Giới thiệu về Công nghệ Công nghiệp Trái đất hiếm
·Trái đất hiếm iS không phải là một yếu tố kim loại, mà là một thuật ngữ tập thể cho 15 yếu tố đất hiếm vàyttriVàscandium. Do đó, 17 nguyên tố đất hiếm và các hợp chất khác nhau của chúng có nhiều cách sử dụng khác nhau, từ clorua có độ tinh khiết 46% đến các oxit đất hiếm và đơn lẻ vàkim loại đất hiếmvới độ tinh khiết 99,9999%. Với việc bổ sung các hợp chất và hỗn hợp liên quan, có vô số sản phẩm đất hiếm. Vì thế,Trái đất hiếmCông nghệ cũng đa dạng dựa trên sự khác biệt của 17 yếu tố này. Tuy nhiên, do thực tế là các yếu tố đất hiếm có thể được chia thành cerium vàyttriCác nhóm dựa trên các đặc điểm khoáng sản, các quá trình khai thác, luyện kim và tách của khoáng chất đất hiếm cũng tương đối hợp nhất. Bắt đầu từ việc khai thác quặng ban đầu, các phương pháp tách, quy trình luyện kim, phương pháp trích xuất và quá trình tinh chế của đất hiếm sẽ được giới thiệu từng cái một.
Xử lý khoáng sản của đất hiếm
· Xử lý khoáng sản là một quá trình xử lý cơ học sử dụng sự khác biệt về tính chất vật lý và hóa học giữa các khoáng chất khác nhau tạo nên quặng, sử dụng các phương pháp, quy trình và thiết bị khác nhau để làm phong phú các khoáng chất hữu ích trong quặng, loại bỏ các tạp chất có hại và tách chúng ra khỏi các khoáng chất.
· TrongTrái đất hiếmquặng khai thác trên toàn thế giới, nội dung củaoxit đất hiếmchỉ là một vài phần trăm, và một số thậm chí thấp hơn. Để đáp ứng các yêu cầu sản xuất của việc luyện kim,Trái đất hiếmKhoáng chất được tách ra khỏi khoáng chất gangue và các khoáng chất hữu ích khác thông qua việc hưởng lợi trước khi nấu chảy, để tăng hàm lượng oxit đất hiếm và thu được các chất cô đặc đất hiếm có thể đáp ứng các yêu cầu của luyện kim đất hiếm. Sự lợi ích của quặng đất hiếm thường áp dụng phương pháp tuyển nổi, thường được bổ sung bằng nhiều sự kết hợp của trọng lực và phân tách từ tính để tạo thành một dòng quy trình có lợi.
CácTrái đất hiếmTiền gửi vào mỏ Baiyunebo ở Mông Cổ bên trong là một loại đá cacbonat của dolomit sắt, chủ yếu bao gồm các khoáng chất đất hiếm đi kèm trong quặng sắt (ngoài quặng fluorocarbon và monazite, còn có một sốNiobiVàTrái đất hiếmKhoáng sản).
Quặng được chiết xuất chứa khoảng 30% sắt và khoảng 5% oxit đất hiếm. Sau khi nghiền nát quặng lớn trong mỏ, nó được vận chuyển bằng tàu hỏa đến nhà máy lợi ích của Công ty Tập đoàn Iron và Thép. Nhiệm vụ của nhà máy lợi ích là tăngFe2o3từ 33% đến hơn 55%, lần đầu tiên mài và chấm điểm trên một nhà máy bóng hình nón, sau đó chọn một cô đặc sắt chính là 62-65% Fe2O3 (oxit sắt) Sử dụng một thiết bị phân tách từ hình trụ. Các chất thải tiếp tục trải qua tuyển nổi và tách từ tính để thu được một chất cô đặc thứ cấp chứa hơn 45%Fe2o3(oxit sắt). Trái đất hiếm được làm giàu trong bọt nổi, với mức 10-15%. Sự cô đặc có thể được chọn bằng cách sử dụng bàn lắc để tạo ra một chất cô đặc thô với hàm lượng REO là 30%. Sau khi được xử lý bởi các thiết bị có lợi, có thể thu được một trái đất hiếm với hàm lượng REO trên 60%.
Phương pháp phân hủy của trái đất hiếm tập trung
·Trái đất hiếmCác yếu tố trong các chất cô đặc thường tồn tại dưới dạng cacbonat không hòa tan, fluoride, phốt phát, oxit hoặc silicat. Các nguyên tố đất hiếm phải được chuyển đổi thành các hợp chất hòa tan trong nước hoặc axit vô cơ thông qua các thay đổi hóa học khác nhau, và sau đó trải qua các quá trình như hòa tan, tách, tinh chế, tập trung hoặc nung để tạo ra các hỗn hợp khác nhauTrái đất hiếmCác hợp chất như clorua đất hiếm hỗn hợp, có thể được sử dụng làm sản phẩm hoặc nguyên liệu thô để tách các nguyên tố đất hiếm. Quá trình này được gọi làTrái đất hiếmPhân hủy tập trung, còn được gọi là tiền xử lý.
· Có nhiều phương pháp để phân hủyTrái đất hiếmCác chất cô đặc, thường có thể được chia thành ba loại: phương pháp axit, phương pháp kiềm và phân hủy clo. Sự phân hủy axit có thể được chia thành phân hủy axit clohydric, phân hủy axit sunfuric và phân hủy axit hydrofluoric. Sự phân hủy kiềm có thể được chia thành phân hủy natri hydroxit, tan chảy natri hydroxit hoặc phương pháp rang soda. Dòng quy trình thích hợp thường được lựa chọn dựa trên các nguyên tắc của loại tập trung, đặc điểm cấp, kế hoạch sản phẩm, thuận tiện cho việc phục hồi và sử dụng toàn diện các yếu tố trái đất không hiếm, lợi ích cho vệ sinh lao động và bảo vệ môi trường, và tính hợp lý kinh tế.
· Mặc dù gần 200 khoáng chất nguyên tố hiếm và phân tán đã được phát hiện, nhưng chúng đã không được làm giàu vào các mỏ độc lập với khai thác công nghiệp do sự hiếm có của chúng. Cho đến nay, chỉ có độc lập hiếmGermanium, Selen, VàTelluriumTiền gửi đã được phát hiện, nhưng quy mô của tiền gửi không lớn lắm.
Khai thác đất hiếm
· Có hai phương pháp choTrái đất hiếmKhai thác, thủy hóa học và pyrometallurgy.
· Toàn bộ quá trình thủy lực hóa học và kim loại kim loại hiếm hoi chủ yếu là trong dung dịch và dung môi, chẳng hạn như sự phân hủy của sự cô đặc đất hiếm, tách và chiết xuấtoxit đất hiếm, các hợp chất và kim loại đất hiếm, sử dụng các quá trình tách hóa học như kết tủa, kết tinh, giảm oxy hóa, chiết xuất dung môi và trao đổi ion. Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là trích xuất dung môi hữu cơ, là một quá trình phổ biến để tách biệt công nghiệp các yếu tố đất hiếm tinh khiết cao. Quá trình thủy khí là phức tạp và độ tinh khiết của sản phẩm cao. Phương pháp này có một loạt các ứng dụng trong việc sản xuất thành phẩm.
Quá trình pyrometallurgical rất đơn giản và có năng suất cao.Trái đất hiếmpyrometallurgy chủ yếu bao gồm việc sản xuấtHợp kim đất hiếmBằng phương pháp giảm nhiệt nhiệt, sản xuất kim loại hoặc hợp kim hiếm bằng phương pháp điện phân muối nóng chảy và sản xuấtHợp kim đất hiếmbằng phương pháp giảm nhiệt kim loại, v.v.
Đặc điểm chung của pyrometallurgy là sản xuất trong điều kiện nhiệt độ cao.
Quy trình sản xuất đất hiếm
·Trái đất hiếmcacbonat vàTrái đất hiếm clorualà hai sản phẩm chính chính trongTrái đất hiếmngành công nghiệp. Nói chung, hiện tại có hai quy trình chính để sản xuất hai sản phẩm này. Một quá trình là quá trình rang axit sunfuric cô đặc và quá trình khác được gọi là quá trình soda ăn da, được viết tắt là quá trình soda ăn da.
· Ngoài việc có mặt trong các khoáng chất đất hiếm khác nhau, một phần đáng kể củaCác yếu tố đất hiếmTrong tự nhiên cùng tồn tại với khoáng chất đá apatite và phosphate. Tổng số dự trữ quặng phốt phát thế giới là khoảng 100 tỷ tấn, với trung bìnhTrái đất hiếmNội dung 0,5. Ước tính tổng số lượngTrái đất hiếmLiên kết với quặng phốt phát trên thế giới là 50 triệu tấn. Đáp ứng với các đặc điểm của thấpTrái đất hiếmNội dung và tình trạng xuất hiện đặc biệt trong các mỏ, các quy trình phục hồi khác nhau đã được nghiên cứu cả trong nước và quốc tế, có thể được chia thành các phương pháp ướt và nhiệt. Trong các phương pháp ẩm ướt, chúng có thể được chia thành phương pháp axit nitric, phương pháp axit clohydric và phương pháp axit sunfuric theo các axit phân hủy khác nhau. Có nhiều cách khác nhau để phục hồi đất hiếm từ các quá trình hóa học phốt pho, tất cả đều liên quan chặt chẽ đến các phương pháp xử lý quặng phốt phát. Trong quá trình sản xuất nhiệt,Trái đất hiếmTỷ lệ phục hồi có thể đạt 60%.
Với việc sử dụng liên tục các tài nguyên đá phốt phát và sự thay đổi hướng tới sự phát triển của đá phốt phát chất lượng thấp, quá trình axit photphoric axit sunfuric đã trở thành phương pháp chính trong ngành hóa học phốt phát và sự phục hồi củaCác yếu tố đất hiếmTrong axit sunfuric quá trình ướt axit photphoric đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu. Trong quá trình sản xuất axit ướt axit sunfuric, quá trình kiểm soát sự làm giàu của đất hiếm trong axit photphoric và sau đó sử dụng chiết xuất dung môi hữu cơ để chiết xuất đất hiếm có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp phát triển sớm.
Quá trình khai thác đất hiếm
Độ hòa tan axit sunfuric
Ceriumnhóm (không hòa tan trong muối phức tạp sunfat) -lanthanum, cerium, Praseodymium, Neodymiumvà Promethium;
TerbiumNhóm (hơi hòa tan trong muối phức tạp sulfate) -Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, VàHolmium;
YttriNhóm (hòa tan trong muối phức tạp sulfate) -yttri, erbium, Thulium, Ytterbium,lutetium, Vàscandium.
Khai thác tách
Ánh sángTrái đất hiếm(P204 trích xuất độ axit yếu) -lanthanumThìcerium, PraseodymiumThìNeodymiumvà Promethium;
Trái đất hiếm ở giữa (p204 chiết xuất độ axit thấp)-SamariumThìEuropiumThìGadoliniumThìTerbiumThìDysprosium;
NặngTrái đất hiếmcác yếu tố(Trích xuất tính axit trong p204) -HolmiumThì
Giới thiệu về quá trình khai thác
Trong quá trình tách biệtCác yếu tố đất hiếm,Do tính chất vật lý và hóa học cực kỳ giống nhau của 17 yếu tố, cũng như sự phong phú của các tạp chất đi kèm trongCác yếu tố đất hiếm, quá trình khai thác tương đối phức tạp và thường được sử dụng.
Có ba loại quy trình trích xuất: phương pháp từng bước, trao đổi ion và chiết dung môi.
Phương pháp từng bước
Phương pháp tách và tinh chế bằng cách sử dụng sự khác biệt về độ hòa tan của các hợp chất trong dung môi được gọi là phương pháp từng bước. Từyttri(Y) đếnlutetium(Lu), một sự tách biệt giữa tất cả các sự xuất hiện tự nhiênCác yếu tố đất hiếm, bao gồm cả radium được phát hiện bởi cặp đôi Curie,
Tất cả đều được phân tách bằng phương pháp này. Quy trình vận hành của phương pháp này tương đối phức tạp và sự phân tách duy nhất của tất cả các yếu tố đất hiếm mất hơn 100 năm, với một phân tách và hoạt động lặp đi lặp lại đạt 20000 lần. Đối với công nhân hóa chất, công việc của họ
Sức mạnh tương đối cao và quá trình tương đối phức tạp. Do đó, sử dụng phương pháp này không thể tạo ra một trái đất hiếm với số lượng lớn.
Trao đổi ion
Công việc nghiên cứu về các yếu tố đất hiếm đã bị cản trở bởi việc không thể sản xuất mộtnguyên tố đất hiếmvới số lượng lớn thông qua các phương pháp từng bước. Để phân tíchCác yếu tố đất hiếmchứa trong các sản phẩm phân hạch hạt nhân và loại bỏ các nguyên tố đất hiếm khỏi uranium và thorium, sắc ký trao đổi ion (sắc ký trao đổi ion) đã được nghiên cứu thành công, sau đó được sử dụng để phân táchnguyên tố đất hiếmS. Ưu điểm của phương pháp trao đổi ion là nhiều yếu tố có thể được phân tách trong một thao tác. Và nó cũng có thể có được các sản phẩm tinh khiết cao. Tuy nhiên, nhược điểm là nó không thể được xử lý liên tục, với chu kỳ hoạt động dài và chi phí cao để tái tạo và trao đổi nhựa. Do đó, điều này một khi phương pháp chính để phân tách một lượng lớn đất hiếm đã được rút khỏi phương pháp phân tách chính và được thay thế bằng phương pháp chiết dung môi. Tuy nhiên, do các đặc điểm nổi bật của sắc ký trao đổi ion trong việc thu được các sản phẩm đất hiếm có độ tinh khiết cao, hiện tại, để tạo ra các sản phẩm đơn tinh khiết cực cao và tách một số yếu tố đất hiếm nặng, cũng cần sử dụng sắc ký trao đổi ion để tách và tạo ra một sản phẩm đất hiếm.
Chiết xuất dung môi
Phương pháp sử dụng dung môi hữu cơ để chiết và tách chất được chiết xuất khỏi dung dịch nước bất khả xâm phạm được gọi là chiết xuất chất lỏng dung môi hữu cơ, viết tắt là chiết dung dung môi. Đó là một quá trình chuyển khối lượng chuyển các chất từ pha lỏng này sang pha khác. Phương pháp chiết dung môi đã được áp dụng trước đó trong hóa chất hóa dầu, hóa học hữu cơ, hóa học dược phẩm và hóa học phân tích. Tuy nhiên, trong bốn mươi năm qua, do sự phát triển của khoa học và công nghệ năng lượng nguyên tử, cũng như nhu cầu sản xuất các chất siêu tinh khiết và các yếu tố hiếm, khai thác dung môi đã đạt được tiến bộ lớn trong các ngành công nghiệp như ngành công nghiệp nhiên liệu hạt nhân và luyện kim hiếm. Trung Quốc đã đạt được một mức độ nghiên cứu cao trong lý thuyết khai thác, tổng hợp và áp dụng các chất chiết xuất mới, và quá trình chiết xuất để tách nguyên tố đất hiếm. So với các phương pháp tách như kết tủa được phân loại, kết tinh được phân loại và trao đổi ion, chiết xuất dung môi có một loạt các lợi thế như hiệu ứng phân tách tốt, năng lực sản xuất lớn, thuận tiện cho sản xuất nhanh chóng và liên tục và dễ dàng đạt được điều khiển tự động. Do đó, nó dần dần trở thành phương pháp chính để tách một lượng lớnTrái đất hiếms.
Tinh chế đất hiếm
Sản xuất nguyên liệu thô
Kim loại đất hiếmthường được chia thành các kim loại đất hiếm hỗn hợp và đơn lẻkim loại đất hiếm. Thành phần của hỗn hợpkim loại đất hiếmtương tự như thành phần đất hiếm nguyên bản trong quặng, và một kim loại duy nhất là một kim loại được tách ra và tinh chế từ mỗi trái đất quý hiếm. Rất khó để giảmoxit đất hiếms (ngoại trừ oxit củaSamariumThìEuropium,, ThuliumThìYtterbium) thành một kim loại duy nhất bằng cách sử dụng các phương pháp luyện kim nói chung, do sự hình thành cao và độ ổn định cao của chúng. Do đó, các nguyên liệu thô thường được sử dụng để sản xuấtkim loại đất hiếmNgày nay là clorua và fluoride của họ.
Điện phân muối nóng chảy
Sản xuất hàng loạt hỗn hợpkim loại đất hiếmTrong công nghiệp thường sử dụng phương pháp điện phân muối nóng chảy. Có hai phương pháp điện phân: điện phân clorua và điện phân oxit. Phương pháp chuẩn bị của mộtkim loại đất hiếmThay đổi tùy thuộc vào phần tử.SamariumThìEuropium,,ThuliumThìYtterbiumkhông phù hợp để chuẩn bị điện phân do áp suất hơi cao của chúng, và thay vào đó được chuẩn bị bằng phương pháp chưng cất giảm. Các yếu tố khác có thể được chuẩn bị bằng phương pháp điện phân hoặc giảm nhiệt kim loại.
Điện phân clorua là phương pháp phổ biến nhất để sản xuất kim loại, đặc biệt là đối với kim loại đất hiếm hỗn hợp. Quá trình này đơn giản, hiệu quả về chi phí và đòi hỏi đầu tư tối thiểu. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là giải phóng khí clo, làm ô nhiễm môi trường. Điện phân oxit không giải phóng các loại khí có hại, nhưng chi phí cao hơn một chút. Nói chung, một đĩa đơn giá caoTrái đất hiếmchẳng hạn nhưNeodymiumVàPraseodymiumđược sản xuất bằng cách sử dụng điện phân oxit.
Phương pháp điện phân giảm chân không chỉ có thể chuẩn bị cấp công nghiệp nói chungkim loại đất hiếm. Để chuẩn bịkim loại đất hiếmVới tạp chất thấp và độ tinh khiết cao, phương pháp giảm nhiệt chân không thường được sử dụng. Phương pháp này có thể tạo ra tất cả các kim loại đất hiếm, nhưngSamariumThìEuropium,,ThuliumThìYtterbiumkhông thể được sản xuất bằng phương pháp này. Tiềm năng oxy hóa khử củaSamariumThìEuropium,,ThuliumThìYtterbiumvà canxi chỉ giảm một phầnTrái đất hiếmfluoride. Nói chung, việc chuẩn bị các kim loại này dựa trên các nguyên tắc áp suất hơi cao của các kim loại này và áp suất hơi thấp củakim loại lanthanumS. Các oxit của bốn người nàyTrái đất hiếmđược trộn lẫn với các mảnh củakim loại lanthanumS và nén thành các khối, và giảm trong lò chân không.Lanthanumhoạt động hơn, trong khiSamariumThìEuropium,,ThuliumThìYtterbiumđược giảm xuống vàng bởilanthanumvà được thu thập trên ngưng tụ, giúp dễ dàng tách khỏi xỉ.
Thời gian đăng: Tháng 11-20023