Pengenalan kepada Teknologi Industri Nadir Bumi
·Nadir bumi is bukan unsur logam, tetapi istilah kolektif untuk 15 unsur nadir bumi danyttriumdanskandium. Oleh itu, 17 unsur nadir bumi dan pelbagai sebatiannya mempunyai pelbagai kegunaan, daripada klorida dengan ketulenan 46% hingga oksida nadir bumi tunggal danlogam nadir bumidengan ketulenan 99.9999%. Dengan penambahan sebatian dan campuran yang berkaitan, terdapat banyak produk nadir bumi. Jadi,nadir bumiteknologi juga pelbagai berdasarkan perbezaan 17 elemen ini. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh fakta bahawa unsur nadir bumi boleh dibahagikan kepada cerium danyttriumkumpulan berdasarkan ciri mineral, proses perlombongan, peleburan, dan pengasingan mineral nadir bumi juga agak bersatu. Bermula dari perlombongan bijih awal, kaedah pengasingan, proses peleburan, kaedah pengekstrakan, dan proses penulenan nadir bumi akan diperkenalkan satu persatu.
Pemprosesan mineral nadir bumi
· Pemprosesan mineral ialah proses pemprosesan mekanikal yang menggunakan perbezaan sifat fizikal dan kimia antara pelbagai mineral yang membentuk bijih, menggunakan kaedah, proses dan peralatan benefisiasi yang berbeza untuk memperkaya mineral berguna dalam bijih, membuang kekotoran berbahaya, dan memisahkannya. daripada mineral gangue.
· Dalamnadir bumibijih yang dilombong di seluruh dunia, kandunganoksida nadir bumihanya beberapa peratus, malah ada yang lebih rendah. Untuk memenuhi keperluan pengeluaran peleburan,nadir bumimineral diasingkan daripada mineral gangue dan mineral berguna lain melalui benefisiasi sebelum peleburan, untuk meningkatkan kandungan oksida nadir bumi dan mendapatkan pekat nadir bumi yang boleh memenuhi keperluan metalurgi nadir bumi. Pemberian bijih nadir bumi secara amnya menggunakan kaedah pengapungan, selalunya ditambah dengan pelbagai kombinasi graviti dan pengasingan magnet untuk membentuk aliran proses benefisiasi.
Thenadir bumideposit di Lombong Baiyunebo di Inner Mongolia ialah deposit jenis batuan karbonat dolomit besi, terutamanya terdiri daripada mineral nadir bumi yang disertakan dalam bijih besi (selain bijih serium fluorokarbon dan monazit, terdapat juga beberapaniobiumdannadir bumigalian).
Bijih yang diekstrak mengandungi kira-kira 30% besi dan kira-kira 5% oksida nadir bumi. Selepas menghancurkan bijih besar di lombong, ia diangkut dengan kereta api ke loji benefisiasi Syarikat Baotou Iron and Steel Group. Tugas loji benefisiasi adalah untuk meningkatkanFe2O3daripada 33% kepada lebih 55%, mula-mula mengisar dan menggred pada kilang bebola kon, dan kemudian memilih pekat besi primer 62-65% Fe2O3 (oksida besi) menggunakan pemisah magnet silinder. Tailing terus mengalami pengapungan dan pengasingan magnet untuk mendapatkan pekat besi sekunder yang mengandungi lebih daripada 45%Fe2O3(oksida besi). Nadir bumi diperkaya dengan buih pengapungan, dengan gred 10-15%. Pekat boleh dipilih menggunakan jadual goncang untuk menghasilkan pekat kasar dengan kandungan REO sebanyak 30%. Selepas diproses semula oleh peralatan benefisiasi, pekat nadir bumi dengan kandungan REO melebihi 60% boleh diperolehi.
Kaedah penguraian pekat nadir bumi
·Nadir bumiunsur dalam pekat umumnya wujud dalam bentuk karbonat tidak larut, fluorida, fosfat, oksida, atau silikat. Unsur nadir bumi mesti ditukar kepada sebatian yang larut dalam air atau asid tak organik melalui pelbagai perubahan kimia, dan kemudian menjalani proses seperti pelarutan, pemisahan, penulenan, kepekatan, atau pengkalsinan untuk menghasilkan pelbagai campuran.nadir bumisebatian seperti campuran klorida nadir bumi, yang boleh digunakan sebagai produk atau bahan mentah untuk mengasingkan unsur nadir bumi tunggal. Proses ini dipanggilnadir bumipenguraian pekat, juga dikenali sebagai pra-rawatan.
·Terdapat banyak kaedah untuk mengurainadir bumipekat, yang secara amnya boleh dibahagikan kepada tiga kategori: kaedah asid, kaedah alkali, dan penguraian pengklorinan. Penguraian asid boleh dibahagikan lagi kepada penguraian asid hidroklorik, penguraian asid sulfurik, dan penguraian asid hidrofluorik. Penguraian alkali boleh dibahagikan lagi kepada penguraian natrium hidroksida, peleburan natrium hidroksida, atau kaedah pemanggangan soda. Aliran proses yang sesuai secara amnya dipilih berdasarkan prinsip jenis pekat, ciri gred, pelan produk, kemudahan untuk pemulihan dan penggunaan menyeluruh unsur bukan nadir bumi, faedah untuk kebersihan buruh dan perlindungan alam sekitar, dan rasional ekonomi.
·Walaupun hampir 200 mineral unsur yang jarang ditemui dan terpencar telah ditemui, ia tidak diperkayakan menjadi deposit bebas dengan perlombongan industri kerana jarang berlaku. Setakat ini, hanya jarang berdikarigermanium, selenium, danteluriumdeposit telah ditemui, tetapi skala deposit tidak begitu besar.
Peleburan nadir bumi
·Terdapat dua kaedah untuknadir bumipeleburan, hidrometalurgi dan pyrometallurgy.
· Keseluruhan proses hidrometalurgi nadir bumi dan metalurgi kimia logam kebanyakannya dalam larutan dan pelarut, seperti penguraian pekat nadir bumi, pemisahan dan pengekstrakanoksida nadir bumi, sebatian, dan logam nadir bumi tunggal, yang menggunakan proses pengasingan kimia seperti pemendakan, penghabluran, pengurangan pengoksidaan, pengekstrakan pelarut dan pertukaran ion. Kaedah yang paling biasa digunakan ialah pengekstrakan pelarut organik, yang merupakan proses universal untuk pengasingan industri unsur nadir bumi tunggal berketulenan tinggi. Proses hidrometalurgi adalah kompleks dan ketulenan produk adalah tinggi. Kaedah ini mempunyai pelbagai aplikasi dalam menghasilkan produk siap.
Proses pyrometallurgical adalah mudah dan mempunyai produktiviti yang tinggi.Nadir bumipyrometallurgy terutamanya termasuk pengeluaranaloi nadir bumimelalui kaedah pengurangan silikotermik, penghasilan logam nadir bumi atau aloi melalui kaedah elektrolisis garam cair, dan penghasilanaloi nadir bumidengan kaedah pengurangan haba logam dsb.
Ciri umum pyrometallurgy ialah pengeluaran di bawah keadaan suhu tinggi.
Proses penghasilan nadir bumi
·Nadir bumikarbonat dannadir bumi kloridaadalah dua produk utama utama dalamnadir bumiindustri. Secara umumnya, pada masa ini terdapat dua proses utama untuk menghasilkan kedua-dua produk ini. Satu proses ialah proses pemanggangan asid sulfurik pekat, dan proses lain dipanggil proses soda kaustik, disingkatkan sebagai proses soda kaustik.
·Selain terdapat dalam pelbagai mineral nadir bumi, sebahagian besar daripadaunsur nadir bumisecara semula jadi wujud bersama mineral apatit dan batuan fosfat. Jumlah rizab bijih fosfat dunia adalah kira-kira 100 bilion tan, dengan puratanadir bumikandungan 0.5 ‰. Dianggarkan bahawa jumlah keseluruhannadir bumiyang dikaitkan dengan bijih fosfat di dunia ialah 50 juta tan. Sebagai tindak balas kepada ciri-ciri rendahnadir bumikandungan dan status kejadian khas dalam lombong, pelbagai proses pemulihan telah dikaji di dalam dan di peringkat antarabangsa, yang boleh dibahagikan kepada kaedah basah dan terma. Dalam kaedah basah, mereka boleh dibahagikan kepada kaedah asid nitrik, kaedah asid hidroklorik, dan kaedah asid sulfurik mengikut asid penguraian yang berbeza. Terdapat pelbagai cara untuk mendapatkan semula nadir bumi daripada proses kimia fosforus, semuanya berkait rapat dengan kaedah pemprosesan bijih fosfat. Semasa proses pengeluaran haba, yangnadir bumikadar pemulihan boleh mencapai 60%.
Dengan penggunaan berterusan sumber batuan fosfat dan peralihan ke arah pembangunan batu fosfat berkualiti rendah, asid sulfurik proses basah proses asid fosforik telah menjadi kaedah arus perdana dalam industri kimia fosfat, dan pemulihanunsur nadir bumidalam asid sulfurik proses basah asid fosforik telah menjadi hotspot penyelidikan. Dalam proses pengeluaran asid sulfurik proses basah asid fosforik, proses mengawal pengayaan nadir bumi dalam asid fosforik dan kemudian menggunakan pengekstrakan pelarut organik untuk mengekstrak nadir bumi mempunyai lebih banyak kelebihan daripada kaedah yang dibangunkan awal.
Proses pengekstrakan nadir bumi
Keterlarutan asid sulfurik
Ceriumkumpulan (tidak larut dalam garam kompleks sulfat) –lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, dan promethium;
Terbiumkumpulan (sedikit larut dalam garam kompleks sulfat) -samarium, europium, gadolinium, terbium, disprosium, danholmium;
Yttriumkumpulan (larut dalam garam kompleks sulfat) –yttrium, erbium, tulium, ytterbium,lutetium, danskandium.
Pemisahan pengekstrakan
Cahayanadir bumi(P204 pengekstrakan keasidan lemah) –lanthanum,cerium, praseodymium,neodymium, dan promethium;
Nadir bumi tengah (pengestrakan keasidan rendah P204)-samarium,europium,gadolinium,terbium,disprosium;
beratnadir bumielemen(pengekstrakan keasidan dalam P204) -holmium,
Pengenalan kepada Proses Pengekstrakan
Dalam proses berpisahunsur nadir bumi,disebabkan oleh sifat fizikal dan kimia yang sangat serupa bagi 17 unsur, serta banyaknya bendasing yang menyertainya dalamunsur nadir bumi, proses pengekstrakan agak kompleks dan biasa digunakan.
Terdapat tiga jenis proses pengekstrakan: kaedah langkah demi langkah, pertukaran ion, dan pengekstrakan pelarut.
Kaedah langkah demi langkah
Kaedah pengasingan dan penulenan menggunakan perbezaan keterlarutan sebatian dalam pelarut dipanggil kaedah langkah demi langkah. daripadayttrium(Y) kepadalutetium(Lu), pemisahan tunggal antara semua yang berlaku secara semula jadiunsur nadir bumi, termasuk radium yang ditemui oleh pasangan Curie,
Mereka semua dipisahkan menggunakan kaedah ini. Prosedur pengendalian kaedah ini agak rumit, dan pemisahan tunggal semua unsur nadir bumi mengambil masa lebih 100 tahun, dengan satu pemisahan dan operasi berulang mencapai 20000 kali. Bagi pekerja kimia, kerja mereka
Kekuatannya agak tinggi dan prosesnya agak kompleks. Oleh itu, menggunakan kaedah ini tidak boleh menghasilkan satu nadir bumi dalam kuantiti yang banyak.
Pertukaran ion
Kerja penyelidikan mengenai unsur nadir bumi telah dihalang oleh ketidakupayaan untuk menghasilkan satuunsur nadir bumidalam kuantiti yang banyak melalui kaedah langkah demi langkah. Untuk menganalisisunsur nadir bumiterkandung dalam produk pembelahan nuklear dan mengeluarkan unsur nadir bumi dari uranium dan torium, kromatografi pertukaran ion (kromatografi pertukaran ion) berjaya dikaji, yang kemudiannya digunakan untuk pengasinganunsur nadir bumis. Kelebihan kaedah pertukaran ion ialah pelbagai elemen boleh diasingkan dalam satu operasi. Dan ia juga boleh mendapatkan produk ketulenan tinggi. Walau bagaimanapun, kelemahannya ialah ia tidak boleh diproses secara berterusan, dengan kitaran operasi yang panjang dan kos yang tinggi untuk penjanaan semula dan pertukaran resin. Oleh itu, kaedah utama untuk mengasingkan sejumlah besar nadir bumi ini telah dihentikan daripada kaedah pengasingan arus perdana dan digantikan dengan kaedah pengekstrakan pelarut. Walau bagaimanapun, disebabkan ciri-ciri luar biasa kromatografi pertukaran ion dalam mendapatkan produk nadir bumi tunggal ketulenan tinggi, pada masa ini, untuk menghasilkan produk tunggal ketulenan ultra tinggi dan memisahkan beberapa unsur nadir bumi berat, ia juga perlu menggunakan kromatografi pertukaran ion. untuk memisahkan dan menghasilkan produk nadir bumi.
Pengekstrakan pelarut
Kaedah menggunakan pelarut organik untuk mengekstrak dan mengasingkan bahan yang diekstrak daripada larutan akueus yang tidak tercampur dipanggil pengekstrakan cecair-cecair pelarut organik, disingkatkan sebagai pengekstrakan pelarut. Ia adalah proses pemindahan jisim yang memindahkan bahan dari satu fasa cecair ke yang lain. Kaedah pengekstrakan pelarut telah digunakan lebih awal dalam petrokimia, kimia organik, kimia farmaseutikal, dan kimia analitik. Walau bagaimanapun, dalam tempoh empat puluh tahun yang lalu, disebabkan oleh perkembangan sains dan teknologi tenaga atom, serta keperluan untuk pengeluaran bahan ultratulen dan unsur nadir, pengekstrakan pelarut telah mencapai kemajuan besar dalam industri seperti industri bahan api nuklear dan metalurgi jarang. . China telah mencapai tahap penyelidikan yang tinggi dalam teori pengekstrakan, sintesis dan aplikasi pengekstrak baharu, dan proses pengekstrakan untuk pemisahan unsur nadir bumi. Berbanding dengan kaedah pengasingan seperti pemendakan gred, penghabluran gred, dan pertukaran ion, pengekstrakan pelarut mempunyai beberapa kelebihan seperti kesan pemisahan yang baik, kapasiti pengeluaran yang besar, kemudahan untuk pengeluaran yang cepat dan berterusan, dan mudah untuk mencapai kawalan automatik. Oleh itu, ia secara beransur-ansur menjadi kaedah utama untuk memisahkan sejumlah besarnadir bumis.
Pembersihan nadir bumi
Pengeluaran bahan mentah
Logam nadir bumibiasanya dibahagikan kepada campuran logam nadir bumi dan tunggallogam nadir bumi. Komposisi campuranlogam nadir bumiadalah serupa dengan komposisi nadir bumi asal dalam bijih, dan logam tunggal adalah logam yang diasingkan dan ditapis daripada setiap nadir bumi. Sukar untuk dikurangkanoksida nadir bumis (kecuali oksida daripadasamarium,europium,, tulium,ytterbium) menjadi logam tunggal menggunakan kaedah metalurgi am, kerana haba pembentukannya yang tinggi dan kestabilan yang tinggi. Oleh itu, bahan mentah yang biasa digunakan untuk pengeluaranlogam nadir bumipada masa kini ialah klorida dan fluoridanya.
Elektrolisis garam cair
Pengeluaran besar-besaran campuranlogam nadir bumidalam industri umumnya menggunakan kaedah elektrolisis garam cair. Terdapat dua kaedah elektrolisis: elektrolisis klorida dan elektrolisis oksida. Kaedah penyediaan tunggallogam nadir bumiberbeza bergantung pada unsur.samarium,europium,,tulium,ytterbiumtidak sesuai untuk penyediaan elektrolitik kerana tekanan wapnya yang tinggi, dan sebaliknya disediakan menggunakan kaedah penyulingan pengurangan. Unsur-unsur lain boleh disediakan dengan kaedah elektrolisis atau pengurangan haba logam.
Elektrolisis klorida adalah kaedah yang paling biasa untuk menghasilkan logam, terutamanya untuk campuran logam nadir bumi. Prosesnya mudah, kos efektif dan memerlukan pelaburan yang minimum. Walau bagaimanapun, kelemahan terbesar ialah pembebasan gas klorin, yang mencemarkan alam sekitar. Elektrolisis oksida tidak membebaskan gas berbahaya, tetapi kosnya lebih tinggi sedikit. Umumnya, single berharga tingginadir bumisepertineodymiumdanpraseodymiumdihasilkan menggunakan elektrolisis oksida.
Kaedah elektrolisis pengurangan vakum hanya boleh menyediakan gred perindustrian amlogam nadir bumi. Untuk menyediakanlogam nadir bumidengan kekotoran rendah dan ketulenan tinggi, kaedah pengurangan haba vakum biasanya digunakan. Kaedah ini boleh menghasilkan semua logam nadir bumi tunggal, tetapisamarium,europium,,tulium,ytterbiumtidak boleh dihasilkan menggunakan kaedah ini. Potensi redoks daripadasamarium,europium,,tulium,ytterbiumdan kalsium hanya berkurangan separanadir bumifluorida. Secara amnya, penyediaan logam ini adalah berdasarkan prinsip tekanan wap tinggi logam ini dan tekanan wap rendah bagilogam lanthanums. Oksida daripada empat ininadir bumibercampur dengan serpihanlogam lanthanums dan dimampatkan menjadi blok, dan dikurangkan dalam relau vakum.Lanthanumlebih aktif, manakalasamarium,europium,,tulium,ytterbiumdikurangkan kepada emas olehlanthanumdan dikumpulkan pada pemeluwapan, menjadikannya mudah untuk diasingkan daripada sanga.
Masa siaran: Nov-07-2023