Giới thiệu về công nghệ công nghiệp đất hiếm
·Đất hiếm tôis không phải là nguyên tố kim loại mà là thuật ngữ chung cho 15 nguyên tố đất hiếm vàyttriVàScandium.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 các 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 sẽ tạo ra vô số sản phẩm đất hiếm.Vì thế,đât hiêmcông nghệ cũng rất đa dạng dựa trên sự khác biệt của 17 yếu tố này.Tuy nhiên, do thực tế là các nguyên tố đất hiếm có thể được chia thành xeri vàyttriDựa vào đặc điểm khoáng sản, các quá trình khai thác, luyện kim, tách khoáng đất hiếm cũng tương đối thống nhất.Bắt đầu từ quá trình khai thác quặng ban đầu, các phương pháp tách, quy trình nấu chảy, phương pháp chiết xuất và quy trình tinh chế đất hiếm sẽ được giới thiệu lần lượt.
Chế biến khoáng sản đất hiếm
·Chế biến khoáng sản là 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 làm giàu khác nhau để làm giàu các khoáng chất hữu ích trong quặng, loại bỏ tạp chất có hại và tách chúng ra từ khoáng chất gangue.
·Bên trongđât hiêmquặng được khai thác trên toàn thế giới, hàm lượng củaoxit đất hiếmchỉ là một vài phần trăm, và một số thậm chí còn thấp hơn.Để đáp ứng nhu cầu sản xuất luyện kim,đât hiêmkhoáng sản được tách ra khỏi khoáng vật gangue và các khoáng chất hữu ích khác thông qua quá trình làm giàu trước khi nấu chảy, nhằm tăng hàm lượng oxit đất hiếm và thu được tinh quặng đất hiếm có thể đáp ứng yêu cầu của luyện kim đất hiếm.Việc làm giàu quặng đất hiếm thường áp dụng phương pháp tuyển nổi, thường được bổ sung bằng nhiều sự kết hợp giữa trọng lực và tách từ để tạo thành một dòng quy trình làm giàu.
Cácđât hiêmMỏ tại mỏ Baiyunebo ở Nội Mông là một mỏ quặng sắt dolomit cacbonat, chủ yếu bao gồm các khoáng chất đất hiếm đi kèm trong quặng sắt (ngoài quặng xeri fluorocarbon và monazit, còn có một số mỏniobiVàđât hiêmkhoáng sản).
Quặng khai thác 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 tuyển quặng của Công ty Tập đoàn Gang thép Baotou.Nhiệm vụ của nhà máy chế biến là tăngFe2O3từ 33% đến trên 55%, trước tiên nghiền và phân loại trên máy nghiền bi hình nón, sau đó chọn tinh quặng sắt sơ cấp 62-65% Fe2O3 (Sắt ô-xít) sử dụng máy tách từ hình trụ.Các chất thải tiếp tục trải qua quá trình tuyển nổi và tách từ để thu được tinh quặng sắt thứ cấp chứa hơn 45%Fe2O3(Sắt ô-xít).Đất hiếm được làm giàu trong bọt tuyển nổi với hàm lượng 10-15%.Chất cô đặc có thể được chọn bằng cách sử dụng bàn lắc để tạo ra chất cô đặc thô với hàm lượng REO là 30%.Sau khi được xử lý lại bằng thiết bị tuyển quặng, có thể thu được tinh quặng đất hiếm có hàm lượng REO trên 60%.
Phương pháp phân hủy đất hiếm cô đặc
·Đât hiêmcác nguyên tố trong chất cô đặc thường tồn tại ở dạng cacbonat, florua, phốt phát, 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 các thay 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 nhau.đât hiêmcác 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 đơn lẻ.Quá trình này được gọi làđât hiêmphân hủy tập trung, còn được gọi là tiền xử lý.
·Có nhiều phương pháp phân hủyđât hiêmchất cô đặc, thường có thể được chia thành ba loại: phương pháp axit, phương pháp kiềm và phân hủy clo.Phân hủy axit có thể được chia thành phân hủy axit clohydric, phân hủy axit sulfuric và phân hủy axit hydrofluoric.Phân hủy kiềm có thể được chia thành phân hủy natri hydroxit, nấu chảy natri hydroxit hoặc phương pháp rang soda.Quy trình xử lý phù hợp thường được lựa chọn dựa trên các nguyên tắc về loại cô đặc, đặc tính cấp, 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 quý hiếm và phân tán đã được phát hiện nhưng chúng chưa được làm giàu thành các mỏ độc lập bằng khai thác công nghiệp do tính hiếm của chúng.Cho đến nay, chỉ có độc lập hiếm hoigermani, selen, VàTelluriumtrữ lượng đã được phát hiện nhưng quy mô trữ lượng không lớn.
Luyện kim đất hiếm
· Có hai phương phápđât hiêmluyện kim, luyện kim và luyện kim.
·Toàn bộ quá trình thủy luyện đất hiếm và luyện kim hóa học kim loại chủ yếu ở dạng dung dịch và dung môi, chẳng hạn như phân hủy đất hiếm cô đặc, tách và chiết xuấtoxit đất hiếm, hợp chất và kim loại đất hiếm đơn lẻ, sử dụng các quá 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 bằng dung môi hữu cơ, đây là một quy trình phổ biến để tách công nghiệp các nguyên tố đất hiếm có độ tinh khiết cao.Quá 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 đơn giản và có năng suất cao.Đât hiêmLuyện kim chủ yếu bao gồm việc sản xuấthợp kim đất hiếmbằng phương pháp khử nhiệt silic, sản xuất kim loại hoặc hợp kim đất hiếm 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 hỏa là sản xuất trong điều kiện nhiệt độ cao.
Quy trình sản xuất đất hiếm
·Đât hiêmcacbonat vàclorua đất hiếmlà hai sản phẩm chính trongđât hiêmngành 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, viết tắt là quy trình xút.
·Ngoài việc có mặt trong nhiều loại khoáng sản đất hiếm, một phần đáng kểnguyên tố đất hiếmtrong tự nhiên cùng tồn tại với khoáng vật đá apatit và photphat.Tổng trữ lượng quặng photphat trên thế giới khoảng 100 tỷ tấn, trung bìnhđât hiêmhàm lượng 0,5‰.Người ta ước tính rằng tổng số tiềnđât hiêmliên quan đến quặng photphat trên thế giới là 50 triệu tấn.Để đáp ứng với đặc điểm của thấpđât hiêmnội dung và trạng thái xuất hiện đặc biệt trong các mỏ, các quy trình thu hồi khác nhau đã được nghiên cứu cả trong nước và quốc tế, có thể chia thành các phương pháp ướt và nhiệt.Trong phương pháp ướt, chúng có thể được chia thành phương pháp axit nitric, phương pháp axit clohydric và phương pháp axit sulfuric tùy theo các axit phân hủy khác nhau.Có nhiều cách khác nhau để thu hồi đất hiếm từ các quá trình hóa học phốt pho, tất cả đều liên quan chặt chẽ đến phương pháp chế biến quặng phốt phát.Trong quá trình sản xuất nhiệt,đât hiêmtỷ lệ thu hồi có thể đạt tới 60%.
Với việc sử dụng liên tục các nguồn tài nguyên đá photphat và chuyển sang phát triển đá photphat chất lượng thấp, quy trình axit photphoric ướt axit sulfuric đã trở thành phương pháp chủ đạo trong ngành hóa chất photphat và thu hồinguyên tố đất hiếmtrong quá trình ướt axit sulfuric axit photphoric đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu.Trong quy trình sản xuất axit photphoric quy trình ướt axit sunfuric, quy trình kiểm soát quá trình làm giàu đất hiếm trong axit photphoric sau đó sử dụng chiết dung môi hữu cơ để chiết xuất đất hiếm có nhiều ưu điểm hơn các phương pháp phát triển ban đầu.
Quy trình khai thác đất hiếm
Độ hòa tan axit sunfuric
Xerinhóm (không hòa tan trong muối phức sunfat) –lanthanum, xeri, praseodymium, neodymiumvà promethi;
Terbinhóm (hòa tan ít trong muối phức sunfat) -samari, europium, gadolinium, terbi, chứng khó tiêu, Vàholmi;
Yttrinhóm (hòa tan trong muối phức sunfat) –yttri, erbi, chất hóa học, ytterbium,luteti, VàScandium.
Tách chiết
Ánh sángđât hiêm(Chiết xuất axit yếu P204) –lanthanum,xeri, praseodymium,neodymiumvà promethi;
Đất hiếm trung bình (chiết xuất có độ axit thấp P204)-samari,europium,gadolinium,terbi,chứng khó tiêu;
Giới thiệu về quá trình chiết xuất
Trong quá trình táchnguyên 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 trích xuất tương đối phức tạp và được sử dụng phổ biến.
Có ba loại quy trình chiết: phương pháp từng bước, trao đổi ion và chiết 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.Từyttri(Y) đếnluteti(Lu), sự tách biệt duy nhất giữa tất cả các nguồn gốc tự nhiênnguyên tố đất hiếm, bao gồm cả radium được phát hiện bởi cặp vợ chồng Curie,
Tất cả 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 hoạt động lặp lại đạt tới 20000 lần.Đối với công nhân hóa chất, công việc của họ
Sức mạnh tương đối cao và quá trình tương đối phức tạp.Vì vậy, sử dụng phương pháp này không thể tạo ra một loại đất hiếm 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 nguyên tố duy nhất.nguyên tố đất hiếmvới số lượng lớn thông qua các phương pháp từng bước.Để phân tích cácnguyên 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 táchnguyên tố đất hiếmS.Ưu điểm của phương pháp trao đổi ion là có thể tách nhiều phần tử trong một thao tác.Và nó 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 hoạt động dài và chi phí tái sinh, trao đổi nhựa cao.Vì vậy, phương pháp chính để tách một lượng lớn đất hiếm này đã bị loại bỏ khỏi phương pháp tách chủ đạo và được thay thế bằng phương pháp chiết dung môi.Tuy nhiên, do đặc tính vượt trội của sắc ký trao đổi ion trong việc thu được các sản phẩm đất hiếm đơn có độ tinh khiết cao nên hiện nay, để tạo ra các sản phẩm đơn lẻ có độ tinh khiết cực cao và tách một số nguyên tố đất hiếm nặng cũng cần phải sử dụng sắc ký trao đổi ion. để tách và tạo ra sản phẩm đất hiếm.
Chiết xuất dung môi
Phương pháp sử dụng dung môi hữu cơ để chiết và tách chất chiết được ra khỏi dung dịch nước không trộn lẫn được gọi là chiết lỏng-lỏng bằng dung môi hữu cơ, viết tắt là chiết bằng dung môi.Đó là một quá trình chuyển khối lượng chuyển các chất từ pha lỏng này sang pha lỏng khác.Phương pháp chiết bằng 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 công nghệ năng lượng nguyên tử cũng như nhu cầu sản xuất các chất siêu tinh khiết và các nguyên tố hiếm, việc chiết dung môi đã có những tiến bộ vượt bậc 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 mới cũng như quy trình chiết tách để tách nguyên tố đất hiếm.So với các phương pháp tách như kết tủa phân loại, kết tinh phân loại và trao đổi ion, chiết dung môi có một số ưu điểm như hiệu quả 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.Vì vậy, nó dần dần trở thành phương pháp chính để tách một lượng lớn các chấtđât hiêms.
Tinh chế đất hiếm
Nguyên liệu sản xuất
Kim loại đất hiếmthường được chia thành các kim loại đất hiếm hỗn hợp và đơnkim loại đất hiếm.Thành phần hỗn hợpkim loại đất hiếmtương tự như thành phần đất hiếm ban đầu trong quặng và một kim loại 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 hóa học,ytterbium) thành một kim loại duy nhất bằng các phương pháp luyện kim thông thường, do nhiệt tạo thành cao và độ ổn định cao.Vì vậy, nguồn nguyên liệu thường được sử dụng để sản xuấtkim loại đất hiếmngày nay là clorua và florua của chúng.
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 đơnkim loại đất hiếmthay đổi tùy theo phần tử.samari,europium,,chất hóa học,ytterbiumkhông thích hợp cho việc điều chế điện phân do áp suất hơi cao của chúng và thay vào đó được điều chế bằng phương pháp chưng cất khử.Các nguyên tố khác có thể được điều chế bằng phương pháp điện phân hoặc khử nhiệt kim loại.
Điện phân clorua là phương pháp phổ biến nhất để sản xuất kim loại, đặc biệt là đối với hỗn hợp kim loại đất hiếm.Quá trình này đơn giản, tiết kiệm chi phí và yêu cầu đầu tư tối thiểu.Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là thải ra khí clo gây ô nhiễm môi trường.Điện phân oxit không thải ra khí độc hại nhưng chi phí cao hơn một chút.Nói chung là đơn giá caođất hiếmchẳng hạn nhưneodymiumVàpraseodymiumđược sản xuất bằng cách điện phân oxit.
Phương pháp điện phân giảm chân không chỉ có thể chuẩn bị loại công nghiệp thông thườngkim loại đất hiếm.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 tạo ra tất cả các kim loại đất hiếm, nhưngsamari,europium,,chất hóa học,ytterbiumkhông thể sản xuất được bằng phương pháp này.Tiềm năng oxi hóa khử củasamari,europium,,chất hóa học,ytterbiumvà canxi chỉ giảm một phầnđât hiêmflorua.Nói chung, việc điều chế 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 loại nàyđất hiếmđược trộn lẫn với những mảnh vỡ củakim loại lanthanums và được nén thành khối và được khử trong lò chân không.Lanthanumhoạt động tích cực hơn, trong khisamari,europium,,chất hóa học,ytterbiumđược giảm thành vàng bởilanthanumvà được thu hồi khi ngưng tụ, giúp dễ dàng tách khỏi xỉ.
Thời gian đăng: Nov-07-2023