Įvadas į retųjų žemių pramonės technologijas
·Retųjų žemių inėra metalinis elementas, o bendras 15 retųjų žemių elementų terminas iritrioirskandisTodėl 17 retųjų žemių elementų ir jų įvairūs junginiai turi įvairių panaudojimo būdų – nuo 46 % grynumo chloridų iki atskirų retųjų žemių oksidų irretųjų žemių metalųkurio grynumas yra 99,9999 %. Pridėjus susijusių junginių ir mišinių, gaunama daugybė retųjų žemių produktų. Taigi,retųjų žemiųtechnologijos taip pat įvairios dėl šių 17 elementų skirtumų. Tačiau dėl to, kad retųjų žemių elementus galima suskirstyti į cerį iritrioRetųjų žemių mineralų gavybos, lydymo ir atskyrimo procesai, suskirstyti pagal mineralų savybes, taip pat yra gana suvienodinti. Pradedant nuo pradinės rūdos gavybos, retųjų žemių mineralų atskyrimo, lydymo, ekstrahavimo ir valymo procesai bus pristatyti po vieną.
Retųjų žemių mineralų apdorojimas
· Mineralų apdorojimas yra mechaninis apdorojimo procesas, kurio metu išnaudojami įvairių rūdą sudarančių mineralų fizikinių ir cheminių savybių skirtumai, naudojami skirtingi sodrinimo metodai, procesai ir įranga, siekiant praturtinti rūdą naudingais mineralais, pašalinti kenksmingas priemaišas ir atskirti jas nuo priemaišų.
· Įretųjų žemiųvisame pasaulyje išgaunamų rūdų, jų turinysretųjų žemių oksidaiyra tik keli procentai, o kai kurie dar mažesni. Siekiant patenkinti lydymo gamybos reikalavimus,retųjų žemiųPrieš lydymą mineralai atskiriami nuo priemaišų ir kitų naudingų mineralų sodrinimo būdu, siekiant padidinti retųjų žemių oksidų kiekį ir gauti retųjų žemių koncentratus, atitinkančius retųjų žemių metalurgijos reikalavimus. Retųjų žemių rūdų sodrinimui paprastai taikomas flotacijos metodas, dažnai papildytas keliais gravitacijos ir magnetinio atskyrimo deriniais, siekiant sudaryti sodrinimo proceso srautą.
Theretųjų žemiųVidinės Mongolijos Baiyunebo kasyklos telkinys yra karbonatinių uolienų tipo geležies dolomito telkinys, daugiausia sudarytas iš geležies rūdoje esančių retųjų žemių mineralų (be fluorokarboninio cerio rūdos ir monacito, taip pat yra keletasniobisirretųjų žemiųmineralai).
Išgautoje rūdoje yra apie 30 % geležies ir apie 5 % retųjų žemių oksidų. Susmulkinus didelę rūdą kasykloje, ji traukiniu gabenama į „Baotou Iron and Steel Group Company“ sodrinimo įmonę. Sodrinimo įmonės užduotis – padidintiFe2O3nuo 33 % iki daugiau nei 55 %, pirmiausia sumalus ir rūšiuojant kūginiu rutuliniu malūnu, o tada parenkant pirminį geležies koncentratą, kuriame yra 62–65 % Fe2O3 (geležies oksidas) naudojant cilindrinį magnetinį separatorių. Uodegos toliau flotuojamos ir atskiriamos magnetu, kad būtų gautas antrinis geležies koncentratas, kuriame yra daugiau nei 45 %.Fe2O3(geležies oksidas). Retieji žemių elementai yra praturtinti flotacinėmis putomis, kurių grynumas yra 10–15 %. Koncentratą galima parinkti naudojant kratytuvą, kad būtų gautas stambus koncentratas, kuriame REO kiekis būtų 30 %. Po perdirbimo sodrinimo įranga galima gauti retųjų žemių koncentratą, kuriame REO kiekis yra didesnis nei 60 %.
Retųjų žemių koncentrato skaidymo metodas
·Retųjų žemiųKoncentratuose esantys elementai paprastai yra netirpių karbonatų, fluoridų, fosfatų, oksidų arba silikatų pavidalu. Retųjų žemių elementai turi būti paversti vandenyje arba neorganinėse rūgštyse tirpiais junginiais įvairiais cheminiais pokyčiais, o tada atliekami tokie procesai kaip tirpinimas, atskyrimas, valymas, koncentravimas arba kalcinavimas, kad būtų gauti įvairūs mišrūs junginiai.retųjų žemiųjunginiai, tokie kaip mišrūs retųjų žemių chloridai, kurie gali būti naudojami kaip produktai arba žaliavos atskiriems retųjų žemių elementams atskirti. Šis procesas vadinamasretųjų žemiųKoncentrato skaidymas, dar vadinamas išankstiniu apdorojimu.
· Yra daug skaidymo būdųretųjų žemiųKoncentratai, kuriuos paprastai galima suskirstyti į tris kategorijas: rūgštinį metodą, šarminį metodą ir chlorinimo skaidymą. Rūgštinį skaidymą galima toliau suskirstyti į druskos rūgšties skaidymą, sieros rūgšties skaidymą ir vandenilio fluorido rūgšties skaidymą. Šarminį skaidymą galima toliau suskirstyti į natrio hidroksido skaidymą, natrio hidroksido lydymo arba sodos skrudinimo metodus. Tinkamas proceso srautas paprastai parenkamas atsižvelgiant į koncentrato tipą, rūšies charakteristikas, produkto planą, patogumą išgauti ir visapusiškai panaudoti ne retųjų žemių elementus, naudą darbo higienai ir aplinkos apsaugai bei ekonominį racionalumą.
·Nors atrasta beveik 200 retų ir išsklaidytų elementų mineralų, dėl savo retumo jie nebuvo praturtinti į nepriklausomus telkinius pramoninės kasybos būdu. Iki šiol aptikti tik reti nepriklausomigermanis, selenasirtelūrastelkinių buvo aptikta, tačiau telkinių mastai nėra labai dideli.
Retųjų žemių lydymas
· Yra du būdairetųjų žemiųlydymas, hidrometalurgija ir pirometalurgija.
Visas retųjų žemių hidrometalurgijos ir metalų cheminės metalurgijos procesas daugiausia vyksta tirpale ir tirpiklyje, pavyzdžiui, retųjų žemių koncentrato skaidymas, atskyrimas ir ekstrakcija.retųjų žemių oksidai, junginiai ir pavieniai retųjų žemių metalai, kuriems naudojami cheminio atskyrimo procesai, tokie kaip nusodinimas, kristalizacija, oksidacija-redukcija, tirpiklių ekstrakcija ir jonų mainai. Dažniausiai naudojamas metodas yra organinių tirpiklių ekstrakcija – universalus procesas pramoniniam labai grynų pavienių retųjų žemių elementų atskyrimui. Hidrometalurgijos procesas yra sudėtingas, o produkto grynumas – didelis. Šis metodas yra plačiai taikomas gaminant gatavus produktus.
Pirometalurginis procesas yra paprastas ir pasižymi dideliu našumu.Retųjų žemiųPirometalurgija daugiausia apima gamybąretųjų žemių lydiniaisilikoterminės redukcijos metodu, retųjų žemių metalų ar lydinių gamyba išlydytos druskos elektrolizės metodu ir gamybaretųjų žemių lydiniaimetalo terminio redukcijos metodu ir kt.
Bendras pirometalurgijos bruožas yra gamyba aukštoje temperatūroje.
Retųjų žemių gamybos procesas
·Retųjų žemiųkarbonatas irretųjų žemių chloridasyra du pagrindiniai pirminiai produktairetųjų žemiųpramonė. Apskritai šiuo metu yra du pagrindiniai šių dviejų produktų gamybos procesai. Vienas procesas yra koncentruotos sieros rūgšties deginimo procesas, o kitas procesas vadinamas kaustine soda, sutrumpintai vadinama kaustine soda.
·Be to, kad yra įvairiuose retųjų žemių mineraluose, nemaža dalisretųjų žemių elementaigamtoje egzistuoja kartu su apatito ir fosfatinių uolienų mineralais. Bendros pasaulinės fosfatų rūdos atsargos yra maždaug 100 milijardų tonų, o vidutiniškairetųjų žemiųkiekis 0,5 ‰. Apskaičiuota, kad bendras kiekisretųjų žemiųsu fosfatų rūda susijęs kiekis pasaulyje yra 50 milijonų tonų. Reaguojant į mažo kiekio savybesretųjų žemiųAtsižvelgiant į kasyklose susidarantį turinį ir ypatingą jų atsiradimo statusą, tiek šalies viduje, tiek tarptautiniu mastu buvo tirti įvairūs išgavimo procesai, kuriuos galima suskirstyti į šlapius ir terminius metodus. Šlapius metodus galima suskirstyti į azoto rūgšties, druskos rūgšties ir sieros rūgšties metodus pagal skirtingas skaidymo rūgštis. Yra įvairių būdų, kaip išgauti retuosius žemių elementus iš fosforo cheminių procesų, kurie visi yra glaudžiai susiję su fosfatų rūdos perdirbimo metodais. Terminio gamybos proceso meturetųjų žemiųatsigavimo rodiklis gali siekti 60%.
Nuolat naudojant fosfatinių uolienų išteklius ir pereinant prie žemos kokybės fosfatinių uolienų plėtros, sieros rūgšties šlapiojo proceso fosforo rūgšties procesas tapo pagrindiniu metodu fosfatų chemijos pramonėje, o jo atgavimasretųjų žemių elementaiFosforo rūgštis, gaminama šlapiuoju būdu sieros rūgštyje, tapo tyrimų objektu. Gaminant fosforo rūgštį šlapiuoju būdu, retųjų žemių elementų sodrinimo fosforo rūgštyje kontrolė ir vėliau retųjų žemių elementų ekstrakcija organiniais tirpikliais turi daugiau pranašumų nei anksčiau sukurti metodai.
Retųjų žemių gavybos procesas
Sieros rūgšties tirpumas
Cerisgrupė (netirpsta sulfatinių kompleksinių druskų sudėtyje) –lantanas, ceris, praseodimas, neodimioir prometis;
Terbisgrupė (mažai tirpsta sulfato komplekso druskose) -samaris, europiumas, gadolinis, terbis, disprozisirholmis;
Itrisgrupė (tirpsta sulfatinių kompleksinių druskų sudėtyje) –itrio, erbis tulis, iterbis,liutecisirskandis.
Ekstrahavimo atskyrimas
Šviesaretųjų žemių(P204 silpno rūgštingumo ekstrakcija) –lantanas,ceris, praseodimas,neodimioir prometis;
Viduriniojo retųjų žemių (mažo rūgštingumo P204 ekstrakcija)samaris,europiumas,gadolinis,terbis,disprozis;
Sunkusretųjų žemiųelementai(rūgštingumo ekstrakcija P204) -holmis,
Įvadas į ekstrahavimo procesą
Atsiskyrimo proceseretųjų žemių elementai,dėl itin panašių 17 elementų fizikinių ir cheminių savybių, taip pat dėl gausybės juose esančių priemaišųretųjų žemių elementai, ekstrahavimo procesas yra gana sudėtingas ir naudojamas dažnai.
Yra trys ekstrakcijos procesų tipai: laipsniškas metodas, jonų mainų ekstrakcija ir tirpiklio ekstrakcija.
Žingsnis po žingsnio metodas
Atskyrimo ir gryninimo metodas, naudojant junginių tirpumo skirtumą tirpikliuose, vadinamas žingsnis po žingsnio metodu. Išitrio(Y) ikiliutecis(Lu), vienas atskyrimas tarp visų natūraliai susidarančiųretųjų žemių elementai, įskaitant radį, kurį atrado Curie pora,
Šiuo metodu jie visi atskiriami. Šio metodo veikimo procedūra yra gana sudėtinga, o visų retųjų žemių elementų atskyrimas užtruko daugiau nei 100 metų, o vienas atskyrimas ir pakartotinė operacija siekė 20 000 kartų. Chemijos pramonės darbuotojams jų darbas
Stiprumas yra gana didelis, o procesas gana sudėtingas. Todėl naudojant šį metodą negalima pagaminti didelių kiekių vieno retųjų žemių elemento.
Jonų mainai
Retųjų žemių elementų tyrimus stabdė nesugebėjimas sukurti vienoretųjų žemių elementasdideliais kiekiais, taikant žingsnis po žingsnio metodus. Norint išanalizuotiretųjų žemių elementaiesantiems branduolių dalijimosi produktuose ir pašalinti retųjų žemių elementus iš urano ir torio, buvo sėkmingai ištirta jonų mainų chromatografija (jonų mainų chromatografija), kuri vėliau buvo naudojama atskirtiretųjų žemių elementass. Jonų mainų metodo privalumas yra tas, kad vienos operacijos metu galima atskirti kelis elementus. Be to, juo galima gauti labai grynus produktus. Tačiau trūkumas yra tas, kad jis negali būti apdorojamas nuolat, ilgas darbo ciklas ir didelės dervos regeneravimo bei keitimo išlaidos. Todėl šis kadaise pagrindinis metodas dideliems retųjų žemių kiekiams atskirti buvo pašalintas iš pagrindinio atskyrimo metodo ir pakeistas tirpiklio ekstrakcijos metodu. Tačiau dėl išskirtinių jonų mainų chromatografijos savybių gaunant labai grynus pavienius retųjų žemių produktus, šiuo metu, norint pagaminti itin didelio grynumo pavienius produktus ir atskirti kai kuriuos sunkius retųjų žemių elementus, taip pat būtina naudoti jonų mainų chromatografiją retųjų žemių produktui atskirti ir gauti.
Tirpiklio ekstrakcija
Organinių tirpiklių naudojimo ekstrakcijai ir ekstrahuotos medžiagos atskyrimui iš nesimaišančio vandeninio tirpalo vadinamas organinių tirpiklių skystos-skystos ekstrakcijos, sutrumpintai – tirpiklio ekstrakcija. Tai masės perdavimo procesas, kurio metu medžiagos perkeliamos iš vienos skystos fazės į kitą. Tirpiklio ekstrakcijos metodas anksčiau buvo taikomas naftos chemijos, organinės chemijos, farmacijos chemijos ir analitinės chemijos srityse. Tačiau per pastaruosius keturiasdešimt metų, dėl atominės energijos mokslo ir technologijų plėtros, taip pat dėl itin grynų medžiagų ir retų elementų gamybos poreikio, tirpiklio ekstrakcija padarė didelę pažangą tokiose pramonės šakose kaip branduolinio kuro pramonė ir retų žemių metalurgija. Kinija pasiekė aukštą tyrimų lygį ekstrakcijos teorijos, naujų ekstrahentų sintezės ir taikymo bei retųjų žemių elementų atskyrimo ekstrakcijos proceso srityse. Palyginti su tokiais atskyrimo metodais kaip laipsniškas nusodinimas, laipsniška kristalizacija ir jonų mainai, tirpiklio ekstrakcija turi daug privalumų, tokių kaip geras atskyrimo efektas, dideli gamybos pajėgumai, patogumas greitai ir nepertraukiamai gamybai bei lengvas automatinis valdymas. Todėl ji palaipsniui tapo pagrindiniu metodu dideliems kiekiams atskirti.retųjų žemiųs.
Retųjų žemių valymas
Gamybos žaliavos
Retųjų žemių metalaipaprastai skirstomi į mišrius retųjų žemių metalus ir pavieniusretųjų žemių metalųMišrios sudėtiesretųjų žemių metalųyra panašus į pradinę retųjų žemių sudėtį rūdoje, o vienas metalas yra metalas, atskirtas ir rafinuotas nuo kiekvieno retųjų žemių elemento. Sunku jį redukuotiretųjų žemių oksidass (išskyrus oksidussamaris,europiumas,, tulis,iterbis) į vieną metalą, naudojant bendruosius metalurgijos metodus, dėl jų didelės formavimo šilumos ir didelio stabilumo. Todėl dažniausiai naudojamos žaliavos gamybairetųjų žemių metalųšiais laikais yra jų chloridai ir fluoridai.
Išlydytos druskos elektrolizė
Masinė mišrių produktų gamybaretųjų žemių metalųpramonėje paprastai naudojamas išlydytos druskos elektrolizės metodas. Yra du elektrolizės metodai: chloridų elektrolizė ir oksidų elektrolizė. Vieno elemento paruošimo metodasretųjų žemių metalųskiriasi priklausomai nuo elemento.samaris,europiumas,,tulis,iterbisdėl didelio garų slėgio netinka elektroliziniam paruošimui, todėl yra paruošiami redukcinės distiliacijos metodu. Kiti elementai gali būti paruošti elektrolizės arba metalų terminio redukcijos metodu.
Chloridų elektrolizė yra labiausiai paplitęs metalų, ypač mišrių retųjų žemių metalų, gamybos metodas. Procesas yra paprastas, ekonomiškas ir reikalauja minimalių investicijų. Tačiau didžiausias trūkumas yra chloro dujų išsiskyrimas, kurios teršia aplinką. Oksidų elektrolizės metu neišsiskiria kenksmingos dujos, tačiau kaina yra šiek tiek didesnė. Paprastai brangesni vieno metalo metalairetųjų žemių elementųpavyzdžiuineodimioirpraseodimasgaminami naudojant oksidų elektrolizę.
Vakuuminio redukcinio elektrolizės metodu galima paruošti tik bendrosios pramoninės kokybėsretųjų žemių metalųPasiruoštiretųjų žemių metalųesant mažai priemaišų ir dideliam grynumui, paprastai naudojamas vakuuminis terminis redukavimo metodas. Šiuo metodu galima gauti visus retųjų žemių metalus, tačiausamaris,europiumas,,tulis,iterbisšiuo metodu pagaminti negalima. Redokso potencialassamaris,europiumas,,tulis,iterbisir kalcis tik iš dalies sumažinaretųjų žemiųfluoridas. Paprastai šių metalų gavimas grindžiamas šių metalų aukšto garų slėgio ir žemo garų slėgio principais.lantano metalass. Šių keturių oksidairetųjų žemių elementųyra sumaišyti su fragmentaislantano metalass ir supresuojami į blokus, o vėliau redukuojami vakuuminėje krosnyje.Lantanasyra aktyvesnis, tuo tarpusamaris,europiumas,,tulis,iterbisyra redukuojami iki auksolantanasir surenkamas kondensato pavidalu, todėl jį lengva atskirti nuo šlako.
Įrašo laikas: 2023 m. lapkričio 7 d.