Giới thiệu về công nghệ công nghiệp đất hiếm
·Đất hiếm ikhông phải là một nguyên tố kim loại, mà là thuật ngữ chung cho 15 nguyên tố đất hiếm vàytriVàscandi. Do đó, 17 nguyên tố đất hiếm và các hợp chất khác nhau của chúng có nhiều công dụng khác nhau, từ clorua có độ tinh khiết 46% đến oxit đất hiếm 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 vậy,đất hiếmcông nghệ cũng đa dạng dựa trên sự khác biệt của 17 nguyên tố này. Tuy nhiên, do thực tế là các nguyên tố đất hiếm có thể được chia thành xeri vàytrinhóm dựa trên đặc điểm khoáng sản, quá trình khai thác, luyện kim và tách khoáng sản đất hiếm cũng tương đối thống nhất. Bắt đầu từ khai thác quặng ban đầu, các phương pháp tách, quá trình luyện kim, phương pháp chiết xuất và quá trình tinh chế đất hiếm sẽ được giới thiệu từng cái một.
Chế biến khoáng sản đất hiếm
·Xử lý khoáng sản là một quá trình xử lý cơ học tận 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 tuyển quặng khác nhau để làm giàu khoáng chất có ích trong quặng, loại bỏ tạp chất có hại và tách chúng ra khỏi khoáng chất phế thải.
·Trongđất hiếmquặng được khai thác trên toàn thế giới, hàm lượngoxit đất hiếmchỉ là một vài phần trăm, và một số thậm chí còn thấp hơn. Để đáp ứng các yêu cầu sản xuất của quá trình luyện kim,đất hiếmkhoáng sản được tách ra khỏi khoáng vật tạp chất và các khoáng chất hữu ích khác thông qua quá trình tuyển trước khi nấu chảy, để tăng hàm lượng oxit đất hiếm và thu được tinh quặng đất hiếm có thể đáp ứng được yêu cầu của ngành luyện kim đất hiếm. Tuyển quặng đất hiếm thường áp dụng phương pháp tuyển nổi, thường được bổ sung bằng nhiều tổ hợp trọng lực và phân tách từ tính để tạo thành quy trình tuyển.
Cácđất hiếmmỏ ở mỏ Baiyunebo tại Nội Mông là một loại mỏ đá cacbonat của dolomit sắt, chủ yếu bao gồm các khoáng chất đất hiếm đi kèm trong quặng sắt (ngoài quặng xeri fluorocarbon và monazit, còn có một sốniobiVàđất hiếmkhoáng chất).
Quặng khai thác chứa khoảng 30% sắt và khoảng 5% oxit đất hiếm. Sau khi nghiền quặng lớn trong mỏ, nó được vận chuyển bằng tàu hỏa đến nhà máy tuyển quặng của Công ty Tập đoàn Sắt thép Baotou. Nhiệm vụ của nhà máy tuyển quặng là tăngFe2O3từ 33% đến hơn 55%, đầu tiên nghiền và phân loại trên máy nghiền bi hình nón, sau đó chọn quặng sắt cô đặc chính có hàm lượng 62-65% Fe2O3 (oxit sắt) sử dụng máy tách từ hình trụ. Các chất thải tiếp tục trải qua quá trình tuyển nổi và tách từ để thu được quặng sắt thứ cấp chứa hơn 45%Fe2O3(oxit sắt). Đất hiếm được làm giàu trong bọt tuyển nổi, với hàm lượng 10-15%. Có thể chọn chất cô đặc bằng cách sử dụng bàn lắc để tạo ra chất cô đặc thô có hàm lượng REO là 30%. Sau khi được xử lý lại bằng thiết bị tuyển, có thể thu được chất cô đặc đất hiếm có hàm lượng REO trên 60%.
Phương pháp phân hủy quặng đất hiếm
·Đất hiếmCác nguyên tố trong chất cô đặc thường tồn tại dưới dạng cacbonat, florua, phosphat, oxit hoặc silicat không hòa tan. Các nguyên tố đất hiếm phải được chuyển đổi thành các hợp chất hòa tan trong nước hoặc axit vô cơ thông qua nhiều biến đổi hóa học khác nhau, sau đó trải qua các quá trình như hòa tan, tách, tinh chế, cô đặc hoặc nung để tạo ra nhiều hỗn hợp khác nhauđất hiếmhợp 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 đơn lẻ. Quá trình này được gọi làđất hiếmphân hủy cô đặc, còn được gọi là xử lý trước.
·Có nhiều phương pháp để phân hủyđất hiếmcô đặc, nói chung có thể chia thành ba loại: phương pháp axit, phương pháp kiềm và phân hủy bằng clo. Phân hủy axit có thể được chia thành phân hủy axit clohydric, phân hủy axit sunfuric và phân hủy axit flohydric. Phân hủy kiềm có thể được chia thành phân hủy natri hiđroxit, phương pháp nấu chảy natri hiđroxit hoặc phương pháp rang soda. Quy trình phù hợp thường được lựa chọn dựa trên các nguyên tắc về loại cô đặc, đặc điểm cấp độ, kế hoạch sản phẩm, sự thuận tiện cho việc thu hồi và sử dụng toàn diện các nguyên tố đất hiếm, lợi ích cho vệ sinh lao động và bảo vệ môi trường và tính hợp lý về mặt kinh tế.
·Mặc dù gần 200 khoáng chất nguyên tố hiếm và phân tán đã được phát hiện, chúng vẫn chưa được làm giàu thành các mỏ độc lập với khai thác công nghiệp do tính hiếm của chúng. Cho đến nay, chỉ có các khoáng chất độc lập hiếmgermani, selen, Vàtelluriumđã phát hiện ra các mỏ, nhưng quy mô của các mỏ không lớn lắm.
Luyện kim đất hiếm
·Có hai phương pháp đểđất hiếmluyện kim, thủy luyện và nhiệt luyện.
·Toàn bộ quá trình luyện kim đất hiếm và luyện kim hóa học kim loại chủ yếu diễn ra trong dung dịch và dung môi, chẳng hạn như phân hủy cô đặc đất hiếm, tách và chiết xuấtoxit đất hiếm, hợp chất và kim loại đất hiếm đơn lẻ, sử dụng các quy trình tách hóa học như kết tủa, kết tinh, oxy hóa khử, chiết dung môi và trao đổi ion. Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là chiết dung môi hữu cơ, đây là quy trình phổ biến để tách công nghiệp các nguyên tố đất hiếm đơn lẻ có độ tinh khiết cao. Quy trình thủy luyện phức tạp và độ tinh khiết của sản phẩm cao. Phương pháp này có nhiều ứng dụng trong sản xuất thành phẩm.
Quá trình luyện kim nhiệt luyện đơn giản và có năng suất cao.Đất hiếmluyện kim nhiệt luyện chủ yếu bao gồm việc sản xuấthợp kim đất hiếmbằng phương pháp khử nhiệt silic, sản xuất kim loại đất hiếm hoặc hợp kim bằng phương pháp điện phân muối nóng chảy và sản xuấthợp kim đất hiếmbằng phương pháp khử nhiệt kim loại, v.v.
Đặc điểm chung của luyện kim nhiệt là sản xuất trong điều kiện nhiệt độ cao.
Quy trình sản xuất đất hiếm
·Đất hiếmcacbonat vàclorua đất hiếmlà hai sản phẩm chính trongđất hiếmngành công nghiệp. Nhìn chung, hiện nay có hai quy trình chính để sản xuất hai sản phẩm này. Một quy trình là quy trình rang axit sunfuric đậm đặc, và quy trình còn lại được gọi là quy trình xút ăn da, viết tắt là quy trình xút ăn da.
·Ngoài việc có mặt trong nhiều loại khoáng chất đất hiếm, một phần đáng kểnguyên tố đất hiếmtrong tự nhiên cùng tồn tại với khoáng vật đá apatite và phosphate. Tổng trữ lượng quặng phosphate thế giới là khoảng 100 tỷ tấn, với trung bìnhđất hiếmhàm lượng 0,5 ‰. Người ta ước tính rằng tổng lượngđất hiếmliên quan đến quặng phosphate trên thế giới là 50 triệu tấn. Để đáp ứng với các đặc điểm của thấpđất hiếmhàm lượng và tình trạng xảy ra đặc biệt trong các mỏ, nhiều quy trình thu hồi khác nhau đã được nghiên cứu trong nước và quốc tế, có thể chia thành phương pháp ướt và phương pháp nhiệt. Trong phương pháp 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 thu hồi đất hiếm từ các quy trình hóa học phốt pho, tất cả đều liên quan chặt chẽ đến các phương pháp chế biến quặng phosphate. Trong quá trình sản xuất nhiệt,đất hiếmtỷ lệ phục hồi có thể đạt tới 60%.
Với việc sử dụng liên tục các nguồn tài nguyên đá phosphate và chuyển sang phát triển đá phosphate chất lượng thấp, quy trình ướt axit sunfuric quy trình axit photphoric đã trở thành phương pháp chính thống trong ngành công nghiệp hóa chất phosphate và việc thu hồinguyên tố đất hiếmtrong quá trình sản xuất axit sunfuric ướt axit photphoric đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu. Trong quá trình sản xuất axit sunfuric ướt axit photphoric, quá trình kiểm soát làm giàu 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 trước đó.
Quá trình khai thác đất hiếm
Độ hòa tan của axit sunfuric
Xerinhóm (không tan trong muối phức sunfat) –lanthanum, xeri, praseodymium, neodymiumvà promethi;
Terbinhóm (ít tan trong muối phức sunfat) -samari, europium, gadolini, terbi, loạn dưỡng, Vàholmium;
Tách chiết
Ánh sángđất hiếm(P204 chiết xuất axit yếu) –lanthanum,xeri, praseodymium,neodymiumvà promethi;
Đất hiếm trung bình (chiết xuất axit thấp P204)-samari,europium,gadolini,terbi,loạn dưỡng;
Giới thiệu về quá trình chiết xuất
Trong quá trình tách biệtnguyên tố đất hiếm,do tính chất vật lý và hóa học cực kỳ giống nhau của 17 nguyên tố, cũng như sự phong phú của các tạp chất đi kèm trongnguyên tố đất hiếm, quá trình chiết xuất tương đối phức tạp và được sử dụng phổ biến.
Có ba loại quy trình chiết xuất: phương pháp từng bước, trao đổi ion và chiết xuất bằng 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. Từytri(Y) đếnlutetium(Lu), một sự tách biệt duy nhất giữa tất cả các hiện tượng tự nhiênnguyên tố đất hiếm, bao gồm cả radium được phát hiện bởi cặp vợ chồng Curie,
Tất cả chúng đều được tách ra bằng phương pháp này. Quy trình vận hành của phương pháp này tương đối phức tạp và việc tách riêng tất cả các nguyên tố đất hiếm mất hơn 100 năm, với một lần tách và lặp lại hoạt động lên tới 20.000 lần. Đối với công nhân hóa chất, công việc của họ
Độ bền tương đối cao, quá trình tương đối phức tạp, do đó, sử dụng phương pháp này không thể sản xuất một loại đất hiếm duy nhất với số lượng lớn.
Trao đổi ion
Công việc nghiên cứu về các nguyên tố đất hiếm đã bị cản trở do không thể sản xuất được một loại duy nhấtnguyên tố đất hiếmvới số lượng lớn thông qua các phương pháp từng bước. Để phân tíchnguyên tố đất hiếmcó trong các sản phẩm phân hạch hạt nhân và loại bỏ các nguyên tố đất hiếm khỏi urani và thori, sắc ký trao đổi ion (sắc ký trao đổi ion) đã được nghiên cứu thành công, sau đó được sử dụng để táchnguyên tố đất hiếms. Ưu điểm của phương pháp trao đổi ion là có thể tách nhiều nguyên tố trong một lần vận hành. Và cũng có thể thu được các sản phẩm có độ tinh khiết cao. Tuy nhiên, nhược điểm là không thể xử lý liên tục, chu kỳ vận hành dài và chi phí tái sinh và trao đổi nhựa cao. Do đó, phương pháp chính để tách một lượng lớn đất hiếm này đã không còn là phương pháp tách chính thống và thay thế bằng phương pháp chiết dung môi. Tuy nhiên, do đặc điểm nổi bật của sắc ký trao đổi ion trong việc thu được các sản phẩm đất hiếm đơn có độ tinh khiết cao, hiện nay, để sản xuất các sản phẩm đơn có độ tinh khiết cực cao và tách một số nguyên tố đất hiếm nặng, cũng cần sử dụng sắc ký trao đổi ion để tách và sản xuất sản phẩm đất hiếm.
Chiết xuất dung môi
Phương pháp sử dụng dung môi hữu cơ để chiết xuất và tách chất chiết xuất từ dung dịch nước không trộn lẫn được gọi là chiết xuất lỏng-lỏng dung môi hữu cơ, viết tắt là chiết xuất dung môi. Đây là quá trình truyền khối chuyển các chất từ pha lỏng này sang pha lỏng khác. Phương pháp chiết xuất dung môi đã được áp dụng trước đó trong hóa dầu, hóa hữu cơ, hóa dược và hóa 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 nguyên tố hiếm, chiết xuất dung môi đã có những tiến bộ lớn trong các ngành công nghiệp như công nghiệp nhiên liệu hạt nhân và luyện kim hiếm. Trung Quốc đã đạt được trình độ nghiên cứu cao về lý thuyết chiết xuất, tổng hợp và ứng dụng các chất chiết xuất mới và quy trình chiết xuất để tách các nguyên tố đất hiếm. So với các phương pháp tách như kết tủa phân loại, kết tinh phân loại và trao đổi ion, chiết xuất dung môi có một loạt các ưu điểm như hiệu quả tách tốt, năng suất 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 đã dần trở thành phương pháp chính để tách một lượng lớnđất hiếms.
Thanh lọc đất hiếm
Nguyên liệu sản xuất
Kim loại đất hiếmthường được chia thành kim loại đất hiếm hỗn hợp và kim loại đất hiếm đơnkim loại đất hiếm. Thành phần của hỗn hợpkim loại đất hiếmtương tự như thành phần đất hiếm ban đầu trong quặng, và một kim loại đơn lẻ là kim loại được tách ra và tinh chế từ mỗi loại đất hiếm. Thật khó để giảmoxit đất hiếms (trừ oxit củasamari,europium,, chất thuli,ytterbi) thành một kim loại duy nhất bằng các phương pháp luyện kim thông thường, do nhiệt hình thành cao và độ ổn định cao. Do đó, các nguyên liệu thô thường được sử dụng để sản xuấtkim loại đất hiếmngày nay là clorua và florua.
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 điều chế mộtkim loại đất hiếmthay đổi tùy theo từng nguyên tố.samari,europium,,chất thuli,ytterbikhông thích hợp để chế tạo bằng phương pháp điện phân do áp suất hơi cao, thay vào đó được chế tạo bằng phương pháp chưng cất khử. Các nguyên tố khác có thể được chế tạo bằng phương pháp điện phân hoặc phương pháp khử 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. Quy trình này đơn giản, tiết kiệm chi phí và đòi hỏi đầu tư tối thiểu. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là giải phóng khí clo, gây ô nhiễm môi trường. Điện phân oxit không giải phóng khí độc hại, nhưng chi phí cao hơn một chút. Nhìn chung, giá caođất hiếmchẳng hạn nhưneodymiumVàpraseodymiumđược sản xuất bằng phương pháp điện phân oxit.
Phương pháp điện phân khử chân không chỉ có thể chuẩn bị cấp công nghiệp chungkim loại đất hiếm. Để chuẩn bịkim loại đất hiếmvới tạp chất thấp và độ tinh khiết cao, phương pháp khử nhiệt chân không thường được sử dụng. Phương pháp này có thể sản xuất tất cả các kim loại đất hiếm đơn lẻ, nhưngsamari,europium,,chất thuli,ytterbikhông thể được sản xuất bằng phương pháp này. Thế oxy hóa khử củasamari,europium,,chất thuli,ytterbivà canxi chỉ giảm một phầnđất hiếmflorua. Nói chung, việc chế tạo các kim loại này dựa trên nguyên tắc áp suất hơi cao của các kim loại này và áp suất hơi thấp củakim loại lanthanums. Các oxit của bốn chất nàyđất hiếmđược trộn lẫn với các mảnh vỡ củakim loại lanthanumvà nén thành khối, sau đó khử trong lò chân không.Lantanhoạt động tích cực hơn, trong khisamari,europium,,chất thuli,ytterbiđược giảm xuống thành vàng bởilanthanumvà được thu thập khi ngưng tụ, giúp tách dễ dàng khỏi xỉ.
Thời gian đăng: 07-11-2023