Ievads retzemju rūpniecības tehnoloģijā
·Retzemju inav metālisks elements, bet gan kopīgs apzīmējums 15 retzemju elementiem unitrijsunskandijsTāpēc 17 retzemju elementiem un to dažādajiem savienojumiem ir dažādi pielietojumi, sākot no hlorīdiem ar 46% tīrības pakāpi līdz atsevišķiem retzemju oksīdiem unretzemju metāliar tīrību 99,9999%. Pievienojot radniecīgus savienojumus un maisījumus, rodas neskaitāmi daudz retzemju produktu. Tātad,retzemjutehnoloģija ir daudzveidīga arī, pamatojoties uz šo 17 elementu atšķirībām. Tomēr, ņemot vērā to, ka retzemju elementus var iedalīt cērijā unitrijsGrupās, kuru pamatā ir minerālu īpašības, retzemju minerālu ieguves, kausēšanas un atdalīšanas procesi arī ir relatīvi vienoti. Sākot ar sākotnējo rūdas ieguvi, retzemju minerālu atdalīšanas metodes, kausēšanas procesi, ieguves metodes un attīrīšanas procesi tiks ieviesti pa vienam.
Retzemju minerālu apstrāde
· Minerālu apstrāde ir mehānisks apstrādes process, kurā tiek izmantotas dažādu rūdu veidojošo minerālu fizikālo un ķīmisko īpašību atšķirības, dažādas bagātināšanas metodes, procesi un iekārtas, lai bagātinātu rūdas derīgos minerālus, noņemtu kaitīgos piemaisījumus un atdalītu tos no piemaisījumiem.
·Iekšpusēretzemjuvisā pasaulē iegūto rūdu satursretzemju oksīdiir tikai daži procenti, un daži pat zemāki. Lai apmierinātu kausēšanas ražošanas prasības,retzemjuPirms kausēšanas minerāli tiek atdalīti no piemaisījumiem un citiem derīgiem minerāliem, izmantojot bagātināšanu, lai palielinātu retzemju oksīdu saturu un iegūtu retzemju koncentrātus, kas atbilst retzemju metalurģijas prasībām. Retzemju rūdu bagātināšanā parasti izmanto flotācijas metodi, ko bieži papildina vairākas gravitācijas un magnētiskās atdalīšanas kombinācijas, lai izveidotu bagātināšanas procesa plūsmu.
TheretzemjuIekšējās Mongolijas Baijunebo raktuvju atradne ir karbonātu iežu tipa dzelzs dolomīta atradne, kas galvenokārt sastāv no dzelzsrūdā esošajiem retzemju minerāliem (papildus fluorogļūdeņraža cērija rūdai un monazītam ir arī vairākiniobijsunretzemjuminerālvielas).
Iegūtā rūda satur aptuveni 30 % dzelzs un aptuveni 5 % retzemju oksīdu. Pēc lielo rūdu sasmalcināšanas raktuvēs to ar vilcienu nogādā Baotou dzelzs un tērauda grupas uzņēmuma bagātināšanas rūpnīcā. Bagātināšanas rūpnīcas uzdevums ir palielinātFe2O3no 33 % līdz vairāk nekā 55 %, vispirms samaļot un šķirojot koniskā lodīšu dzirnavās un pēc tam izvēloties primāro dzelzs koncentrātu ar 62–65 % Fe2O3 (dzelzs oksīds) izmantojot cilindrisku magnētisko separatoru. Atkritumi turpina flotāciju un magnētisko atdalīšanu, lai iegūtu sekundāru dzelzs koncentrātu, kas satur vairāk nekā 45 %Fe2O3(dzelzs oksīds). Retzemju elementi ir bagātināti flotācijas putās, ar 10–15 % tīrības pakāpi. Koncentrātu var atlasīt, izmantojot kratīšanas galdu, lai iegūtu rupju koncentrātu ar REO saturu 30 %. Pēc pārstrādes bagātināšanas iekārtās var iegūt retzemju koncentrātu ar REO saturu virs 60 %.
Retzemju koncentrāta sadalīšanās metode
·RetzemjuKoncentrātos esošie elementi parasti pastāv nešķīstošu karbonātu, fluorīdu, fosfātu, oksīdu vai silikātu veidā. Retzemju elementi jāpārveido par ūdenī vai neorganiskās skābēs šķīstošiem savienojumiem, izmantojot dažādas ķīmiskas izmaiņas, un pēc tam tie jāiziet tādos procesos kā šķīdināšana, atdalīšana, attīrīšana, koncentrēšana vai kalcinēšana, lai iegūtu dažādus jauktus savienojumus.retzemjusavienojumi, piemēram, jaukti retzemju hlorīdi, kurus var izmantot kā produktus vai izejvielas atsevišķu retzemju elementu atdalīšanai. Šo procesu saucretzemjukoncentrāta sadalīšanās, kas pazīstama arī kā pirmapstrāde.
· Ir daudz sadalīšanas metožuretzemjukoncentrāti, kurus parasti var iedalīt trīs kategorijās: skābes metode, sārmu metode un hlorēšanas sadalīšanās. Skābes sadalīšanos var tālāk iedalīt sālsskābes sadalīšanās, sērskābes sadalīšanās un fluorūdeņražskābes sadalīšanās metodēs. Sārmu sadalīšanos var tālāk iedalīt nātrija hidroksīda sadalīšanās, nātrija hidroksīda kausēšanas vai sodas apdedzināšanas metodēs. Atbilstošo procesa plūsmu parasti izvēlas, pamatojoties uz koncentrāta veida, kvalitātes raksturlielumu, produkta plāna, ērtības ne retzemju elementu atgūšanai un visaptverošai izmantošanai, ieguvumiem darba higiēnai un vides aizsardzībai, kā arī ekonomisko racionalitāti.
·Lai gan ir atklāti gandrīz 200 retu un izkliedētu elementu minerālu, to retās sastopamības dēļ tie nav bagātināti neatkarīgās atradnēs ar rūpniecisko ieguvi. Līdz šim ir atrasti tikai reti neatkarīgigermānijs, selēnsuntelūrsir atklātas atradnes, taču atradņu apjoms nav īpaši liels.
Retzemju metālu kausēšana
· Ir divas metodesretzemjukausēšana, hidrometalurģija un pirometalurģija.
· Viss retzemju hidrometalurģijas un metālu ķīmiskās metalurģijas process galvenokārt notiek šķīdumā un šķīdinātājā, piemēram, retzemju koncentrāta sadalīšanās, atdalīšana un ekstrakcija.retzemju oksīdi, savienojumi un atsevišķi retzemju metāli, kuros izmanto ķīmiskus atdalīšanas procesus, piemēram, nogulsnēšanu, kristalizāciju, oksidēšanu-reducēšanu, šķīdinātāja ekstrakciju un jonu apmaiņu. Visbiežāk izmantotā metode ir organisko šķīdinātāju ekstrakcija, kas ir universāls process augstas tīrības pakāpes atsevišķu retzemju elementu rūpnieciskai atdalīšanai. Hidrometalurģijas process ir sarežģīts, un produkta tīrība ir augsta. Šai metodei ir plašs pielietojumu klāsts gatavās produkcijas ražošanā.
Pirometalurģiskais process ir vienkāršs un tam ir augsta produktivitāte.RetzemjuPirometalurģija galvenokārt ietver ražošanuretzemju sakausējumiar silikotermiskās reducēšanas metodi, retzemju metālu vai sakausējumu ražošanu ar kausēta sāls elektrolīzes metodi un ražošanuretzemju sakausējumiar metāla termiskās reducēšanas metodi utt.
Pirometalurģijas kopīgā iezīme ir ražošana augstā temperatūrā.
Retzemju ieguves process
·Retzemjukarbonāts unretzemju hlorīdsir divi galvenie primārie produktiretzemjunozare. Vispārīgi runājot, pašlaik ir divi galvenie procesi šo divu produktu ražošanai. Viens process ir koncentrētas sērskābes apdedzināšanas process, bet otrs process ir kaustiskās sodas process, saīsināti kaustiskās sodas process.
·Papildus tam, ka tas ir atrodams dažādos retzemju minerālos, ievērojama daļa noretzemju elementidabā pastāv līdzās apatīta un fosfātu iežu minerāliem. Kopējās pasaules fosfātu rūdas rezerves ir aptuveni 100 miljardi tonnu, un vidējiretzemjusaturs 0,5 ‰. Tiek lēsts, ka kopējais daudzumsretzemjuar fosfātu rūdu saistītais daudzums pasaulē ir 50 miljoni tonnu. Reaģējot uz zemā rakstura īpašībāmretzemjuŅemot vērā saturu un īpašo sastopamības statusu raktuvēs, gan vietējā, gan starptautiskā mērogā ir pētīti dažādi atgūšanas procesi, kurus var iedalīt mitrajās un termiskajās metodēs. Mitrās metodes var iedalīt slāpekļskābes metodē, sālsskābes metodē un sērskābes metodē atbilstoši dažādām sadalīšanās skābēm. Ir dažādi veidi, kā atgūt retzemju elementus no fosfora ķīmiskajiem procesiem, un tie visi ir cieši saistīti ar fosfātu rūdas apstrādes metodēm. Termiskās ražošanas procesāretzemjuAtgūšanas līmenis var sasniegt 60%.
Līdz ar fosfātu iežu resursu nepārtrauktu izmantošanu un pāreju uz zemas kvalitātes fosfātu iežu attīstību, sērskābes mitrā procesa fosforskābes process ir kļuvis par galveno metodi fosfātu ķīmiskajā rūpniecībā, un to atgūšanaretzemju elementiSērskābes mitrā procesa fosforskābe ir kļuvusi par pētniecības centru. Sērskābes mitrā procesa fosforskābes ražošanas procesā retzemju elementu bagātināšanas kontrolei fosforskābē un pēc tam organisko šķīdinātāju ekstrakcijas izmantošanai retzemju elementu iegūšanai ir vairāk priekšrocību nekā agrāk izstrādātajām metodēm.
Retzemju ieguves process
Sērskābes šķīdība
Cērijsgrupa (nešķīst sulfātu kompleksu sāļos) –lantāns, cērijs, prazeodīms, neodīmsun prometijs;
Terbijsgrupa (nedaudz šķīst sulfātu kompleksu sāļos) -samārijs, eiropija, gadolīnijs, terbijs, disprozijsunholmijs;
Ekstrakcijas atdalīšana
Gaismaretzemju(P204 vājas skābuma ekstrakcija) –lantāns,cērijs, prazeodīms,neodīmsun prometijs;
Vidējie retzemju metāli (P204 zema skābuma ekstrakcija)samārijs,eiropija,gadolīnijs,terbijs,disprozijs;
Ievads ekstrakcijas procesā
Atdalīšanās procesāretzemju elementi,17 elementu ārkārtīgi līdzīgo fizikālo un ķīmisko īpašību, kā arī tajos esošo piemaisījumu pārpilnības dēļretzemju elementi, ekstrakcijas process ir samērā sarežģīts un plaši izmantots.
Ir trīs ekstrakcijas procesu veidi: pakāpeniska metode, jonu apmaiņas metode un šķīdinātāja ekstrakcija.
Soli pa solim metode
Atdalīšanas un attīrīšanas metodi, izmantojot savienojumu atšķirīgo šķīdību šķīdinātājos, sauc par pakāpenisko metodi. Noitrijs(Y) līdzlutēcijs(Lu), viena atdalīšana starp visām dabiski sastopamajāmretzemju elementi, ieskaitot rādiju, ko atklāja Kīrija pāris,
Tie visi tiek atdalīti, izmantojot šo metodi. Šīs metodes darbības procedūra ir samērā sarežģīta, un visu retzemju elementu vienreizēja atdalīšana aizņēma vairāk nekā 100 gadus, vienai atdalīšanai un atkārtotai darbībai sasniedzot 20 000 reižu. Ķīmijas nozares darbiniekiem viņu darbs
Izturība ir relatīvi augsta, un process ir relatīvi sarežģīts. Tāpēc, izmantojot šo metodi, nav iespējams iegūt nevienu retzemju elementu lielos daudzumos.
Jonu apmaiņa
Retzemju elementu pētniecības darbu ir kavējusi nespēja radīt vienoturetzemju elementslielos daudzumos, izmantojot pakāpeniskas metodes. Lai analizēturetzemju elementikodolu skaldīšanas produktos esošos elementus un no urāna un torija atdalīt retzemju elementus, tika veiksmīgi pētīta jonu apmaiņas hromatogrāfija (jonu apmaiņas hromatogrāfija), ko pēc tam izmantoja atdalīšanairetzemju elementss. Jonu apmaiņas metodes priekšrocība ir tā, ka vienā operācijā var atdalīt vairākus elementus. Un tā var iegūt arī augstas tīrības pakāpes produktus. Tomēr trūkums ir tas, ka to nevar apstrādāt nepārtraukti, ar ilgu darbības ciklu un augstām sveķu reģenerācijas un apmaiņas izmaksām. Tāpēc šī kādreiz galvenā metode lielu daudzumu retzemju elementu atdalīšanai ir izņemta no galvenās atdalīšanas metodes un aizstāta ar šķīdinātāja ekstrakcijas metodi. Tomēr, ņemot vērā jonu apmaiņas hromatogrāfijas izcilās īpašības augstas tīrības pakāpes atsevišķu retzemju elementu produktu iegūšanā, pašlaik, lai iegūtu īpaši augstas tīrības pakāpes atsevišķus produktus un atdalītu dažus smagos retzemju elementus, ir nepieciešams izmantot arī jonu apmaiņas hromatogrāfiju, lai atdalītu un iegūtu retzemju produktu.
Šķīdinātāja ekstrakcija
Metodi, kurā organiskos šķīdinātājus izmanto ekstrakcijas vielas ekstrakcijai un atdalīšanai no nešķīstoša ūdens šķīduma, sauc par organisko šķīdinātāju šķidruma-šķidruma ekstrakciju, saīsināti - šķīdinātāja ekstrakciju. Tas ir masas pārneses process, kurā vielas tiek pārnestas no vienas šķidrās fāzes uz citu. Šķīdinātāja ekstrakcijas metode agrāk tika pielietota naftas ķīmijā, organiskajā ķīmijā, farmaceitiskajā ķīmijā un analītiskajā ķīmijā. Tomēr pēdējo četrdesmit gadu laikā, pateicoties atomenerģijas zinātnes un tehnoloģijas attīstībai, kā arī nepieciešamībai ražot īpaši tīras vielas un retus elementus, šķīdinātāja ekstrakcija ir guvusi lielus panākumus tādās nozarēs kā kodoldegvielas rūpniecība un reto elementu rūpniecība. Ķīna ir sasniegusi augstu pētniecības līmeni ekstrakcijas teorijā, jaunu ekstraktoru sintēzē un pielietošanā, kā arī retzemju elementu atdalīšanas ekstrakcijas procesā. Salīdzinot ar tādām atdalīšanas metodēm kā pakāpeniska nogulsnēšana, pakāpeniska kristalizācija un jonu apmaiņa, šķīdinātāja ekstrakcijai ir virkne priekšrocību, piemēram, labs atdalīšanas efekts, liela ražošanas jauda, ērtības ātrai un nepārtrauktai ražošanai, kā arī viegli sasniedzama automātiska vadība. Tāpēc tā pakāpeniski ir kļuvusi par galveno metodi lielu daudzumu atdalīšanai.retzemjus.
Retzemju attīrīšana
Ražošanas izejvielas
Retzemju metāliparasti tiek iedalīti jauktos retzemju metālos un monometālosretzemju metāliJauktā sastāvaretzemju metāliir līdzīgs sākotnējam retzemju sastāvam rūdā, un viens metāls ir metāls, kas atdalīts un rafinēts no katra retzemju elementa. To ir grūti reducētretzemju oksīdss (izņemot oksīdussamārijs,eiropija,, tūlijs,iterbijs) vienā metālā, izmantojot vispārīgas metalurģiskas metodes, pateicoties to augstajam veidošanās siltumam un augstajai stabilitātei. Tāpēc parasti izmantotās izejvielas ražošanāretzemju metālimūsdienās ir to hlorīdi un fluorīdi.
Izkausēta sāls elektrolīze
Jauktu materiālu masveida ražošanaretzemju metālirūpniecībā parasti izmanto kausēta sāls elektrolīzes metodi. Ir divas elektrolīzes metodes: hlorīdu elektrolīze un oksīdu elektrolīze. Viena elementa sagatavošanas metoderetzemju metālimainās atkarībā no elementa.samārijs,eiropija,,tūlijs,iterbijsnav piemēroti elektrolītiskai iegūšanai to augstā tvaika spiediena dēļ, un tā vietā tiek iegūti, izmantojot redukcijas destilācijas metodi. Citus elementus var iegūt ar elektrolīzi vai metālu termiskās reducēšanas metodi.
Hlorīda elektrolīze ir visizplatītākā metālu, īpaši jauktu retzemju metālu, ražošanas metode. Process ir vienkāršs, rentabls un prasa minimālas investīcijas. Tomēr lielākais trūkums ir hlora gāzes izdalīšanās, kas piesārņo vidi. Oksīda elektrolīze neizdala kaitīgas gāzes, bet izmaksas ir nedaudz augstākas. Parasti dārgas atsevišķasretzemju elementipiemēram,neodīmsunprazeodīmstiek ražoti, izmantojot oksīdu elektrolīzi.
Vakuuma redukcijas elektrolīzes metode var sagatavot tikai vispārējas rūpnieciskas kvalitātesretzemju metāliLai sagatavotosretzemju metāliar zemu piemaisījumu saturu un augstu tīrības pakāpi parasti izmanto vakuuma termiskās reducēšanas metodi. Ar šo metodi var iegūt visus atsevišķos retzemju metālus, betsamārijs,eiropija,,tūlijs,iterbijsnevar iegūt, izmantojot šo metodi. Redokspotenciālssamārijs,eiropija,,tūlijs,iterbijsun kalcijs tikai daļēji samazinaretzemjufluorīds. Parasti šo metālu sagatavošana balstās uz šo metālu augstā tvaika spiediena un zemā tvaika spiediena principiem.lantāna metālss. Šo četru oksīdiretzemju elementiir sajaukti ar fragmentiemlantāna metālss un saspiests blokos, un reducēts vakuuma krāsnī.Lantānsir aktīvāks, savukārtsamārijs,eiropija,,tūlijs,iterbijstiek reducēti līdz zeltam,lantānsun savācas kondensācijas laikā, padarot to viegli atdalāmu no izdedžiem.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 7. novembris