Introducción a la tecnología de la industria de tierras raras
·Tierras raras iNo es un elemento metálico, sino un término colectivo para 15 elementos de tierras raras yitrioyescandioPor lo tanto, los 17 elementos de tierras raras y sus diversos compuestos tienen diversos usos, que van desde cloruros con una pureza del 46% hasta óxidos de tierras raras individuales ymetales de tierras rarasCon una pureza del 99,9999 %. Con la adición de compuestos y mezclas relacionados, existen innumerables productos de tierras raras. Por lo tanto,tierras rarasLa tecnología también es diversa en función de las diferencias de estos 17 elementos. Sin embargo, debido a que los elementos de tierras raras se pueden dividir en cerio yitrioLos grupos basados en las características minerales, así como los procesos de extracción, fundición y separación de tierras raras, también están relativamente unificados. A partir de la extracción inicial del mineral, se presentarán uno por uno los métodos de separación, fundición, extracción y purificación de las tierras raras.
Procesamiento de minerales de tierras raras
·El procesamiento de minerales es un proceso de procesamiento mecánico que utiliza las diferencias en las propiedades físicas y químicas entre los distintos minerales que componen el mineral, utiliza diferentes métodos, procesos y equipos de beneficio para enriquecer los minerales útiles en el mineral, eliminar las impurezas dañinas y separarlos de los minerales de ganga.
·En eltierras rarasminerales extraídos en todo el mundo, el contenido deóxidos de tierras rarases solo un pequeño porcentaje, y en algunos casos incluso menor. Para satisfacer los requisitos de producción de la fundición,tierras rarasLos minerales se separan de la ganga y otros minerales útiles mediante beneficiación antes de la fundición, con el fin de aumentar el contenido de óxidos de tierras raras y obtener concentrados que cumplan con los requisitos de la metalurgia de tierras raras. La beneficiación de minerales de tierras raras generalmente emplea el método de flotación, a menudo complementado con múltiples combinaciones de separación gravitacional y magnética para formar un flujo de proceso de beneficiación.
Eltierras rarasEl depósito en la mina Baiyunebo en Mongolia Interior es un depósito de tipo roca carbonatada de dolomita de hierro, compuesto principalmente de minerales de tierras raras acompañantes en mineral de hierro (además de mineral de cerio fluorocarbonado y monacita, también hay variosniobioytierras rarasminerales).
El mineral extraído contiene aproximadamente un 30 % de hierro y un 5 % de óxidos de tierras raras. Tras triturar el mineral grueso en la mina, se transporta por tren a la planta de beneficio de Baotou Iron and Steel Group Company. La función de la planta de beneficio es aumentar...Fe2O3de 33% a más de 55%, primero moliendo y clasificando en un molino de bolas cónico, y luego seleccionando un concentrado de hierro primario de 62-65% Fe2O3 (óxido de hierro) utilizando un separador magnético cilíndrico. Los relaves continúan su proceso de flotación y separación magnética para obtener un concentrado de hierro secundario con más del 45 %.Fe2O3(Óxido de hierro). Las tierras raras se enriquecen en espuma de flotación con una pureza del 10-15 %. El concentrado se puede seleccionar mediante una mesa vibratoria para producir un concentrado grueso con un contenido de REO del 30 %. Tras su reprocesamiento mediante equipos de beneficio, se puede obtener un concentrado de tierras raras con un contenido de REO superior al 60 %.
Método de descomposición del concentrado de tierras raras
·Tierras rarasLos elementos presentes en los concentrados generalmente se presentan en forma de carbonatos, fluoruros, fosfatos, óxidos o silicatos insolubles. Los elementos de tierras raras deben convertirse en compuestos solubles en agua o ácidos inorgánicos mediante diversos cambios químicos y luego someterse a procesos como disolución, separación, purificación, concentración o calcinación para producir diversas mezclas.tierras rarasCompuestos como cloruros de tierras raras mixtas, que pueden utilizarse como productos o materias primas para separar elementos de tierras raras individuales. Este proceso se denominatierras rarasdescomposición del concentrado, también conocido como pretratamiento.
·Existen muchos métodos para descomponertierras rarasLos concentrados se dividen generalmente en tres categorías: método ácido, método alcalino y descomposición por cloración. La descomposición ácida se divide a su vez en descomposición con ácido clorhídrico, descomposición con ácido sulfúrico y descomposición con ácido fluorhídrico. La descomposición alcalina se divide en descomposición con hidróxido de sodio, fusión de hidróxido de sodio o métodos de tostación de sosa. El flujo de proceso adecuado generalmente se selecciona según los principios del tipo de concentrado, las características de la calidad, el plan de producción, la conveniencia para la recuperación y el uso integral de elementos no raros, el beneficio para la higiene laboral y la protección ambiental, y la racionalidad económica.
Aunque se han descubierto cerca de 200 minerales elementales raros y dispersos, no se han enriquecido en depósitos independientes mediante la minería industrial debido a su rareza. Hasta el momento, solo se han encontrado minerales independientes raros.germanio, selenio, ytelurioSe han descubierto yacimientos, pero su escala no es muy grande.
Fundición de tierras raras
·Existen dos métodos paratierras rarasfundición, hidrometalurgia y pirometalurgia.
·Todo el proceso de hidrometalurgia de tierras raras y metalurgia química de metales se realiza principalmente en solución y solvente, como la descomposición del concentrado de tierras raras, la separación y extracción deóxidos de tierras raras, compuestos y tierras raras individuales, que utilizan procesos de separación química como precipitación, cristalización, oxido-reducción, extracción por solventes e intercambio iónico. El método más común es la extracción por solventes orgánicos, un proceso universal para la separación industrial de tierras raras individuales de alta pureza. El proceso hidrometalúrgico es complejo y la pureza del producto es alta. Este método tiene una amplia gama de aplicaciones en la producción de productos terminados.
El proceso pirometalúrgico es simple y tiene alta productividad.Tierras rarasLa pirometalurgia incluye principalmente la producción dealeaciones de tierras raraspor el método de reducción silicotérmica, la producción de metales de tierras raras o aleaciones por el método de electrólisis de sales fundidas y la producción dealeaciones de tierras raraspor método de reducción térmica de metal, etc.
La característica común de la pirometalurgia es la producción en condiciones de alta temperatura.
Proceso de producción de tierras raras
·Tierras rarascarbonato ycloruro de tierras rarasson los dos principales productos primarios en eltierras rarasIndustria. En general, actualmente existen dos procesos principales para la producción de estos dos productos: el de tostación con ácido sulfúrico concentrado y el de sosa cáustica.
·Además de estar presente en varios minerales de tierras raras, una porción significativa deelementos de tierras rarasEn la naturaleza coexisten con minerales de roca fosfórica y apatita. Las reservas mundiales totales de mineral de fosfato son de aproximadamente 100 mil millones de toneladas, con un promedio de...tierras rarascontenido de 0,5 ‰. Se estima que la cantidad total detierras rarasasociado con el mineral de fosfato en el mundo es de 50 millones de toneladas. En respuesta a las características de bajotierras rarasEn cuanto al contenido y el estado de ocurrencia especial en las minas, se han estudiado diversos procesos de recuperación, tanto a nivel nacional como internacional, que pueden dividirse en métodos húmedos y térmicos. Los métodos húmedos se dividen en métodos de ácido nítrico, clorhídrico y sulfúrico, según los diferentes ácidos de descomposición. Existen diversas maneras de recuperar tierras raras a partir de procesos químicos de fósforo, todos estrechamente relacionados con los métodos de procesamiento del mineral de fosfato. Durante el proceso de producción térmica,...tierras rarasLa tasa de recuperación puede alcanzar el 60%.
Con la utilización continua de los recursos de roca fosfórica y el cambio hacia el desarrollo de roca fosfórica de baja calidad, el proceso húmedo de ácido sulfúrico se ha convertido en el método principal en la industria química del fosfato y la recuperación deelementos de tierras rarasEn el proceso húmedo del ácido sulfúrico, el ácido fosfórico se ha convertido en un foco de investigación. En su producción, el control del enriquecimiento de tierras raras en ácido fosfórico y la posterior extracción con solventes orgánicos ofrecen mayores ventajas que los métodos desarrollados anteriormente.
Proceso de extracción de tierras raras
Solubilidad del ácido sulfúrico
Ceriogrupo (insoluble en sales complejas de sulfato) –lantano, cerio, praseodimio, neodimio, y prometio;
Terbiogrupo (ligeramente soluble en sales complejas de sulfato) -samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, yholmio;
Itriogrupo (soluble en sales complejas de sulfato) –itrio, erbio, tulio, iterbio,lutecio, yescandio.
Separación por extracción
Luztierras raras(Extracción de acidez débil P204) –lantano,cerio, praseodimio,neodimio, y prometio;
Pesadotierras raraselementos(extracción de acidez en P204) -holmio,
Introducción al proceso de extracción
En proceso de separaciónelementos de tierras raras,debido a las propiedades físicas y químicas extremadamente similares de 17 elementos, así como a la abundancia de impurezas acompañantes enelementos de tierras rarasEl proceso de extracción es relativamente complejo y de uso común.
Hay tres tipos de procesos de extracción: método paso a paso, intercambio iónico y extracción con disolventes.
Método paso a paso
El método de separación y purificación que utiliza la diferencia de solubilidad de los compuestos en disolventes se denomina método paso a paso.itrio(Y) alutecio(Lu), una única separación entre todos los fenómenos naturaleselementos de tierras raras, incluido el radio descubierto por el matrimonio Curie,
Todos se separan mediante este método. El procedimiento operativo de este método es relativamente complejo, y la separación de todos los elementos de tierras raras tardó más de 100 años, con una separación y operación repetida que alcanza las 20 000 veces. Para los trabajadores químicos, su trabajo...
La resistencia es relativamente alta y el proceso es relativamente complejo. Por lo tanto, este método no permite producir tierras raras en grandes cantidades.
Intercambio iónico
El trabajo de investigación sobre elementos de tierras raras se ha visto obstaculizado por la incapacidad de producir un soloelemento de tierras rarasen grandes cantidades mediante métodos paso a paso. Para analizar laelementos de tierras rarascontenida en los productos de fisión nuclear y eliminar los elementos de tierras raras del uranio y el torio, se estudió con éxito la cromatografía de intercambio iónico (cromatografía de intercambio iónico), que luego se utilizó para la separación deelemento de tierras rarasLa ventaja del método de intercambio iónico es que permite separar múltiples elementos en una sola operación y obtener productos de alta pureza. Sin embargo, la desventaja es que no se puede procesar de forma continua, lo que implica un ciclo de operación largo y altos costos de regeneración e intercambio de resina. Por lo tanto, este método, que antes era el principal para separar grandes cantidades de tierras raras, se ha retirado del mercado y se ha reemplazado por el método de extracción con solventes. Sin embargo, debido a las excelentes características de la cromatografía de intercambio iónico para obtener productos de tierras raras individuales de alta pureza, actualmente, para producir productos individuales de pureza ultraalta y separar algunos elementos de tierras raras pesados, también es necesario utilizar la cromatografía de intercambio iónico para separar y producir un producto de tierras raras.
Extracción con solventes
El método que utiliza disolventes orgánicos para extraer y separar la sustancia extraída de una solución acuosa inmiscible se denomina extracción líquido-líquido con disolventes orgánicos, abreviado como extracción por disolventes. Se trata de un proceso de transferencia de masa que transfiere sustancias de una fase líquida a otra. El método de extracción por disolventes se ha aplicado anteriormente en las industrias petroquímica, orgánica, farmacéutica y analítica. Sin embargo, en los últimos cuarenta años, gracias al desarrollo de la ciencia y la tecnología de la energía atómica, así como a la necesidad de producir sustancias ultrapuras y elementos raros, la extracción por disolventes ha avanzado considerablemente en industrias como la de los combustibles nucleares y la metalurgia de tierras raras. China ha alcanzado un alto nivel de investigación en teoría de extracción, síntesis y aplicación de nuevos extractantes, y en el proceso de extracción para la separación de tierras raras. En comparación con métodos de separación como la precipitación gradual, la cristalización gradual y el intercambio iónico, la extracción por disolventes presenta una serie de ventajas, como un buen efecto de separación, una gran capacidad de producción, la conveniencia de una producción rápida y continua, y la facilidad de control automático. Por lo tanto, se ha convertido gradualmente en el método principal para separar grandes cantidades de...tierras rarass.
Purificación de tierras raras
Materias primas de producción
metales de tierras rarasGeneralmente se dividen en metales de tierras raras mixtos y metales simples.metales de tierras raras. La composición de la mezclametales de tierras rarasEs similar a la composición original de tierras raras en el mineral, y un solo metal es un metal separado y refinado de cada tierra rara. Es difícil de reducir.óxido de tierras rarass (excepto óxidos desamario,europio,, tulio,iterbio) en un solo metal mediante métodos metalúrgicos generales, debido a su alto calor de formación y alta estabilidad. Por lo tanto, las materias primas comúnmente utilizadas para la producción demetales de tierras rarasHoy en día son sus cloruros y fluoruros.
electrólisis de sales fundidas
La producción en masa de productos mixtosmetales de tierras rarasEn la industria, generalmente se utiliza el método de electrólisis con sales fundidas. Existen dos métodos de electrólisis: la electrólisis de cloruro y la electrólisis de óxido. El método de preparación de un solo...metales de tierras rarasVaría según el elemento.samario,europio,,tulio,iterbioNo son aptos para la preparación electrolítica debido a su alta presión de vapor, por lo que se preparan mediante destilación por reducción. Otros elementos pueden prepararse mediante electrólisis o reducción térmica de metales.
La electrólisis de cloruro es el método más común para producir metales, especialmente para metales de tierras raras mixtos. El proceso es simple, rentable y requiere una inversión mínima. Sin embargo, la mayor desventaja es la liberación de gas cloro, que contamina el medio ambiente. La electrólisis de óxido no libera gases nocivos, pero el costo es ligeramente superior. Generalmente, los costos de una sola...tierras rarascomoneodimioypraseodimioSe producen mediante electrólisis de óxido.
El método de electrólisis por reducción al vacío solo puede preparar acero de grado industrial general.metales de tierras rarasPara prepararmetales de tierras rarasCon bajas impurezas y alta pureza, generalmente se utiliza el método de reducción térmica al vacío. Este método puede producir todos los metales de tierras raras individuales, perosamario,europio,,tulio,iterbioNo se puede producir utilizando este método. El potencial redox desamario,europio,,tulio,iterbioy el calcio sólo reduce parcialmentetierras rarasfluoruro. Generalmente, la preparación de estos metales se basa en los principios de alta presión de vapor de estos metales y baja presión de vapor demetal lantanos. Los óxidos de estos cuatrotierras rarasse mezclan con fragmentos demetal lantanos y se comprime en bloques y se reduce en un horno de vacío.Lantanoes más activo, mientras quesamario,europio,,tulio,iterbiose reducen a oro porlantanoy se recoge por condensación, lo que facilita su separación de la escoria.
Hora de publicación: 07-nov-2023