Panimula sa Rare Earth Industry Technology
·Rare earth is hindi isang metal na elemento, ngunit isang kolektibong termino para sa 15 bihirang elemento ng lupa atyttriumatscandium.Samakatuwid, ang 17 na bihirang elemento ng lupa at ang kanilang iba't ibang mga compound ay may iba't ibang gamit, mula sa mga chlorides na may kadalisayan na 46% hanggang sa mga solong bihirang earth oxide atmga metal na bihirang lupana may kadalisayan ng 99.9999%.Sa pagdaragdag ng mga kaugnay na compound at mixtures, mayroong hindi mabilang na mga rare earth na produkto.Kaya,bihirang lupaiba't iba rin ang teknolohiya batay sa pagkakaiba ng 17 elementong ito.Gayunpaman, dahil sa ang katunayan na ang mga bihirang elemento ng lupa ay maaaring nahahati sa cerium atyttriumAng mga pangkat na batay sa mga katangian ng mineral, ang mga proseso ng pagmimina, pagtunaw, at paghihiwalay ng mga mineral na bihirang lupa ay medyo nagkakaisa rin.Simula sa paunang pagmimina ng ore, isa-isang ipakikilala ang mga paraan ng paghihiwalay, mga proseso ng smelting, mga paraan ng pagkuha, at mga proseso ng purification ng mga rare earth.
Pagproseso ng mineral ng mga bihirang lupa
· Ang pagpoproseso ng mineral ay isang mekanikal na proseso ng pagproseso na gumagamit ng mga pagkakaiba sa pisikal at kemikal na mga katangian sa pagitan ng iba't ibang mineral na bumubuo sa ore, gumagamit ng iba't ibang paraan ng benepisyasyon, proseso, at kagamitan upang pagyamanin ang mga kapaki-pakinabang na mineral sa ore, alisin ang mga nakakapinsalang dumi, at paghiwalayin ang mga ito mula sa mga mineral na gangue.
·Nasabihirang lupaores mina sa buong mundo, ang nilalaman ngmga bihirang earth oxideay ilang porsyento lamang, at ang ilan ay mas mababa pa.Upang matugunan ang mga kinakailangan sa produksyon ng smelting,bihirang lupaang mga mineral ay pinaghihiwalay mula sa mga mineral na gangue at iba pang kapaki-pakinabang na mineral sa pamamagitan ng benepisyasyon bago tunawin, upang madagdagan ang nilalaman ng mga rare earth oxides at makakuha ng mga rare earth concentrates na maaaring matugunan ang mga kinakailangan ng rare earth metalurgy.Ang beneficiation ng mga rare earth ores ay karaniwang gumagamit ng flotation method, kadalasang dinadagdagan ng maraming kumbinasyon ng gravity at magnetic separation upang bumuo ng isang daloy ng proseso ng beneficiation.
Angbihirang lupaang deposito sa Baiyunebo Mine sa Inner Mongolia ay isang carbonate rock type na deposito ng iron dolomite, higit sa lahat ay binubuo ng mga kasamang mineral na bihirang lupa sa iron ore (bilang karagdagan sa fluorocarbon cerium ore at monazite, mayroon ding ilangniobiumatbihirang lupamineral).
Ang na-extract na ore ay naglalaman ng humigit-kumulang 30% na bakal at humigit-kumulang 5% na mga rare earth oxides. Pagkatapos durugin ang malaking ore sa minahan, dinadala ito sa pamamagitan ng tren patungo sa beneficiation plant ng Baotou Iron and Steel Group Company.Ang gawain ng planta ng benepisyasyon ay upang madagdaganFe2O3mula 33% hanggang lampas 55%, unang paggiling at pag-grado sa isang conical ball mill, at pagkatapos ay pumili ng pangunahing iron concentrate na 62-65% Fe2O3 (iron oxide) gamit ang isang cylindrical magnetic separator.Ang mga tailing ay patuloy na sumasailalim sa flotation at magnetic separation upang makakuha ng pangalawang iron concentrate na naglalaman ng higit sa 45%Fe2O3(iron oxide).Ang bihirang lupa ay pinayaman sa flotation foam, na may grado na 10-15%.Maaaring mapili ang concentrate gamit ang shaking table para makagawa ng coarse concentrate na may REO content na 30%.Pagkatapos maproseso muli ng kagamitan sa benepisyasyon, maaaring makuha ang isang rare earth concentrate na may REO content na higit sa 60%.
Paraan ng decomposition ng rare earth concentrate
·Rare earthAng mga elemento sa concentrates ay karaniwang umiiral sa anyo ng mga hindi matutunaw na carbonates, fluoride, phosphates, oxides, o silicates.Ang mga elemento ng rare earth ay dapat ma-convert sa mga compound na natutunaw sa tubig o inorganic acid sa pamamagitan ng iba't ibang mga pagbabago sa kemikal, at pagkatapos ay sumailalim sa mga proseso tulad ng dissolution, separation, purification, concentration, o calcination upang makagawa ng iba't ibang halo-halongbihirang lupamga compound tulad ng pinaghalong rare earth chlorides, na maaaring gamitin bilang mga produkto o hilaw na materyales para sa paghihiwalay ng mga solong elemento ng rare earth.Ang prosesong ito ay tinatawag nabihirang lupaconcentrate decomposition, na kilala rin bilang pre-treatment.
·Maraming paraan para mabulokbihirang lupaconcentrates, na maaaring karaniwang nahahati sa tatlong kategorya: acid method, alkali method, at chlorination decomposition.Ang acid decomposition ay maaaring higit pang nahahati sa hydrochloric acid decomposition, sulfuric acid decomposition, at hydrofluoric acid decomposition.Ang alkali decomposition ay maaaring nahahati pa sa sodium hydroxide decomposition, sodium hydroxide melting, o soda roasting method.Ang naaangkop na daloy ng proseso ay karaniwang pinipili batay sa mga prinsipyo ng uri ng concentrate, mga katangian ng grado, plano ng produkto, kaginhawahan para sa pagbawi at komprehensibong paggamit ng mga hindi bihirang elemento ng lupa, benepisyo para sa kalinisan ng paggawa at pangangalaga sa kapaligiran, at rasyonalidad sa ekonomiya.
· Bagama't halos 200 bihira at dispersed na elementong mineral ang natuklasan, hindi pa sila napayaman sa mga independiyenteng deposito na may pang-industriyang pagmimina dahil sa kanilang pambihira.Sa ngayon, bihira lamang ang independyentegermanium, siliniyum, attelluriumang mga deposito ay natuklasan, ngunit ang sukat ng mga deposito ay hindi masyadong malaki.
Pagtunaw ng mga bihirang lupa
· May dalawang paraan para sabihirang lupasmelting, hydrometallurgy at pyrometallurgy.
· Ang buong proseso ng rare earth hydrometallurgy at metal chemical metalurgy ay kadalasang nasa solusyon at solvent, tulad ng decomposition ng rare earth concentrate, paghihiwalay at pagkuha ngmga bihirang earth oxide, compounds, at single rare earth metals, na gumagamit ng mga kemikal na proseso ng paghihiwalay gaya ng precipitation, crystallization, oxidation-reduction, solvent extraction, at ion exchange.Ang pinakakaraniwang ginagamit na paraan ay ang organic solvent extraction, na isang unibersal na proseso para sa industriyal na paghihiwalay ng mga high-purity single rare earth elements.Ang proseso ng hydrometallurgy ay kumplikado at ang kadalisayan ng produkto ay mataas.Ang pamamaraang ito ay may malawak na hanay ng mga aplikasyon sa paggawa ng mga natapos na produkto.
Ang proseso ng pyrometallurgical ay simple at may mataas na produktibidad.Rare earthpangunahing kinabibilangan ng pyrometallurgy ang produksyon ngrare earth alloyssa pamamagitan ng silicothermic reduction method, ang paggawa ng mga rare earth metal o alloys sa pamamagitan ng molten salt electrolysis method, at ang paggawa ngrare earth alloyssa pamamagitan ng metal thermal reduction method atbp.
Ang karaniwang katangian ng pyrometallurgy ay ang produksyon sa ilalim ng mga kondisyon ng mataas na temperatura.
Proseso ng paggawa ng bihirang lupa
·Rare earthcarbonate atbihirang lupa kloridoay ang dalawang pangunahing pangunahing produkto sabihirang lupaindustriya.Sa pangkalahatan, mayroong kasalukuyang dalawang pangunahing proseso para sa paggawa ng dalawang produktong ito.Ang isang proseso ay ang puro sulfuric acid na proseso ng litson, at ang isa pang proseso ay tinatawag na proseso ng caustic soda, na dinaglat bilang proseso ng caustic soda.
· Bilang karagdagan sa pagiging naroroon sa iba't ibang mga mineral na bihirang lupa, isang makabuluhang bahagi ngmga elemento ng bihirang lupasa kalikasan ay nabubuhay kasama ng apatite at phosphate rock mineral.Ang kabuuang reserba ng world phosphate ore ay humigit-kumulang 100 bilyong tonelada, na may averagebihirang lupanilalaman ng 0.5 ‰.Tinatayang ang kabuuang halaga ngbihirang lupana nauugnay sa phosphate ore sa mundo ay 50 milyong tonelada.Bilang tugon sa mga katangian ng mabababihirang lupanilalaman at katayuan ng espesyal na pangyayari sa mga minahan, ang iba't ibang mga proseso ng pagbawi ay pinag-aralan kapwa sa loob ng bansa at internasyonal, na maaaring nahahati sa wet at thermal na pamamaraan.Sa mga pamamaraan ng basa, maaari silang nahahati sa paraan ng nitric acid, pamamaraan ng hydrochloric acid, at pamamaraan ng sulfuric acid ayon sa iba't ibang mga acid sa agnas.Mayroong iba't ibang mga paraan upang mabawi ang mga bihirang lupa mula sa mga proseso ng kemikal ng phosphorus, na lahat ay malapit na nauugnay sa mga pamamaraan ng pagproseso ng phosphate ore.Sa panahon ng proseso ng thermal production, angbihirang lupaang rate ng pagbawi ay maaaring umabot sa 60%.
Sa patuloy na paggamit ng mga mapagkukunan ng phosphate rock at ang paglipat patungo sa pagbuo ng mababang kalidad na phosphate rock, ang sulfuric acid wet process phosphoric acid na proseso ay naging pangunahing pamamaraan sa industriya ng kemikal ng pospeyt, at ang pagbawi ngmga elemento ng bihirang lupasa sulfuric acid wet process phosphoric acid ay naging isang research hotspot.Sa proseso ng produksyon ng sulfuric acid wet process phosphoric acid, ang proseso ng pagkontrol sa pagpapayaman ng mga bihirang lupa sa phosphoric acid at pagkatapos ay ang paggamit ng organic solvent extraction upang kunin ang mga bihirang lupa ay may higit na mga pakinabang kaysa sa mga maagang binuo na pamamaraan.
Proseso ng pagkuha ng bihirang lupa
Sulfuric acid solubility
Ceriumgrupo (hindi matutunaw sa sulfate complex salts) -lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, at promethium;
Terbiumpangkat (bahagyang natutunaw sa sulfate complex salts) -samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, atholmium;
Yttriumpangkat (natutunaw sa sulfate complex salts) -yttrium, erbium, thulium, ytterbium,lutetium, atscandium.
Paghihiwalay ng pagkuha
Liwanagbihirang lupa(P204 mahinang pagkuha ng acidity) –lanthanum,cerium, praseodymium,neodymium, at promethium;
Middle rare earth (P204 low acidity extraction)-samarium,europium,gadolinium,terbium,dysprosium;
Mabigatbihirang lupamga elemento(pagkuha ng acidity sa P204) -holmium,
Panimula sa Proseso ng Pagkuha
Sa proseso ng paghihiwalaymga elemento ng bihirang lupa,dahil sa labis na magkatulad na pisikal at kemikal na mga katangian ng 17 elemento, pati na rin ang kasaganaan ng mga kasamang dumi samga elemento ng bihirang lupa, ang proseso ng pagkuha ay medyo kumplikado at karaniwang ginagamit.
May tatlong uri ng mga proseso ng pagkuha: step-by-step na paraan, ion exchange, at solvent extraction.
Hakbang-hakbang na pamamaraan
Ang paraan ng paghihiwalay at paglilinis gamit ang pagkakaiba sa solubility ng mga compound sa solvents ay tinatawag na step-by-step na paraan.Mula sayttrium(Y) salutetium(Lu), isang solong paghihiwalay sa pagitan ng lahat ng natural na nagaganapmga elemento ng bihirang lupa, kabilang ang radium na natuklasan ng mag-asawang Curie,
Lahat sila ay pinaghiwalay gamit ang pamamaraang ito.Ang pamamaraan ng pagpapatakbo ng pamamaraang ito ay medyo kumplikado, at ang nag-iisang paghihiwalay ng lahat ng mga bihirang elemento ng lupa ay tumagal ng higit sa 100 taon, na may isang paghihiwalay at paulit-ulit na operasyon na umaabot sa 20000 beses.Para sa mga manggagawang kemikal, ang kanilang trabaho
Ang lakas ay medyo mataas at ang proseso ay medyo kumplikado.Samakatuwid, ang paggamit ng paraang ito ay hindi makakagawa ng isang bihirang lupa sa malalaking dami.
Pagpapalit ng ion
Ang gawaing pananaliksik sa mga bihirang elemento ng lupa ay nahadlangan ng kawalan ng kakayahang makagawa ng isang solong elementoelemento ng bihirang lupasa malalaking dami sa pamamagitan ng mga hakbang-hakbang na pamamaraan.Upang masuri angmga elemento ng bihirang lupana nilalaman sa mga produkto ng nuclear fission at alisin ang mga bihirang elemento ng lupa mula sa uranium at thorium, matagumpay na pinag-aralan ang chromatography ng palitan ng ion (ion exchange chromatography), na ginamit noon para sa paghihiwalay ngelemento ng bihirang lupas.Ang bentahe ng paraan ng pagpapalitan ng ion ay ang maraming elemento ay maaaring paghiwalayin sa isang operasyon.At maaari rin itong makakuha ng mga produktong may mataas na kadalisayan.Gayunpaman, ang kawalan ay hindi ito maproseso nang tuluy-tuloy, na may mahabang operating cycle at mataas na gastos para sa pagbabagong-buhay at pagpapalit ng resin.Samakatuwid, ito sa sandaling ang pangunahing paraan para sa paghihiwalay ng malalaking halaga ng mga bihirang lupa ay itinigil mula sa pangunahing paraan ng paghihiwalay at pinalitan ng paraan ng solvent extraction.Gayunpaman, dahil sa mga namumukod-tanging katangian ng ion exchange chromatography sa pagkuha ng high-purity single rare earth na produkto, sa kasalukuyan, para makagawa ng ultra-high purity na solong produkto at paghiwalayin ang ilang mabibigat na elemento ng rare earth, kinakailangan ding gumamit ng ion exchange chromatography. upang paghiwalayin at makagawa ng isang rare earth na produkto.
Pagkuha ng solvent
Ang paraan ng paggamit ng mga organikong solvents upang i-extract at ihiwalay ang na-extract na substance mula sa isang immiscible aqueous solution ay tinatawag na organic solvent liquid-liquid extraction, na dinaglat bilang solvent extraction.Ito ay isang proseso ng paglipat ng masa na naglilipat ng mga sangkap mula sa isang likidong bahagi patungo sa isa pa.Ang paraan ng solvent extraction ay nailapat nang mas maaga sa petrochemical, organic chemistry, pharmaceutical chemistry, at analytical chemistry.Gayunpaman, sa nakalipas na apatnapung taon, dahil sa pag-unlad ng agham at teknolohiya ng atomic energy, pati na rin ang pangangailangan para sa paggawa ng mga ultrapure substance at bihirang elemento, ang solvent extraction ay gumawa ng malaking pag-unlad sa mga industriya tulad ng nuclear fuel industry at bihirang metalurhiya. .Nakamit ng Tsina ang isang mataas na antas ng pananaliksik sa teorya ng pagkuha, ang synthesis at aplikasyon ng mga bagong extractant, at ang proseso ng pagkuha para sa paghihiwalay ng elemento ng rare earth.Kung ikukumpara sa mga paraan ng paghihiwalay tulad ng graded precipitation, graded crystallization, at ion exchange, ang solvent extraction ay may serye ng mga pakinabang tulad ng magandang separation effect, malaking kapasidad ng produksyon, kaginhawahan para sa mabilis at tuluy-tuloy na produksyon, at madaling makuha ang awtomatikong kontrol.Samakatuwid, ito ay unti-unting naging pangunahing paraan para sa paghihiwalay ng malalaking halaga ngbihirang lupas.
Rare earth purification
Produksyon ng mga hilaw na materyales
Rare earth metalsay karaniwang nahahati sa halo-halong rare earth metal at singlemga metal na bihirang lupa.Ang komposisyon ng halo-halongmga metal na bihirang lupaay katulad ng orihinal na komposisyon ng bihirang lupa sa ore, at ang isang solong metal ay isang metal na pinaghihiwalay at pino mula sa bawat bihirang lupa.Mahirap bawasanbihirang lupa oksidos (maliban sa mga oxide ngsamarium,europium,, thulium,ytterbium) sa isang solong metal gamit ang mga pangkalahatang pamamaraan ng metalurhiko, dahil sa kanilang mataas na init ng pagbuo at mataas na katatagan.Samakatuwid, ang karaniwang ginagamit na hilaw na materyales para sa produksyon ngmga metal na bihirang lupasa ngayon ay ang kanilang mga chlorides at fluoride.
tunaw na asin electrolysis
Ang mass production ng halo-halongmga metal na bihirang lupasa industriya sa pangkalahatan ay gumagamit ng molten salt electrolysis method.Mayroong dalawang paraan ng electrolysis: chloride electrolysis at oxide electrolysis.Ang paraan ng paghahanda ng isang solongmga metal na bihirang lupanag-iiba depende sa elemento.samarium,europium,,thulium,ytterbiumay hindi angkop para sa paghahanda ng electrolytic dahil sa kanilang mataas na presyon ng singaw, at sa halip ay inihanda gamit ang paraan ng pagbabawas ng distillation.Ang iba pang mga elemento ay maaaring ihanda sa pamamagitan ng electrolysis o metal thermal reduction method.
Ang chloride electrolysis ay ang pinakakaraniwang paraan para sa paggawa ng mga metal, lalo na para sa mga mixed rare earth metal.Ang proseso ay simple, cost-effective, at nangangailangan ng kaunting pamumuhunan.Gayunpaman, ang pinakamalaking sagabal ay ang paglabas ng chlorine gas, na nagpaparumi sa kapaligiran.Ang oxide electrolysis ay hindi naglalabas ng mga nakakapinsalang gas, ngunit ang gastos ay bahagyang mas mataas.Sa pangkalahatan, mataas ang presyo ng singlemga bihirang lupatulad ngneodymiumatpraseodymiumay ginawa gamit ang oxide electrolysis.
Ang paraan ng vacuum reduction electrolysis ay maaari lamang maghanda ng pangkalahatang pang-industriya na gradomga metal na bihirang lupa.Maghandamga metal na bihirang lupana may mababang impurities at mataas na kadalisayan, vacuum thermal reduction paraan ay karaniwang ginagamit.Ang pamamaraang ito ay maaaring makabuo ng lahat ng solong rare earth metal, ngunitsamarium,europium,,thulium,ytterbiumhindi maaaring gawin gamit ang pamamaraang ito.Ang potensyal na redox ngsamarium,europium,,thulium,ytterbiumat bahagyang bumababa lamang ang calciumbihirang lupaplurayd.Sa pangkalahatan, ang paghahanda ng mga metal na ito ay batay sa mga prinsipyo ng mataas na presyon ng singaw ng mga metal na ito at mababang presyon ng singaw nglanthanum metals.Ang mga oxide ng apat na itomga bihirang lupaay halo-halong may mga fragment nglanthanum metals at i-compress sa mga bloke, at nabawasan sa isang vacuum furnace.Lanthanumay mas aktibo, habangsamarium,europium,,thulium,ytterbiumay nabawasan sa ginto nglanthanumat nakolekta sa condensation, na ginagawang madaling paghiwalayin mula sa slag.
Oras ng post: Nob-07-2023