Introducción a la tecnología de la industria de tierras raras
·Tierra rara yono es un elemento metálico, sino un término colectivo para 15 elementos de tierras raras yitrioyescandio. Por lo tanto, los 17 elementos de tierras raras y sus diversos compuestos tienen varios usos, que van desde cloruros con una pureza del 46% hasta los óxidos de tierras raras individuales ymetales de tierras rarascon una pureza del 99.9999%. Con la adición de compuestos y mezclas relacionados, hay innumerables productos de tierras raras. Entonces,tierra raraLa tecnología también es diversa según las diferencias de estos 17 elementos. Sin embargo, debido al hecho de que los elementos de tierras raras se pueden dividir en cerio yitrioLos grupos basados en las características minerales, los procesos de minería, fundición y separación de minerales de tierras raras también están relativamente unificadas. A partir de la minería de mineral inicial, los métodos de separación, los procesos de fundición, los métodos de extracción y los procesos de purificación de tierras raras se introducirán uno por uno.
Procesamiento mineral de tierras raras
· El procesamiento mineral es un proceso de procesamiento mecánico que utiliza las diferencias en las propiedades físicas y químicas entre varios minerales que componen el mineral, utiliza diferentes métodos de beneficios, procesos y equipos para enriquecer minerales útiles en el mineral, eliminar las impurezas nocivas y separarlos de los minerales de los gangue.
·En eltierra raraminerales extraídos en todo el mundo, el contenido deóxidos de tierras rarases solo un pequeño porcentaje y algunos aún más bajos. Para cumplir con los requisitos de producción de fundición,tierra raraLos minerales se separan de los minerales de gangue y otros minerales útiles a través del beneficio antes de la fundición, para aumentar el contenido de óxidos de tierras raras y obtener concentrados de tierras raras que pueden cumplir con los requisitos de la metalurgia de tierras raras. El beneficio de los minerales de tierras raras generalmente adopta el método de flotación, a menudo complementado por múltiples combinaciones de gravedad y separación magnética para formar un flujo de proceso de beneficio.
Eltierra raraDepósito en la mina Baiyunebo en Mongolia interior es un depósito de dolomita de hierro de roca de carbonato, principalmente compuesto por minerales de tierras raras en minerales de hierro (además del mineral de cerio de fluorocarbono y monazita, también hay variosniobioytierra raraminerales).
El mineral extraído contiene aproximadamente 30% de hierro y aproximadamente 5% de óxidos de tierras raras. Después de aplastar el mineral grande en la mina, se transporta en tren a la planta de beneficios de la Compañía de Grupos de Hierro y Acero Baotou. La tarea de la planta de beneficio es aumentarFe2o3del 33% al más del 55%, primero en molienda y clasificación en un molino de pelota cónico, y luego seleccione un concentrado de hierro primario de 62-65% Fe2O3 (óxido de hierro) usando un separador magnético cilíndrico. Los relaves continúan sometidos a flotación y separación magnética para obtener un concentrado de hierro secundario que contiene más del 45%Fe2o3(óxido de hierro). La tierra rara se enriquece en la espuma de flotación, con una calificación del 10-15%. El concentrado se puede seleccionar utilizando una tabla de agitación para producir un concentrado grueso con un contenido de REO del 30%. Después de ser reprocesada por equipos de beneficio, se puede obtener un concentrado de tierras raras con un contenido de REO de más del 60%.
Método de descomposición del concentrado de tierras raras
·Tierra raraLos elementos en concentrados generalmente existen en forma de carbonatos insolubles, fluoruros, fosfatos, óxidos o silicatos. Los elementos de tierras raras deben convertirse en compuestos solubles en agua o ácidos inorgánicos a través de diversos cambios químicos, y luego someterse a procesos como disolución, separación, purificación, concentración o calcinación para producir diversos mixtostierra raraCompuestos como cloruros de tierras raras mixtas, que pueden usarse como productos o materias primas para separar elementos de tierras raras. Este proceso se llamatierra raraLa descomposición concentrada, también conocida como pretratamiento.
· Existen muchos métodos para descomponertierra raraconcentrados, que generalmente se pueden dividir en tres categorías: método ácido, método álcali y descomposición de cloración. La descomposición de ácido puede dividirse aún más en la descomposición del ácido clorhídrico, la descomposición del ácido sulfúrico y la descomposición del ácido hidrofluorico. La descomposición alcalina se puede dividir en la descomposición de hidróxido de sodio, la fusión de hidróxido de sodio o los métodos de tostado de soda. El flujo de proceso apropiado generalmente se selecciona en función de los principios del tipo de concentrado, las características de grado, el plan de productos, la conveniencia para la recuperación y la utilización integral de elementos de tierras no raras, beneficios para la higiene laboral y la protección del medio ambiente, y la racionalidad económica.
· Aunque se han descubierto casi 200 minerales de elementos raros y dispersos, no se han enriquecido en depósitos independientes con minería industrial debido a su rareza. Hasta ahora, solo raro independientegermanio, selenio, ytelurioSe han descubierto depósitos, pero la escala de los depósitos no es muy grande.
Fundido de tierras raras
· Hay dos métodos paratierra rarafundición, hidrometalurgia y pirometalurgia.
· Todo el proceso de hidrometalurgia de tierra rara y metalurgia química metálica está principalmente en solución y disolvente, como la descomposición del concentrado de tierras raras, la separación y la extracción deóxidos de tierras raras, compuestos y metales de tierras raras individuales, que utilizan procesos de separación química como precipitación, cristalización, reducción de oxidación, extracción de solventes e intercambio de iones. El método más utilizado es la extracción de solventes orgánicos, que es un proceso universal para la separación industrial de elementos de tierras raras de alta pureza. El proceso de hidrometalurgia 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 una alta productividad.Tierra raraLa pirometalurgia incluye principalmente la producción dealeaciones de tierras raraspor método de reducción silicotérmica, la producción de metales o aleaciones de tierras raras por método de electrólisis de sal fundida y la producción dealeaciones de tierras raraspor método de reducción térmica metálica, etc.
La característica común de la pirometalurgia es la producción en condiciones de alta temperatura.
Proceso de producción de tierras raras
·Tierra raracarbonato ycloruro de tierras rarasson los dos productos principales principales en eltierra raraindustria. En términos generales, actualmente hay dos procesos principales para producir estos dos productos. Un proceso es el proceso de tostado de ácido sulfúrico concentrado, y el otro proceso se denomina proceso cáustico de soda, abreviado como el proceso de soda 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 apatita y fosfato. Las reservas totales del mineral mundial de fosfato son de aproximadamente 100 mil millones de toneladas, con un promediotierra raracontenido de 0.5 ‰. Se estima que la cantidad total detierra raraAsociado con mineral de fosfato en el mundo es de 50 millones de toneladas. En respuesta a las características de Lowtierra raraContenido y estado de ocurrencia especial en las minas, se han estudiado varios procesos de recuperación tanto a nivel nacional como internacional, lo que puede dividirse en métodos húmedos y térmicos. En los métodos húmedos, se pueden dividir en el método de ácido nítrico, el método de ácido clorhídrico y el método de ácido sulfúrico de acuerdo con los diferentes ácidos de descomposición. Hay varias formas de recuperar tierras raras de los procesos químicos de fósforo, todas las cuales están estrechamente relacionadas con los métodos de procesamiento del mineral de fosfato. Durante el proceso de producción térmica, eltierra raraLa tasa de recuperación puede alcanzar el 60%.
Con la utilización continua de los recursos de roca de fosfato y el cambio hacia el desarrollo de rocas fosfato de baja calidad, el proceso de ácido fosfórico del ácido sulfúrico se ha convertido en el método principal en la industria química de fosfato, y la recuperación deElementos de tierras rarasEn el ácido sulfúrico, el proceso húmedo del ácido fosfórico se ha convertido en un punto de acceso de investigación. En el proceso de producción del ácido fosfórico del proceso húmedo de ácido sulfúrico, el proceso de control del enriquecimiento de tierras raras en el ácido fosfórico y luego el uso de extracción de solventes orgánicos para extraer tierras raras tiene más ventajas que los métodos desarrollados temprano.
Proceso de extracción de tierras raras
Solubilidad del ácido sulfúrico
Ceriogrupo (insoluble en sales de complejo de sulfato) -lantano, cerio, praseodimio, neodimioy Prometium;
Terbiogrupo (ligeramente soluble en sales de complejo de sulfato) -samario, Europio, gadolinio, terbio, disposio, yholmio;
Itriogrupo (soluble en sales de complejo de sulfato) -itrio, Erbium, tulio, iterbio,Lutetio, yescandio.
Separación de extracción
Luztierra rara(P204 extracción de acidez débil) -lantano,cerio, praseodimio,neodimioy Prometium;
Pesadotierra raraelementos(Extracción de acidez en P204) -holmio,
Introducción al proceso de extracción
En el 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 raras, el proceso de extracción es relativamente complejo y comúnmente utilizado.
Hay tres tipos de procesos de extracción: método paso a paso, intercambio iónico y extracción con solvente.
Método paso a paso
El método de separación y purificación utilizando la diferencia en la solubilidad de los compuestos en solventes se denomina método paso a paso. Deitrio(Y) aLutetio(Lu), una única separación entre todos los que ocurren naturalmenteElementos de tierras raras, incluido el radio descubierto por la pareja de Curie,
Todos están separados utilizando este método. El procedimiento operativo de este método es relativamente complejo, y la separación única de todos los elementos de tierras raras tomó más de 100 años, con una separación y una operación repetida que alcanzan 20000 veces. Para los trabajadores químicos, su trabajo
La fuerza es relativamente alta y el proceso es relativamente complejo. Por lo tanto, el uso de este método no puede producir una sola tierra rara 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 tierra raraen grandes cantidades a través de métodos paso a paso. Para analizar elElementos de tierras rarascontenido en productos de fisión nuclear y eliminar los elementos de tierras raras del uranio y el torio, la cromatografía de intercambio iónico (cromatografía de intercambio iónico) se estudió con éxito, que luego se utilizó para la separación deelemento de tierra raras. La ventaja del método de intercambio iónico es que se pueden separar múltiples elementos en una operación. Y también puede obtener productos de alta pureza. Sin embargo, la desventaja es que no se puede procesar continuamente, con un ciclo operativo largo y altos costos para la regeneración e intercambio de resina. Por lo tanto, esta vez, el método principal para separar grandes cantidades de tierras raras se ha retirado del método de separación convencional y reemplazado por el método de extracción de solventes. Sin embargo, debido a las características sobresalientes de la cromatografía de intercambio iónico en la obtención de productos de tierras raras únicas de alta pureza, actualmente, para producir productos individuales de pureza ultra alta y separar algunos elementos de tierras raras pesadas, también es necesario utilizar la cromatografía de intercambio de iones para separar y producir un producto de tierras raras.
Extracción con solvente
El método de usar solventes orgánicos para extraer y separar la sustancia extraída de una solución acuosa inmiscible se llama extracción de líquido líquido de disolvente orgánico, abreviada como extracción de solvente. Es un proceso de transferencia de masa que transfiere sustancias de una fase líquida a otra. El método de extracción de solventes se ha aplicado anteriormente en petroquímica, química orgánica, química farmacéutica y química analítica. Sin embargo, en los últimos cuarenta años, debido al desarrollo de la ciencia y la tecnología de la energía atómica, así como la necesidad de la producción de sustancias ultrapuras y elementos raros, la extracción con solventes ha progresado en industrias como la industria de combustibles nucleares y la metalurgia rara. China ha logrado un alto nivel de investigación en la teoría de la extracción, la síntesis y aplicación de nuevos extractantes, y el proceso de extracción para la separación de elementos de tierras raras. En comparación con los métodos de separación, como la precipitación graduada, la cristalización graduada y el intercambio de iones, la extracción con solventes tiene una serie de ventajas, tales como un buen efecto de separación, una gran capacidad de producción, conveniencia para una producción rápida y continua, y fácil de lograr un control automático. Por lo tanto, se ha convertido gradualmente en el método principal para separar grandes cantidades detierra raras.
Purificación de tierras raras
Materias primas de producción
Metales de tierras rarasgeneralmente se dividen en metales de tierras raras mixtas y solterosmetales de tierras raras. La composición de mixtametales 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 reduciróxido de tierra raras (excepto por óxidos desamario,Europio,, tulio,iterbio) en un solo metal utilizando 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 sal fundida
La producción en masa de mixtametales de tierras rarasen la industria generalmente utiliza el método de electrólisis de sal fundida. Existen dos métodos de electrólisis: electrólisis de cloruro y electrólisis de óxido. El método de preparación de un solometales de tierras rarasvaría según el elemento.samario,Europio,tulio,iterbiono son adecuados para la preparación electrolítica debido a su alta presión de vapor y, en cambio, se preparan utilizando el método de destilación de reducción. Otros elementos se pueden preparar mediante electrólisis o método de reducción térmica metálica.
La electrólisis de cloruro es el método más común para producir metales, especialmente para metales de tierras raras mixtas. El proceso es simple, rentable y requiere una inversión mínima. Sin embargo, el mayor inconveniente es la liberación de gas de cloro, que contamina el medio ambiente. La electrólisis de óxido no libera gases nocivos, pero el costo es ligeramente mayor. Generalmente, un solo precio individualtierras rarascomoneodimioypraseodimiose producen usando electrólisis de óxido.
El método de electrólisis de reducción del vacío solo puede preparar un grado industrial generalmetales de tierras raras. Para prepararsemetales de tierras rarasCon bajas impurezas y alta pureza, generalmente se usa el método de reducción térmica de vacío. Este método puede producir todos los metales de tierras raras, perosamario,Europio,tulio,iterbiono se puede producir usando este método. El potencial redox desamario,Europio,tulio,iterbioy el calcio solo se reduce parcialmentetierra rarafluoruro. En general, la preparación de estos metales se basa en los principios de alta presión de vapor de estos metales y baja presión de vapor demetal de lantanos. Los óxidos de estos cuatrotierras rarasse mezclan con fragmentos demetal de lantanoS y comprimido en bloques, y reducido en un horno de vacío.Lantanoes más activo, mientras quesamario,Europio,tulio,iterbiose reducen a oro porlantanoy recolectado en condensación, lo que facilita la separación de la escoria.
Tiempo de publicación: Nov-07-2023