Увод у технологију индустрије ретке земље
·Ретка земља иније метални елемент, већ збирни израз за 15 елемената ретких земаља иитријумискандијум.Стога, 17 елемената ретких земаља и њихова различита једињења имају различите употребе, у распону од хлорида са чистоћом од 46% до појединачних оксида ретких земаља иретки земни металиса чистоћом од 99,9999%.Уз додатак сродних једињења и смеша, постоји безброј производа ретких земаља.Тако,ретке земљетехнологија је такође разнолика на основу разлика ових 17 елемената.Међутим, због чињенице да се ретки земљани елементи могу поделити на церијум иитријумгрупе на основу карактеристика минерала, процеси рударења, топљења и сепарације минерала ретких земаља су такође релативно јединствени.Почевши од почетне експлоатације руде, уводе се једна по једна метода сепарације, процеси топљења, екстракције и процеси пречишћавања ретких земаља.
Прерада минерала ретких земаља
· Прерада минерала је процес механичке обраде који користи разлике у физичким и хемијским својствима између различитих минерала који чине руду, користи различите методе, процесе и опрему за обогаћивање корисних минерала у руди, уклањање штетних нечистоћа и њихово одвајање од минерала ланца.
·Уретке земљеруде које се копају широм света, садржај одоксиди ретких земаљаизноси само неколико процената, а неки и нижи.Да би се задовољили производни захтеви топљења,ретке земљеминерали се одвајају од камених минерала и других корисних минерала путем обогаћивања пре топљења, како би се повећао садржај оксида ретких земаља и добили концентрати ретких земаља који могу да задовоље захтеве металургије ретких земаља.Обогаћивање руда ретких земаља генерално усваја метод флотације, често допуњен вишеструким комбинацијама гравитације и магнетне сепарације како би се формирао ток процеса обогаћивања.
Тхеретке земљележиште у руднику Баијунебо у Унутрашњој Монголији је лежиште гвожђа доломита типа карбонатних стена, које се углавном састоји од пратећих минерала ретких земаља у руди гвожђа (поред флуороугљеничне руде церијума и моназита, постоји и неколикониобијумиретке земљеминерали).
Извађена руда садржи око 30% гвожђа и око 5% оксида ретких земаља. Након дробљења велике руде у руднику, она се транспортује возом до фабрике за оплемењивање Баотоу Гвоздене и Челик компаније.Задатак фабрике за обогаћивање је повећањеФе2О3од 33% до преко 55%, прво млевење и класирање на конусном млину, а затим одабир примарног концентрата гвожђа од 62-65% Фе2О3 (оксид гвожђа) помоћу цилиндричног магнетног сепаратора.Јаловина и даље пролази кроз флотацију и магнетну сепарацију како би се добио секундарни концентрат гвожђа који садржи више од 45%Фе2О3(оксид гвожђа).Ретка земља је обогаћена флотацијском пеном, са степеном од 10-15%.Концентрат се може одабрати помоћу стола за мућкање да би се добио груби концентрат са садржајем РЕО од 30%.Након поновне обраде помоћу опреме за обогаћивање, може се добити концентрат ретке земље са садржајем РЕО од преко 60%.
Метода разлагања концентрата ретких земаља
·Ретка земљаелементи у концентратима генерално постоје у облику нерастворљивих карбоната, флуорида, фосфата, оксида или силиката.Елементи ретких земаља морају се претворити у једињења растворљива у води или неорганским киселинама кроз различите хемијске промене, а затим подвргнути процесима као што су растварање, одвајање, пречишћавање, концентрација или калцинација да би се произвеле различите мешавине.ретке земљеједињења као што су мешани хлориди ретких земаља, који се могу користити као производи или сировине за одвајање појединачних елемената ретких земаља.Овај процес се зоверетке земљеразлагање концентрата, такође познато као предтретман.
·Постоји много метода за разлагањеретке земљеконцентрати, који се генерално могу поделити у три категорије: кисела метода, алкална метода и разлагање хлорисањем.Кисело распадање се даље може поделити на разлагање хлороводоничне киселине, разлагање сумпорне киселине и разлагање флуороводоничне киселине.Алкално разлагање се даље може поделити на разлагање натријум хидроксида, топљење натријум хидроксида или методе печења соде.Одговарајући ток процеса се генерално бира на основу принципа типа концентрата, карактеристика квалитета, плана производа, погодности за опоравак и свеобухватно коришћење нереткоземних елемената, користи за хигијену рада и заштиту животне средине и економску рационалност.
·Иако је откривено близу 200 минерала ретких и дисперзованих елемената, они због своје реткости нису обогаћени у самостална лежишта индустријским рударством.За сада само ретки независнигерманијум, селен, ителуријумналазишта су откривена, али обим лежишта није много велики.
Топљење ретких земаља
· Постоје две методе заретке земљетопионица, хидрометалургија и пирометалургија.
·Цео процес хидрометалургије ретких земаља и хемијске металургије метала је углавном у раствору и растварачу, као што је разлагање концентрата ретких земаља, одвајање и екстракцијаоксиди ретких земаља, једињења и појединачних ретких земних метала, који користе процесе хемијског одвајања као што су преципитација, кристализација, оксидација-редукција, екстракција растварачем и размена јона.Најчешће коришћена метода је екстракција органским растварачем, што је универзални процес за индустријско одвајање појединачних реткоземних елемената високе чистоће.Хидрометалуршки процес је сложен и чистоћа производа је висока.Ова метода има широк спектар примена у производњи готових производа.
Пирометалуршки процес је једноставан и има високу продуктивност.Ретка земљапирометалургија углавном обухвата производњулегуре ретких земаљаметодом силикотермичке редукције, производњу ретких земних метала или легура методом електролизе растопљене соли и производњулегуре ретких земаљаметодом термичке редукције метала итд.
Заједничка карактеристика пирометалургије је производња у условима високе температуре.
Процес производње ретких земаља
·Ретка земљакарбонат ихлорид ретке земљесу два главна примарна производа уретке земљеиндустрија.Уопштено говорећи, тренутно постоје два главна процеса за производњу ова два производа.Један процес је процес печења концентроване сумпорне киселине, а други процес се назива процес каустичне соде, скраћено процес каустичне соде.
·Поред тога што је присутан у разним минералима ретких земаља, значајан деоретки земљани елементиу природи коегзистирају са минералима апатита и фосфата.Укупне резерве светске фосфатне руде су око 100 милијарди тона, са просекомретке земљесадржај од 0,5 ‰.Процењује се да је укупан износ одретке земљеповезано са фосфатном рудом у свету је 50 милиона тона.Као одговор на карактеристике нискеретке земљесадржај и статус посебности у рудницима, проучавани су различити процеси опоравка како у земљи тако и у иностранству, који се могу поделити на мокре и термичке методе.У влажним методама, они се могу поделити на методу азотне киселине, методу хлороводоничне киселине и методу сумпорне киселине према различитим киселинама распадања.Постоје различити начини да се ретке земље добију из хемијских процеса фосфора, а сви су уско повезани са методама прераде фосфатне руде.Током процеса термичке производње,ретке земљестопа опоравка може достићи 60%.
Уз континуирано коришћење ресурса фосфатних стена и померање ка развоју фосфатних стена ниског квалитета, влажни процес сумпорне киселине процес фосфорне киселине постао је главна метода у хемијској индустрији фосфата, а опоравакретки земљани елементиу влажном процесу сумпорне киселине фосфорна киселина је постала жариште истраживања.У процесу производње сумпорне киселине влажног процеса фосфорне киселине, процес контроле обогаћивања ретких земаља у фосфорној киселини, а затим коришћење екстракције органским растварачем за екстракцију ретких земаља има више предности од рано развијених метода.
Процес екстракције ретких земаља
Растворљивост сумпорне киселине
Церијумгрупа (нерастворљива у сулфатним комплексним солима) –лантан, церијум, прасеодимиум, неодимијум, и прометијум;
тербијумгрупа (мало растворљив у сулфатним комплексним солима) -самаријум, еуропиум, гадолинијума, тербијум, диспрозијум, ихолмијум;
Итријумгрупа (растворљива у сулфатним комплексним солима) –итријум, ербијум, тхулиум, итербијум,лутецијум, искандијум.
Одвајање екстракције
Светлостретке земље(П204 екстракција слабе киселине) –лантан,церијум, прасеодимиум,неодимијум, и прометијум;
Средње ретке земље (П204 екстракција ниске киселости)-самаријум,еуропиум,гадолинијума,тербијум,диспрозијум;
Тешкаретке земљеелемената(екстракција киселости у П204) -холмијум,
Увод у процес екстракције
У процесу одвајањаретки земљани елементи,због изузетно сличних физичко-хемијских својстава 17 елемената, као и обиља пратећих нечистоћа уретки земљани елементи, процес екстракције је релативно сложен и често се користи.
Постоје три врсте процеса екстракције: метода корак по корак, јонска размена и екстракција растварачем.
Метода корак по корак
Метода раздвајања и пречишћавања коришћењем разлике у растворљивости једињења у растварачима назива се методом корак по корак.Одитријум(И) далутецијум(Лу), једно раздвајање између свих природних појаваретки земљани елементи, укључујући радијум који је открио пар Цурие,
Сви су раздвојени овом методом.Оперативни поступак ове методе је релативно сложен, а једно одвајање свих реткоземних елемената трајало је преко 100 година, при чему је једно одвајање и поновљена операција достигла 20000 пута.За хемијске раднике, њихов рад
Чврстоћа је релативно висока и процес је релативно сложен.Због тога се коришћењем ове методе не може произвести ни једна ретка земља у великим количинама.
Јонска размена
Истраживачки рад на ретким земним елементима отежан је немогућношћу да се произведе синглелемент ретке земљеу великим количинама кроз методе корак по корак.У циљу анализеретки земљани елементисадржане у продуктима нуклеарне фисије и уклањању реткоземних елемената из уранијума и торијума, успешно је проучавана јоноизмењивачка хроматографија (јоноизмењивачка хроматографија), која је потом коришћена за одвајањеелемент ретке земљес.Предност методе јонске размене је што се више елемената може раздвојити у једној операцији.Такође може добити производе високе чистоће.Међутим, недостатак је што се не може континуирано прерађивати, са дугим циклусом рада и високим трошковима за регенерацију и замену смоле.Стога је ова некада главна метода за одвајање великих количина ретких земаља повучена из главне методе сепарације и замењена методом екстракције растварачем.Међутим, због изванредних карактеристика јоноизмењивачке хроматографије у добијању појединачних производа ретких земаља високе чистоће, тренутно је, да би се произвели појединачни производи ултра-високе чистоће и одвојили неки тешки ретки земни елементи, неопходно користити и јоноизмењивачку хроматографију. да се одвоји и произведе производ ретких земаља.
Екстракција растварача
Метода коришћења органских растварача за екстракцију и одвајање екстраховане супстанце из воденог раствора који се не меша назива се екстракција течност-течност органским растварачем, скраћено екстракција растварачем.То је процес преноса масе који преноси супстанце из једне течне фазе у другу.Метода екстракције растварачем је раније примењивана у петрохемији, органској хемији, фармацеутској хемији и аналитичкој хемији.Међутим, у протеклих четрдесет година, због развоја науке и технологије атомске енергије, као и потребе за производњом ултрачистих супстанци и ретких елемената, екстракција растварача је направила велики напредак у индустријама као што су индустрија нуклеарног горива и ретка металургија. .Кина је постигла висок ниво истраживања у теорији екстракције, синтези и примени нових екстраката и процеса екстракције за одвајање реткоземних елемената.У поређењу са методама сепарације као што су степенована преципитација, степена кристализација и јонска размена, екстракција растварачем има низ предности као што су добар ефекат сепарације, велики производни капацитет, погодност за брзу и континуирану производњу и лако постизање аутоматске контроле.Стога је постепено постао главни метод за одвајање великих количинаретке земљеs.
Пречишћавање ретке земље
Сировине за производњу
Ретки земни металигенерално се деле на мешане метале ретких земаља и појединачнеретки земни метали.Састав мешовитогретки земни металије сличан оригиналном саставу ретке земље у руди, а један метал је метал одвојен и рафинисан од сваке ретке земље.Тешко је смањитиоксид ретке земљес (осим оксидасамаријум,еуропиум,, тхулиум,итербијум) у један метал применом општих металуршких метода, због њихове високе топлоте формирања и високе стабилности.Због тога се најчешће користе сировине за производњуретки земни металиданас су њихови хлориди и флуориди.
Електролиза растопљене соли
Масовна производња мешовитихретки земни металиу индустрији углавном користи методу електролизе растопљене соли.Постоје две методе електролизе: хлоридна електролиза и оксидна електролиза.Метода припреме једногретки земни металиварира у зависности од елемента.самаријум,еуропиум,,тхулиум,итербијумнису погодни за електролитичку припрему због високог притиска паре, већ се припремају методом редукционе дестилације.Остали елементи се могу припремити електролизом или методом термичке редукције метала.
Електролиза хлорида је најчешћи метод за производњу метала, посебно за мешане метале ретких земаља.Процес је једноставан, исплатив и захтева минимална улагања.Међутим, највећи недостатак је ослобађање гаса хлора, који загађује животну средину.Оксидна електролиза не ослобађа штетне гасове, али је цена нешто већа.Генерално, сингл високе ценеретке земљекао такавнеодимијумипрасеодимиумсе производе помоћу оксидне електролизе.
Метода вакуумске редукције електролизе може припремити само општу индустријску класуретки земни метали.Припремитиретки земни металиса малим нечистоћама и високом чистоћом, углавном се користи метода вакуумске термичке редукције.Ова метода може произвести све појединачне метале ретких земаља, алисамаријум,еуропиум,,тхулиум,итербијумне може се произвести овом методом.Редокс потенцијал одсамаријум,еуропиум,,тхулиум,итербијума калцијум само делимично смањујеретке земљефлуорида.Генерално, припрема ових метала се заснива на принципима високог притиска паре ових метала и ниског притиска пареметал лантанс.Оксиди ове четириретке земљепомешани су са фрагментима одметал лантанс и компримовани у блокове, и редуковани у вакуум пећи.Лантанумје активнији, доксамаријум,еуропиум,,тхулиум,итербијумсе своде на злато полантани сакупља се на кондензацији, што га чини лаким за одвајање од шљаке.
Време поста: 07.11.2023