Introdução à Tecnologia da Indústria de Terras Raras
·Terra rara inão é um elemento metálico, mas um termo coletivo para 15 elementos de terras raras eítrioeescândio. Portanto, os 17 elementos de terras raras e seus vários compostos têm vários usos, desde cloretos com pureza de 46% até óxidos de terras raras simples emetais de terras rarascom pureza de 99,9999%. Com a adição de compostos e misturas relacionados, existem inúmeros produtos de terras raras. Então,terras rarasA tecnologia também é diversa com base nas diferenças desses 17 elementos. No entanto, devido ao fato de que os elementos de terras raras podem ser divididos em cério eítrioCom base nas características dos minerais, os processos de mineração, fundição e separação de minerais de terras raras também são relativamente unificados. A partir da mineração inicial do minério, os métodos de separação, fundição, extração e purificação de terras raras serão introduzidos um a um.
Processamento mineral de terras raras
·O processamento mineral é um processo de processamento mecânico que utiliza as diferenças nas propriedades físicas e químicas entre os vários minerais que compõem o minério, utiliza diferentes métodos de beneficiamento, processos e equipamentos para enriquecer minerais úteis no minério, remover impurezas prejudiciais e separá-los dos minerais de ganga.
·Noterras rarasminérios extraídos em todo o mundo, o conteúdo deóxidos de terras rarasé de apenas alguns por cento, e alguns até mais baixos. Para atender às necessidades de produção da fundição,terras rarasOs minerais são separados dos minerais de ganga e de outros minerais úteis por meio de beneficiamento antes da fundição, a fim de aumentar o teor de óxidos de terras raras e obter concentrados de terras raras que atendam aos requisitos da metalurgia de terras raras. O beneficiamento de minérios de terras raras geralmente adota o método de flotação, frequentemente complementado por múltiplas combinações de separação gravitacional e magnética para formar um fluxo de processo de beneficiamento.
Oterras rarasO depósito na Mina Baiyunebo na Mongólia Interior é um depósito de rocha carbonática de dolomita de ferro, composto principalmente por minerais de terras raras que acompanham o minério de ferro (além do minério de fluorocarbono cério e monazita, também existem váriosnióbioeterras rarasminerais).
O minério extraído contém cerca de 30% de ferro e cerca de 5% de óxidos de terras raras. Após a britagem do minério de grande porte na mina, ele é transportado de trem para a planta de beneficiamento da Baotou Iron and Steel Group Company. A tarefa da planta de beneficiamento é aumentarFe2O3de 33% a mais de 55%, primeiro moendo e classificando em um moinho de bolas cônico e, em seguida, selecionando um concentrado de ferro primário de 62-65% Fe2O3 (óxido de ferro) utilizando um separador magnético cilíndrico. Os rejeitos continuam a passar por flotação e separação magnética para obter um concentrado secundário de ferro contendo mais de 45%Fe2O3(óxido de ferro). Terras raras são enriquecidas em espuma de flotação, com um teor de 10 a 15%. O concentrado pode ser selecionado usando uma mesa vibratória para produzir um concentrado grosso com um teor de REO de 30%. Após ser reprocessado por equipamento de beneficiamento, pode-se obter um concentrado de terras raras com um teor de REO superior a 60%.
Método de decomposição de concentrado de terras raras
·Terra raraOs elementos em concentrados geralmente existem na forma de carbonatos, fluoretos, fosfatos, óxidos ou silicatos insolúveis. Os elementos de terras raras devem ser convertidos em compostos solúveis em água ou ácidos inorgânicos por meio de várias transformações químicas e, em seguida, passar por processos como dissolução, separação, purificação, concentração ou calcinação para produzir vários compostos mistos.terras rarascompostos como cloretos mistos de terras raras, que podem ser usados como produtos ou matérias-primas para a separação de elementos de terras raras individuais. Este processo é denominadoterras rarasdecomposição de concentrado, também conhecida como pré-tratamento.
·Existem muitos métodos para decomporterras rarasconcentrados, que podem ser geralmente divididos em três categorias: método ácido, método alcalino e decomposição por cloração. A decomposição ácida pode ser subdividida em decomposição com ácido clorídrico, decomposição com ácido sulfúrico e decomposição com ácido fluorídrico. A decomposição alcalina pode ser subdividida em decomposição com hidróxido de sódio, fusão com hidróxido de sódio ou métodos de torrefação com soda. O fluxo de processo apropriado é geralmente selecionado com base nos princípios do tipo de concentrado, características de grau, plano de produto, conveniência para a recuperação e utilização abrangente de elementos não raros, benefícios para a higiene do trabalho e proteção ambiental, e racionalidade econômica.
·Embora tenham sido descobertos quase 200 minerais elementares raros e dispersos, eles não foram enriquecidos em depósitos independentes com mineração industrial devido à sua raridade. Até o momento, apenas minerais independentes rarosgermânio, selênio, etelúriodepósitos foram descobertos, mas a escala dos depósitos não é muito grande.
Fundição de terras raras
·Existem dois métodos paraterras rarasfundição, hidrometalurgia e pirometalurgia.
·Todo o processo de hidrometalurgia de terras raras e metalurgia química de metais ocorre principalmente em solução e solvente, como a decomposição de concentrado de terras raras, separação e extração deóxidos de terras raras, compostos e metais de terras raras simples, que utilizam processos de separação química, como precipitação, cristalização, oxidação-redução, extração por solvente e troca iônica. O método mais comumente utilizado é a extração por solvente orgânico, um processo universal para separação industrial de elementos de terras raras simples de alta pureza. O processo de hidrometalurgia é complexo e a pureza do produto é alta. Este método tem uma ampla gama de aplicações na produção de produtos acabados.
O processo pirometalúrgico é simples e apresenta alta produtividade.Terra raraA pirometalurgia inclui principalmente a produção deligas de terras raraspelo método de redução silicotérmica, a produção de metais de terras raras ou ligas pelo método de eletrólise de sal fundido e a produção deligas de terras raraspelo método de redução térmica de metal etc.
A característica comum da pirometalurgia é a produção sob condições de alta temperatura.
Processo de produção de terras raras
·Terra raracarbonato ecloreto de terras rarassão os dois principais produtos primários daterras rarasindústria. De modo geral, existem atualmente dois processos principais para a produção desses dois produtos. Um processo é o processo de ustulação com ácido sulfúrico concentrado, e o outro processo é chamado de processo de soda cáustica, abreviado como processo de soda cáustica.
·Além de estar presente em vários minerais de terras raras, uma parcela significativa deelementos de terras rarascoexistem na natureza com apatita e minerais de rocha fosfática. As reservas totais de minério de fosfato mundial são de aproximadamente 100 bilhões de toneladas, com uma médiaterras rarasconteúdo de 0,5 ‰. Estima-se que a quantidade total deterras rarasassociado ao minério de fosfato no mundo é de 50 milhões de toneladas. Em resposta às características de baixoterras rarasConsiderando o conteúdo e o status de ocorrência especial em minas, diversos processos de recuperação têm sido estudados tanto nacional quanto internacionalmente, podendo ser divididos em métodos úmidos e térmicos. Nos métodos úmidos, eles podem ser divididos em método do ácido nítrico, método do ácido clorídrico e método do ácido sulfúrico, de acordo com os diferentes ácidos de decomposição. Existem várias maneiras de recuperar terras raras a partir de processos químicos de fósforo, todos intimamente relacionados aos métodos de processamento do minério de fosfato. Durante o processo de produção térmica,terras rarasa taxa de recuperação pode chegar a 60%.
Com a utilização contínua de recursos de rocha fosfática e a mudança para o desenvolvimento de rocha fosfática de baixa qualidade, o processo úmido de ácido sulfúrico com ácido fosfórico tornou-se o método principal na indústria química de fosfato e a recuperação deelementos de terras rarasNo processo úmido de ácido sulfúrico, o ácido fosfórico tornou-se um foco de pesquisa. No processo de produção de ácido sulfúrico, o processo de controlar o enriquecimento de terras raras em ácido fosfórico e, em seguida, usar a extração com solvente orgânico para extrair terras raras apresenta mais vantagens do que os métodos desenvolvidos anteriormente.
Processo de extração de terras raras
Solubilidade do ácido sulfúrico
Cériogrupo (insolúvel em sais complexos de sulfato) –lantânio, cério, praseodímio, neodímio, e promécio;
Térbiogrupo (ligeiramente solúvel em sais complexos de sulfato) -samário, európio, gadolínio, térbio, disprósio, ehólmio;
Separação por extração
Luzterras raras(Extração de acidez fraca P204) –lantânio,cério, praseodímio,neodímio, e promécio;
Pesadoterras raraselementos(extração de acidez em P204) -hólmio,
Introdução ao Processo de Extração
No processo de separaçãoelementos de terras raras,devido às propriedades físicas e químicas extremamente semelhantes de 17 elementos, bem como à abundância de impurezas que os acompanhamelementos de terras raras, o processo de extração é relativamente complexo e comumente utilizado.
Existem três tipos de processos de extração: método passo a passo, troca iônica e extração por solvente.
Método passo a passo
O método de separação e purificação utilizando a diferença de solubilidade dos compostos em solventes é denominado método passo a passo.ítrio(Y) paralutécio(Lu), uma única separação entre todos os que ocorrem naturalmenteelementos de terras raras, incluindo o rádio descoberto pelo casal Curie,
Todos eles são separados usando este método. O procedimento operacional deste método é relativamente complexo, e a separação única de todos os elementos de terras raras levou mais de 100 anos, com uma única separação e operação repetida chegando a 20.000 vezes. Para os trabalhadores químicos, seu trabalho
A resistência é relativamente alta e o processo é relativamente complexo. Portanto, este método não permite a produção de uma única terra rara em grandes quantidades.
Troca iônica
O trabalho de pesquisa sobre elementos de terras raras foi dificultado pela incapacidade de produzir um únicoelemento de terras rarasem grandes quantidades por meio de métodos passo a passo. Para analisar aelementos de terras rarascontidos nos produtos da fissão nuclear e remover os elementos de terras raras do urânio e do tório, a cromatografia de troca iônica (cromatografia de troca iônica) foi estudada com sucesso, que foi então usada para a separação deelemento de terras rarass. A vantagem do método de troca iônica é que múltiplos elementos podem ser separados em uma única operação. E também pode obter produtos de alta pureza. No entanto, a desvantagem é que ele não pode ser processado continuamente, com um longo ciclo operacional e altos custos para regeneração e troca de resina. Portanto, este, que antes era o principal método para separar grandes quantidades de terras raras, foi retirado do método de separação convencional e substituído pelo método de extração por solvente. No entanto, devido às características excepcionais da cromatografia de troca iônica na obtenção de produtos de terras raras simples de alta pureza, atualmente, a fim de produzir produtos simples de ultra-alta pureza e separar alguns elementos de terras raras pesadas, também é necessário usar a cromatografia de troca iônica para separar e produzir um produto de terras raras.
Extração por solvente
O método que utiliza solventes orgânicos para extrair e separar a substância extraída de uma solução aquosa imiscível é denominado extração líquido-líquido com solvente orgânico, abreviado como extração por solvente. É um processo de transferência de massa que transfere substâncias de uma fase líquida para outra. O método de extração por solvente já foi aplicado anteriormente nas áreas de petroquímica, química orgânica, química farmacêutica e química analítica. No entanto, nos últimos quarenta anos, devido ao desenvolvimento da ciência e tecnologia da energia atômica, bem como à necessidade de produção de substâncias ultrapuras e elementos raros, a extração por solvente fez grandes progressos em indústrias como a de combustível nuclear e a metalurgia rara. A China alcançou um alto nível de pesquisa em teoria de extração, síntese e aplicação de novos extratantes e no processo de extração para separação de elementos de terras raras. Comparada a métodos de separação como precipitação graduada, cristalização graduada e troca iônica, a extração por solvente apresenta uma série de vantagens, como bom efeito de separação, grande capacidade de produção, conveniência para produção rápida e contínua e fácil controle automático. Portanto, tornou-se gradualmente o principal método para separar grandes quantidades deterras rarass.
Purificação de terras raras
Matérias-primas de produção
Metais de terras rarassão geralmente divididos em metais de terras raras mistos e metais simplesmetais de terras raras. A composição da misturametais de terras rarasé semelhante à composição original de terras raras no minério, e um único metal é um metal separado e refinado de cada terra rara. É difícil reduziróxido de terras rarass (exceto para óxidos desamário,európio,, túlio,itérbio) em um único metal usando métodos metalúrgicos gerais, devido ao seu alto calor de formação e alta estabilidade. Portanto, as matérias-primas comumente utilizadas para a produção demetais de terras rarashoje em dia são seus cloretos e fluoretos.
Eletrólise de sal fundido
A produção em massa de misturasmetais de terras rarasNa indústria, geralmente utiliza-se o método de eletrólise de sal fundido. Existem dois métodos de eletrólise: eletrólise de cloreto e eletrólise de óxido. O método de preparação de um únicometais de terras rarasvaria dependendo do elemento.samário,európio,,túlio,itérbionão são adequados para preparação eletrolítica devido à sua alta pressão de vapor, sendo, em vez disso, preparados pelo método de destilação redutora. Outros elementos podem ser preparados por eletrólise ou pelo método de redução térmica de metais.
A eletrólise de cloreto é o método mais comum para a produção de metais, especialmente para metais de terras raras mistos. O processo é simples, econômico e requer investimento mínimo. No entanto, a maior desvantagem é a liberação de gás cloro, que polui o meio ambiente. A eletrólise de óxido não libera gases nocivos, mas o custo é ligeiramente mais alto. Geralmente, o custo é alto.terras rarascomoneodímioepraseodímiosão produzidos por meio de eletrólise de óxido.
O método de eletrólise de redução a vácuo só pode preparar grau industrial geralmetais de terras raras. Para prepararmetais de terras rarasCom baixas impurezas e alta pureza, o método de redução térmica a vácuo é geralmente utilizado. Este método pode produzir todos os metais de terras raras, massamário,európio,,túlio,itérbionão pode ser produzido usando este método. O potencial redox desamário,európio,,túlio,itérbioe o cálcio reduz apenas parcialmenteterras rarasfluoreto. Geralmente, a preparação desses metais é baseada nos princípios de alta pressão de vapor desses metais e baixa pressão de vapor demetal lantânios. Os óxidos desses quatroterras rarassão misturados com fragmentos demetal lantânios e comprimidos em blocos e reduzidos em um forno a vácuo.Lantânioé mais ativo, enquantosamário,európio,,túlio,itérbiosão reduzidos a ouro porlantânioe coletado na condensação, facilitando sua separação da escória.
Horário da postagem: 07/11/2023