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 yitrioyescandio.Por 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 simples de tierras raras ymetales de tierras rarascon una pureza del 99,9999%.Con la adición de compuestos y mezclas relacionados, existen innumerables productos de tierras raras.Entonces,tierra extrañaLa 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 características minerales, los procesos de extracción, fundición y separación de minerales de tierras raras también están relativamente unificados.A partir de la extracción inicial del mineral, se introducirán uno por uno los métodos de separación, procesos de fundición, métodos de extracción y procesos de purificación de 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 varios minerales que componen el mineral, utiliza diferentes métodos, procesos y equipos de beneficio para enriquecer los minerales útiles en el mineral, eliminar impurezas nocivas y separarlos. de minerales de ganga.
·En eltierra extrañaminerales extraídos en todo el mundo, el contenido deóxidos de tierras rarases sólo un pequeño porcentaje y, en algunos casos, incluso menor.Para cumplir con los requisitos de producción de fundición,tierra extrañaLos minerales se separan de los minerales de ganga y otros minerales útiles mediante beneficio antes de la fundición, con el fin de aumentar el contenido de óxidos de tierras raras y obtener concentrados de tierras raras que puedan cumplir con los requisitos de la metalurgia de tierras raras.El beneficio de minerales de tierras raras generalmente adopta el método de flotación, a menudo complementado con múltiples combinaciones de gravedad y separación magnética para formar un flujo de proceso de beneficio.
Eltierra extrañaEl depósito en la mina Baiyunebo en Mongolia Interior es un depósito de roca carbonatada de dolomita de hierro, compuesto principalmente por minerales de tierras raras que acompañan al mineral de hierro (además del mineral de cerio fluorocarbonado y monacita, también hay variosniobioytierra extrañaminerales).
El mineral extraído contiene aproximadamente un 30% de hierro y aproximadamente un 5% de óxidos de tierras raras. Después de triturar el mineral grande en la mina, se transporta en tren a la planta de beneficio de Baotou Iron and Steel Group Company.La tarea de la planta de beneficio es aumentarFe2O3desde 33% hasta 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 (oxido de hierro) utilizando un separador magnético cilíndrico.Los relaves continúan siendo sometidos a flotación y separación magnética para obtener un concentrado de hierro secundario que contiene más del 45%.Fe2O3(oxido de hierro).Las tierras raras están enriquecidas con espuma de flotación, con una graduación del 10 al 15%.El concentrado se puede seleccionar usando una mesa vibratoria para producir un concentrado grueso con un contenido de REO del 30%.Después de ser reprocesado por 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.
·Tierra extrañaLos elementos en los concentrados generalmente existen 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.tierra extrañacompuestos como cloruros mixtos de tierras raras, que pueden usarse como productos o materias primas para separar elementos individuales de tierras raras.Este proceso se llamatierra extrañadescomposición del concentrado, también conocida como pretratamiento.
·Existen muchos métodos para descomponertierra extrañaconcentrados, que generalmente se pueden dividir en tres categorías: método ácido, método alcalino y descomposición por cloración.La descomposición ácida se puede dividir a su vez en descomposición de ácido clorhídrico, descomposición de ácido sulfúrico y descomposición de ácido fluorhídrico.La descomposición alcalina se puede dividir a su vez en métodos de descomposición de hidróxido de sodio, fusión de hidróxido de sodio o tostado de soda.El flujo de proceso apropiado generalmente se selecciona basándose en los principios de tipo de concentrado, características de grado, plan de producto, conveniencia para la recuperación y utilización integral de elementos de tierras no raras, beneficio para la higiene laboral y protección ambiental, y racionalidad económica.
·Aunque se han descubierto casi 200 minerales elementales raros y dispersos, debido a su rareza no se han enriquecido en depósitos independientes mediante minería industrial.Hasta ahora, sólo unos pocos independientesgermanio, selenio, ytelurioSe han descubierto depósitos, pero la escala de los depósitos no es muy grande.
Fundición de tierras raras
·Hay dos métodos paratierra extrañafundición, 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 metales de tierras raras individuales, que utilizan procesos de separación química como precipitación, cristalización, oxidación-reducción, extracción con disolventes e intercambio iónico.El método más utilizado es la extracción con disolventes orgánicos, que es un proceso universal para la separación industrial de elementos únicos 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 sencillo y de alta productividad.Tierra extrañaLa pirometalurgia incluye principalmente la producción dealeaciones de tierras rarasmediante el método de reducción silicotérmica, la producción de metales o aleaciones de tierras raras mediante 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.
·Tierra extrañacarbonato ycloruro de tierras rarasson los dos principales productos primarios deltierra extrañaindustria.En términos generales, actualmente existen dos procesos principales para producir estos dos productos.Un proceso es el proceso de tostación con ácido sulfúrico concentrado y el otro proceso se llama proceso de sosa cáustica, abreviado como proceso de soda cáustica.
·Además de estar presente en varios minerales de tierras raras, una parte importante deextraños elementos de la TierraEn la naturaleza conviven con minerales de apatita y roca fosfórica.Las reservas totales de mineral de fosfato en el mundo son aproximadamente 100 mil millones de toneladas, con un promediotierra extrañacontenido de 0,5 ‰.Se estima que la cantidad total detierra extrañaasociado con el mineral de fosfato en el mundo es de 50 millones de toneladas.En respuesta a las características de bajatierra extrañacontenido y estado de ocurrencia especial en las minas, se han estudiado diversos procesos de recuperación tanto a nivel nacional como internacional, los cuales se pueden dividir en métodos húmedos y térmicos.En los métodos húmedos, se pueden dividir en método del ácido nítrico, método del ácido clorhídrico y método del ácido sulfúrico según los diferentes ácidos de descomposición.Hay varias formas de recuperar tierras raras a partir de 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 extrañaLa 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 y el proceso de ácido fosfórico se han convertido en el método principal en la industria química del fosfato, y la recuperación deextraños elementos de la TierraEn el proceso húmedo del ácido sulfúrico, el ácido fosfórico se ha convertido en un punto de investigación.En el proceso de producción de ácido fosfórico de proceso húmedo de ácido sulfúrico, el proceso de controlar el enriquecimiento de tierras raras en ácido fosfórico y luego utilizar la extracción con solventes orgánicos para extraer tierras raras tiene más ventajas que los métodos desarrollados inicialmente.
Proceso de extracción de tierras raras.
Solubilidad del ácido sulfúrico
Ceriogrupo (insoluble en sales complejas de sulfato) –lantano, cerio, praseodimio, neodimioy 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 de extracción
Luztierra extraña(P204 extracción de acidez débil) –lantano,cerio, praseodimio,neodimioy prometio;
Pesadotierra extrañaelementos(extracción de acidez en P204) -holmio,
Introducción al proceso de extracción
En el proceso de separaciónextraños elementos de la Tierra,debido a las propiedades físicas y químicas extremadamente similares de 17 elementos, así como a la abundancia de impurezas que los acompañan enextraños elementos de la Tierra, el 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 compuestos en disolventes se denomina método paso a paso.Deitrio(Y) alutecio(Lu), una única separación entre todos los que ocurren naturalmenteextraños elementos de la Tierra, 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 única de todos los elementos de tierras raras llevó más de 100 años, con una separación y operación repetida que llegó a 20.000 veces.Para los trabajadores químicos, su trabajo
La fuerza es relativamente alta y el proceso es relativamente complejo.Por lo tanto, utilizando este método no se puede producir una sola tierra rara en grandes cantidades.
Intercambio iónico
El trabajo de investigación sobre las tierras raras se ha visto obstaculizado por la imposibilidad de producir una solaelemento de tierras rarasen grandes cantidades mediante métodos paso a paso.Para poder analizar laextraños elementos de la Tierracontenidos en los productos de fisión nuclear y eliminar las 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 rarass.La ventaja del método de intercambio iónico es que se pueden separar varios elementos en una sola operación.Y también puede obtener productos de alta pureza.Sin embargo, la desventaja es que no se puede procesar de forma continua, con un ciclo operativo largo y altos costos de regeneración e intercambio de resina.Por lo tanto, este método, que alguna vez fue el principal para separar grandes cantidades de tierras raras, se retiró del método de separación principal y se reemplazó por el método de extracción con solventes.Sin embargo, debido a las características sobresalientes de la cromatografía de intercambio iónico en la obtención de productos únicos de tierras raras de alta pureza, actualmente, para producir productos individuales de pureza ultra alta y separar algunos elementos pesados de tierras raras, también es necesario utilizar cromatografía de intercambio iónico. separar y producir un producto de tierras raras.
Extraccion solvente
El método de utilizar disolventes orgánicos para extraer y separar la sustancia extraída de una solución acuosa inmiscible se denomina extracción líquido-líquido con disolvente orgánico, abreviado como extracción con disolvente.Es un proceso de transferencia de masa que transfiere sustancias de una fase líquida a otra.El método de extracción con disolventes 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 a la necesidad de producir sustancias ultrapuras y elementos raros, la extracción por solventes ha logrado grandes avances en industrias como la industria del combustible nuclear y la metalurgia rara. .China ha alcanzado un alto nivel de investigación en teoría de extracción, síntesis y aplicación de nuevos extractantes y 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 iónico, la extracción con solventes tiene una serie de ventajas como un buen efecto de separación, gran capacidad de producción, conveniencia para una producción rápida y continua y un control automático fácil de lograr.Por lo tanto, poco a poco se ha convertido en el principal método para separar grandes cantidades detierra extrañas.
Purificación de tierras raras
Materias primas de producción.
metales de tierras rarasgeneralmente se dividen en metales mixtos de tierras raras y metales simplesmetales de tierras raras.La composición de la mezcla.metales 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 tierras rarass (excepto los 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 sales fundidas
La producción en masa de mezclasmetales de tierras rarasEn la industria se utiliza generalmente el método de electrólisis de sales fundidas.Hay dos métodos de electrólisis: electrólisis de cloruros y electrólisis de óxidos.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 mediante el método de destilación reductora.Otros elementos se pueden preparar mediante electrólisis o método de reducción térmica de metales.
La electrólisis de cloruros es el método más común para producir metales, especialmente para metales mixtos de tierras raras.El proceso es simple, rentable y requiere una inversión mínima.Sin embargo, el mayor inconveniente es la liberación de cloro gaseoso, que contamina el medio ambiente.La electrólisis de óxidos no libera gases nocivos, pero el coste es ligeramente mayor.Generalmente, habitaciones individuales de alto precio.tierras extrañascomoneodimioypraseodimiose producen mediante electrólisis de óxido.
El método de electrólisis de reducción de vacío solo puede preparar grado industrial general.metales de tierras raras.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, perosamario,europio,,tulio,iterbioNo se puede producir con este método.El potencial redox desamario,europio,,tulio,iterbioy el calcio sólo reduce parcialmentetierra extrañafluoruro.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 extrañasse mezclan con fragmentos demetal lantanos y comprimido en bloques, y reducido en un horno de vacío.Lantanoes más activo, mientrassamario,europio,,tulio,iterbiose reducen a oro porlantanoy se recoge en la condensación, lo que facilita su separación de la escoria.
Hora de publicación: 07-nov-2023