Introdução à tecnologia da indústria de terras raras
·Terra rara eunão é um elemento metálico, mas um termo coletivo para 15 elementos de terras raras eítrioeescândio.Portanto, os 17 elementos de terras raras e seus diversos compostos têm diversos usos, desde cloretos com pureza de 46% até óxidos únicos de terras raras emetais de terras rarascom pureza de 99,9999%.Com a adição de compostos e misturas relacionadas, existem inúmeros produtos de terras raras.Então,terra raraa 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 eítriogrupos baseados em características 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, processos de fundição, métodos de extração e processos de purificação de terras raras serão introduzidos um por 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, processos e equipamentos de beneficiamento para enriquecer minerais úteis no minério, remover impurezas prejudiciais e separá-los de minerais de ganga.
·Noterra raraminérios extraídos em todo o mundo, o conteúdo deóxidos de terras rarasé apenas alguns por cento, e alguns ainda mais baixos.A fim de atender aos requisitos de produção de fundição,terra raraos minerais são separados dos minerais de ganga e 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 possam atender aos requisitos da metalurgia de terras raras.O beneficiamento de minérios de terras raras geralmente adota o método de flotação, muitas vezes complementado por múltiplas combinações de gravidade e separação magnética para formar um fluxo de processo de beneficiamento.
Oterra raraO depósito na mina Baiyunebo, na Mongólia Interior, é um depósito do tipo rocha carbonática de dolomita de ferro, composto principalmente de minerais de terras raras que acompanham o minério de ferro (além de minério de fluorocarbono, cério e monazita, também existem váriosnióbioeterra raraminerais).
O minério extraído contém cerca de 30% de ferro e cerca de 5% de óxidos de terras raras. Após a britagem do grande minério 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 depois selecionando um concentrado primário de ferro de 62-65% Fe2O3 (óxido de ferro) usando um separador magnético cilíndrico.Os rejeitos continuam passando por flotação e separação magnética para obtenção de um concentrado secundário de ferro contendo mais de 45%Fe2O3(óxido de ferro).As terras raras são enriquecidas em espuma de flotação, com teor de 10-15%.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 equipamentos de beneficiamento, pode-se obter um concentrado de terras raras com 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 através de várias alterações químicas e, em seguida, passar por processos como dissolução, separação, purificação, concentração ou calcinação para produzir várias misturas.terra raracompostos como cloretos mistos de terras raras, que podem ser usados como produtos ou matérias-primas para a separação de elementos únicos de terras raras.Este processo é chamadoterra raradecomposição concentrada, também conhecida como pré-tratamento.
·Existem muitos métodos para decomposiçãoterra raraconcentrados, que geralmente podem ser divididos em três categorias: método ácido, método alcalino e decomposição por cloração.A decomposição ácida pode ser dividida em decomposição de ácido clorídrico, decomposição de ácido sulfúrico e decomposição de ácido fluorídrico.A decomposição do álcali pode ser dividida em decomposição do hidróxido de sódio, fusão do hidróxido de sódio ou métodos de torrefação com soda.O fluxo de processo apropriado é geralmente selecionado com base nos princípios de tipo de concentrado, características de grau, plano de produto, conveniência para a recuperação e utilização abrangente de elementos de terras não raras, benefício para higiene do trabalho e proteção ambiental e racionalidade econômica.
·Embora tenham sido descobertos quase 200 elementos minerais raros e dispersos, eles não foram enriquecidos em depósitos independentes com mineração industrial devido à sua raridade.Até agora, apenas rarosgermânio, selênio, etelúriodepósitos foram descobertos, mas a escala dos depósitos não é muito grande.
Fundição de terras raras
·Existem dois métodos paraterra rarafundição, hidrometalurgia e pirometalurgia.
·Todo o processo de hidrometalurgia de terras raras e metalurgia química de metais é 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 individuais, que usam processos de separação química, como precipitação, cristalização, oxidação-redução, extração de solvente e troca iônica.O método mais comumente usado é a extração com solvente orgânico, que é um processo universal para separação industrial de elementos únicos de terras raras de alta pureza.O processo hidrometalúrgico 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 possui alta produtividade.Terra raraa pirometalurgia inclui principalmente a produção deligas de terras raraspelo método de redução silicotérmica, a produção de metais ou ligas de terras raras 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 doterra raraindústria.De um modo geral, existem atualmente dois processos principais para a produção destes dois produtos.Um processo é o processo de torrefação 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 diversos minerais de terras raras, uma parcela significativa deelementos de terras rarasna natureza coexistem com minerais de apatita e rocha fosfática.As reservas totais de minério de fosfato mundial são de aproximadamente 100 bilhões de toneladas, com uma médiaterra raraconteúdo de 0,5 ‰.Estima-se que o montante totalterra raraassociado ao minério de fosfato no mundo é de 50 milhões de toneladas.Em resposta às características de baixoterra raraconteúdo e status de ocorrência especial em minas, vários processos de recuperação têm sido estudados tanto nacional quanto internacionalmente, que podem 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 de processos químicos de fósforo, todas intimamente relacionadas aos métodos de processamento do minério de fosfato.Durante o processo de produção térmica, oterra raraa taxa de recuperação pode chegar a 60%.
Com a utilização contínua dos recursos de rocha fosfática e a mudança para o desenvolvimento de rocha fosfática de baixa qualidade, o processo úmido de ácido sulfúrico, o processo de 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 se tornou um ponto importante de pesquisa.No processo de produção de ácido fosfórico por via úmida 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 tem 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, neodímioe promécio;
Térbiogrupo (ligeiramente solúvel em sais complexos de sulfato) -samário, európio, gadolínio, térbio, disprósio, ehólmio;
Separação de extração
Luzterra rara(Extração de acidez fraca P204) –lantânio,cério, praseodímio,neodímioe promécio;
Pesadoterra raraelementos(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 acompanham emelementos de terras raras, o processo de extração é relativamente complexo e comumente usado.
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 na solubilidade dos compostos em solventes é denominado método passo a passo.Deítrio(S) paralutécio(Lu), uma separação única entre todas as ocorrências naturaiselementos de terras raras, incluindo o rádio descoberto pelo casal Curie,
Eles são todos 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 separação e operação repetida atingindo 20.000 vezes.Para os trabalhadores químicos, o seu trabalho
A resistência é relativamente alta e o processo é relativamente complexo.Portanto, usar este método não pode produzir uma única terra rara em grandes quantidades.
Troca iônica
O trabalho de investigação sobre elementos de terras raras tem sido dificultado pela incapacidade de produzir um únicoelemento de terra raraem grandes quantidades através de métodos passo a passo.Para analisar oelementos de terras rarascontido em produtos de fissão nuclear e remove 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 terra raraS.A vantagem do método de troca iônica é que vários elementos podem ser separados em uma operação.E também pode obter produtos de alta pureza.Porém, a desvantagem é que não pode ser processado continuamente, com 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 principal e substituído pelo método de extração por solvente.No entanto, devido às excelentes características da cromatografia de troca iônica na obtenção de produtos únicos de terras raras de alta pureza, atualmente, para produzir produtos únicos de ultra-alta pureza e separar alguns elementos pesados de terras raras, também é necessário usar cromatografia de troca iônica para separar e produzir um produto de terras raras.
Extração de solvente
O método de utilização de 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 com solvente.É um processo de transferência de massa que transfere substâncias de uma fase líquida para outra.O método de extração por solvente foi aplicado anteriormente em petroquímica, química orgânica, química farmacêutica e química analítica.No entanto, nos últimos quarenta anos, devido ao desenvolvimento da ciência e tecnologia da energia atómica, bem como à necessidade de produção de substâncias ultrapuras e elementos raros, a extracção de solventes fez grandes progressos em indústrias como a indústria de combustíveis nucleares e a metalurgia rara. .A China alcançou um alto nível de pesquisa na teoria da extração, na síntese e aplicação de novos extratantes e no processo de extração para separação de elementos de terras raras.Em comparação com métodos de separação, como precipitação graduada, cristalização graduada e troca iônica, a extração por solvente tem uma série de vantagens, como bom efeito de separação, grande capacidade de produção, conveniência para produção rápida e contínua e controle automático fácil de obter.Portanto, tornou-se gradualmente o principal método para separar grandes quantidades deterra raras.
Purificação de terras raras
Matérias-primas de produção
Metais de terras rarassão geralmente divididos em metais de terras raras mistas e metais simplesmetais de terras raras.A composição do mistometais 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 usa 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 e, em vez disso, são preparados usando o método de destilação por redução.Outros elementos podem ser preparados por eletrólise ou método de redução térmica do metal.
A eletrólise de cloreto é o método mais comum para a produção de metais, especialmente para metais de terras raras mistas.O processo é simples, econômico e requer investimento mínimo.Porém, 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 um pouco mais alto.Geralmente, singles de alto preçoTerras rarascomoneodímioepraseodímiosão produzidos usando eletrólise de óxido.
O método de eletrólise por redução de vácuo só pode preparar produtos de nível industrial geralmetais de terras raras.Prepararmetais de terras rarascom baixas impurezas e alta pureza, o método de redução térmica a vácuo é geralmente usado.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 parcialmenteterra rarafluoreto.Geralmente, a preparação destes metais é baseada nos princípios de alta pressão de vapor destes metais e baixa pressão de vapor demetal lantânioS.Os óxidos destes quatroTerras rarasestão misturados com fragmentos demetal lantâniose comprimido em blocos e reduzido em um forno a vácuo.Lantânioé mais ativo, enquantosamário,európio,,túlio,itérbiosão reduzidos a ouro porlantânioe coletado na condensação, facilitando a separação da escória.
Horário da postagem: 07 de novembro de 2023