrium(Y) -lutetium(Lu), yksi erotus kaikkien luonnossa esiintyvien välilläharvinaisten maametallien alkuaineitamukaan lukien Curie-pariskunnan löytämä radium,
Ne kaikki erotetaan tällä menetelmällä.Tämän menetelmän toimintaprosessi on suhteellisen monimutkainen, ja kaikkien harvinaisten maametallien yksittäinen erottaminen kesti yli 100 vuotta, jolloin yksi erotus ja toistuva käyttö saavutti 20 000 kertaa.Kemian työntekijöille heidän työnsä
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 yksittäistäharvinaista maametalliasuuria määriä vaiheittaisilla menetelmillä.Analysoidakseenharvinaisten maametallien alkuaineitaydinfissiotuotteisiin sisältyvät ja poistavat harvinaiset maametallit uraanista ja toriumista, tutkittiin menestyksekkäästi ioninvaihtokromatografiaa (ioninvaihtokromatografia), jota käytettiin sittenharvinaista maametallias.Ioninvaihtomenetelmän etuna on, että useita elementtejä voidaan erottaa yhdellä toimenpiteellä.Ja se voi myös saada erittäin puhtaita tuotteita.Haittana on kuitenkin se, että sitä ei voida käsitellä jatkuvasti pitkällä käyttöjaksolla ja korkeilla hartsin regeneroinnin ja vaihdon kustannuksilla.Siksi tämä kerran päämenetelmä suurten harvinaisten maametallien erottamiseen on poistettu valtavirran erotusmenetelmästä ja korvattu liuotinuuttomenetelmällä.Kuitenkin johtuen ioninvaihtokromatografian erinomaisista ominaisuuksista erittäin puhtaiden yksittäisten harvinaisten maametallien saamiseksi, on tällä hetkellä myös tarpeen käyttää ioninvaihtokromatografiaa, jotta voidaan tuottaa erittäin puhtaita yksittäisiä tuotteita ja erottaa joitakin raskaita harvinaisten maametallien alkuaineita. erottaa ja tuottaa harvinaisen maametallin tuotteen.
Liuotinuutto
Menetelmää, jossa käytetään orgaanisia liuottimia uutetun aineen uuttamiseen ja erottamiseen sekoittumattomasta vesiliuoksesta, kutsutaan orgaanisen liuotin neste-nesteuutoksiksi, lyhennettynä liuotinuutolla.Se on massansiirtoprosessi, joka siirtää aineita nestefaasista toiseen.Liuotinuuttomenetelmää on käytetty aikaisemmin petrokemiassa, orgaanisessa kemiassa, lääkekemiassa ja analyyttisessä kemiassa.Kuitenkin viimeisten neljänkymmenen vuoden aikana atomienergiatieteen ja -teknologian kehityksen sekä ultrapuhtaiden aineiden ja harvinaisten alkuaineiden tuotantotarpeen vuoksi liuotinuutto on edistynyt merkittävästi teollisuudenaloilla, kuten ydinpolttoaineteollisuudessa ja harvinaisessa metallurgiassa. .Kiina on saavuttanut korkeatasoisen tutkimuksen uuttoteoriassa, uusien uuttoaineiden synteesissä ja soveltamisessa sekä uuttoprosessissa harvinaisten maametallien erottamiseksi.Verrattuna erotusmenetelmiin, kuten porrastettu saostus, asteittainen kiteytys ja ioninvaihto, liuotinuutolla on useita etuja, kuten hyvä erotusvaikutus, suuri tuotantokapasiteetti, mukavuus nopeaan ja jatkuvaan tuotantoon ja helppo saavuttaa automaattinen ohjaus.Siksi siitä on vähitellen tullut tärkein tapa erotella suuria määriäharvinainen maas.
Harvinaisten maametallien puhdistus
Tuotannon raaka-aineet
Harvinaiset maametalliton yleensä jaettu harvinaisten maametallien seka- ja yksittäisiin metalleihinharvinaiset maametallit.Koostumus sekoitettuharvinaiset maametalliton samanlainen kuin malmin alkuperäinen harvinaisten maametallien koostumus, ja yksi metalli on jokaisesta harvinaisesta maametallista erotettu ja jalostettu metalli.Sitä on vaikea vähentääharvinaisten maametallien oksidis (paitsi oksiditsamarium,europium,, tuliumia,ytterbium) yhdeksi metalliksi yleisillä metallurgisilla menetelmillä niiden korkean muodostuslämmön ja korkean stabiilisuuden vuoksi.Siksi yleisesti käytettyjen raaka-aineiden tuotannossaharvinaiset maametallitnykyään ovat niiden kloridit ja fluoridit.
Sulan suolan elektrolyysi
Massatuotanto sekoitetaanharvinaiset maametallitteollisuudessa käyttää yleensä sulan suolan elektrolyysimenetelmää.On olemassa kaksi elektrolyysimenetelmää: kloridielektrolyysi ja oksidielektrolyysi.Yksittäisen valmistusmenetelmäharvinaiset maametallitvaihtelee elementin mukaan.samarium,europium,,tuliumia,ytterbiumeivät sovellu elektrolyyttiseen valmistukseen korkean höyrynpaineensa vuoksi, vaan ne valmistetaan pelkistystislausmenetelmällä.Muita elementtejä voidaan valmistaa elektrolyysillä tai metallin lämpöpelkistysmenetelmällä.
Kloridielektrolyysi on yleisin menetelmä metallien valmistuksessa, erityisesti harvinaisten maametallien sekoitettuna.Prosessi on yksinkertainen, kustannustehokas ja vaatii minimaalisia investointeja.Suurin haittapuoli on kuitenkin ympäristöä saastuttavan kloorikaasun vapautuminen.Oksidielektrolyysi ei vapauta haitallisia kaasuja, mutta hinta on hieman korkeampi.Yleensä korkeahintainen singleharvinaiset maametallitkutenneodyymijapraseodyymivalmistetaan oksidielektrolyysillä.
Tyhjiöpelkistyselektrolyysimenetelmällä voidaan valmistaa vain yleistä teollisuuslaatuaharvinaiset maametallit.Valmistaaharvinaiset maametallitalhaisilla epäpuhtauksilla ja korkealla puhtaudella käytetään yleensä tyhjiölämpöpelkistysmenetelmää.Tällä menetelmällä voidaan tuottaa kaikkia yksittäisiä harvinaisia maametalleja, muttasamarium,europium,,tuliumia,ytterbiumei voida tuottaa tällä menetelmällä.Redox-potentiaalisamarium,europium,,tuliumia,ytterbiumja kalsium vähenee vain osittainharvinainen maafluori.Yleensä näiden metallien valmistus perustuu näiden metallien korkean höyrynpaineen ja alhaisen höyrynpaineen periaatteisiin.lantaani metallis.Näiden neljän oksiditharvinaiset maametallitsekoitetaan fragmenttien kanssalantaani metallis ja puristetaan lohkoiksi ja pelkistetään tyhjiöuunissa.Lantaanion aktiivisempi, kunsamarium,europium,,tuliumia,ytterbiummuuttuvat kullaksilantaanija kerääntyy kondensaatioon, jolloin se on helppo erottaa kuonasta.
Postitusaika: 07.11.2023