Einführung in die Technologie der Seltenerdindustrie
·Seltene Erden iist kein metallisches Element, sondern ein Sammelbegriff für 15 Seltene Erden undYttriumUndScandium. Daher haben die 17 Seltenerdelemente und ihre verschiedenen Verbindungen vielfältige Verwendungsmöglichkeiten, von Chloriden mit einer Reinheit von 46 % bis hin zu einzelnen Seltenerdoxiden undSeltenerdmetallemit einer Reinheit von 99,9999 %. Zusammen mit verwandten Verbindungen und Mischungen gibt es unzählige Seltenerdprodukte.Seltene ErdenDie Technologie ist auch aufgrund der Unterschiede dieser 17 Elemente vielfältig. Da Seltene Erden jedoch in Cer undYttriumDa die Seltenerdmineralien nach Mineraleigenschaften gruppiert sind, sind auch die Abbau-, Schmelz- und Trennprozesse relativ einheitlich. Beginnend mit dem anfänglichen Erzabbau werden die Trennmethoden, Schmelzprozesse, Extraktionsmethoden und Reinigungsprozesse der Seltenen Erden nach und nach vorgestellt.
Mineralverarbeitung von Seltenen Erden
Die Mineralaufbereitung ist ein mechanischer Verarbeitungsprozess, der die Unterschiede in den physikalischen und chemischen Eigenschaften der verschiedenen Mineralien, aus denen das Erz besteht, ausnutzt und verschiedene Aufbereitungsmethoden, -prozesse und -geräte einsetzt, um nützliche Mineralien im Erz anzureichern, schädliche Verunreinigungen zu entfernen und sie von Gangmineralien zu trennen.
·ImSeltene ErdenErze weltweit gefördert, der Inhalt vonSeltenerdoxidebeträgt nur wenige Prozent, manche sogar noch weniger. Um die Produktionsanforderungen der Schmelze zu erfüllen,Seltene ErdenMineralien werden vor dem Schmelzen durch Aufbereitung von Gangmineralien und anderen Nutzmineralien getrennt, um den Gehalt an Seltenerdoxiden zu erhöhen und Seltenerdkonzentrate zu erhalten, die den Anforderungen der Seltenerdmetallurgie gerecht werden. Die Aufbereitung von Seltenerderzen erfolgt in der Regel durch Flotation, oft ergänzt durch mehrere Kombinationen aus Schwerkraft- und Magnettrennung, um einen Aufbereitungsprozessablauf zu bilden.
DerSeltene ErdenDie Lagerstätte in der Baiyunebo-Mine in der Inneren Mongolei ist eine Lagerstätte aus Karbonatgestein mit Eisendolomit, die hauptsächlich aus begleitenden Seltenerdmineralien in Eisenerz besteht (neben Fluorkohlenwasserstoff-Ceriumerz und Monazit gibt es auch mehrereNiobUndSeltene ErdenMineralien).
Das geförderte Erz enthält etwa 30 % Eisen und etwa 5 % Seltenerdoxide. Nach dem Zerkleinern des großen Erzes in der Mine wird es per Bahn zur Aufbereitungsanlage der Baotou Iron and Steel Group Company transportiert. Die Aufgabe der Aufbereitungsanlage besteht darin,Fe2O3von 33 % auf über 55 %, zunächst durch Mahlen und Sortieren auf einer konischen Kugelmühle und anschließende Auswahl eines primären Eisenkonzentrats von 62-65 % Fe2O3 (Eisenoxid) mit einem zylindrischen Magnetabscheider. Die Rückstände werden anschließend einer Flotation und einer magnetischen Trennung unterzogen, um ein sekundäres Eisenkonzentrat mit mehr als 45 % zu erhalten.Fe2O3(Eisenoxid). Seltene Erden werden in Flotationsschaum mit einem Gehalt von 10–15 % angereichert. Das Konzentrat kann mithilfe eines Schütteltisches selektiert werden, um ein Grobkonzentrat mit einem REO-Gehalt von 30 % zu erhalten. Nach der Aufbereitung durch Aufbereitungsanlagen kann ein Seltenerdkonzentrat mit einem REO-Gehalt von über 60 % gewonnen werden.
Zersetzungsmethode von Seltenerdkonzentrat
·Seltene ErdenElemente in Konzentraten liegen im Allgemeinen in Form unlöslicher Carbonate, Fluoride, Phosphate, Oxide oder Silikate vor. Seltene Erden müssen durch verschiedene chemische Veränderungen in wasser- oder säurelösliche Verbindungen umgewandelt und anschließend Prozessen wie Auflösung, Trennung, Reinigung, Konzentration oder Kalzinierung unterzogen werden, um verschiedene Mischverbindungen zu erzeugen.Seltene ErdenVerbindungen wie gemischte Seltenerdchloride, die als Produkte oder Rohstoffe zur Trennung einzelner Seltenerdelemente verwendet werden können. Dieser Prozess wird alsSeltene ErdenKonzentratzersetzung, auch Vorbehandlung genannt.
·Es gibt viele Methoden zur ZerlegungSeltene ErdenKonzentrate lassen sich grundsätzlich in drei Kategorien unterteilen: Säure-, Alkali- und Chlorierungsverfahren. Die Säurezersetzung kann weiter in Salzsäure-, Schwefelsäure- und Flusssäurezersetzung unterteilt werden. Die Alkalizersetzung kann weiter in Natriumhydroxid-Zersetzung, Natriumhydroxidschmelze oder Sodaröstverfahren unterteilt werden. Der geeignete Prozessablauf wird in der Regel anhand der Konzentratart, der Güteeigenschaften, des Produktplans, der Zweckmäßigkeit der Rückgewinnung und umfassenden Nutzung von Nicht-Seltenerdmetallen, des Nutzens für Arbeitshygiene und Umweltschutz sowie der wirtschaftlichen Vernunft ausgewählt.
Obwohl fast 200 seltene und verstreute Elementmineralien entdeckt wurden, konnten sie aufgrund ihrer Seltenheit nicht durch industriellen Bergbau zu eigenständigen Vorkommen angereichert werden. Bisher wurden nur seltene unabhängigeGermanium, Selen, UndTellurEs wurden Vorkommen entdeckt, allerdings ist das Ausmaß der Vorkommen nicht sehr groß.
Schmelzen von Seltenen Erden
· Es gibt zwei Methoden fürSeltene ErdenSchmelzen, Hydrometallurgie und Pyrometallurgie.
·Der gesamte Prozess der Seltenerd-Hydrometallurgie und der chemischen Metallurgie erfolgt größtenteils in Lösung und Lösungsmittel, wie z. B. die Zersetzung von Seltenerdkonzentraten, die Trennung und Extraktion vonSeltenerdoxide, Verbindungen und einzelne Seltenerdmetalle, die chemische Trennverfahren wie Fällung, Kristallisation, Oxidations-Reduktion, Lösungsmittelextraktion und Ionenaustausch nutzen. Die am häufigsten verwendete Methode ist die organische Lösungsmittelextraktion, ein universelles Verfahren zur industriellen Trennung hochreiner einzelner Seltenerdelemente. Der hydrometallurgische Prozess ist komplex und die Produktreinheit hoch. Dieses Verfahren bietet ein breites Anwendungsspektrum bei der Herstellung von Fertigprodukten.
Der pyrometallurgische Prozess ist einfach und weist eine hohe Produktivität auf.Seltene ErdenDie Pyrometallurgie umfasst hauptsächlich die Herstellung vonSeltenerdlegierungendurch silikothermische Reduktionsverfahren, die Herstellung von Seltenerdmetallen oder Legierungen durch Schmelzsalzelektrolyseverfahren und die Herstellung vonSeltenerdlegierungendurch thermische Metallreduktion usw.
Das gemeinsame Merkmal der Pyrometallurgie ist die Produktion unter Hochtemperaturbedingungen.
Produktionsprozess von Seltenen Erden
·Seltene ErdenKarbonat undSeltenerdchloridsind die beiden wichtigsten Primärprodukte in derSeltene ErdenIndustrie. Generell gibt es derzeit zwei Hauptverfahren zur Herstellung dieser beiden Produkte. Ein Verfahren ist das Röstverfahren mit konzentrierter Schwefelsäure, das andere Verfahren wird als Natronlaugeverfahren bezeichnet, abgekürzt als Natronlaugeverfahren.
·Neben dem Vorkommen in verschiedenen Seltenerdmineralien ist ein erheblicher TeilSeltene Erdenin der Natur koexistieren mit Apatit und Phosphatgestein Mineralien. Die gesamten Reserven an Phosphaterz weltweit betragen etwa 100 Milliarden Tonnen, mit einem durchschnittlichenSeltene ErdenGehalt von 0,5 ‰. Es wird geschätzt, dass die Gesamtmenge anSeltene Erdenmit Phosphaterz in der Welt verbunden ist 50 Millionen Tonnen. In Reaktion auf die Eigenschaften der niedrigenSeltene ErdenAufgrund des Gehalts und des besonderen Vorkommensstatus in Minen wurden im In- und Ausland verschiedene Rückgewinnungsverfahren untersucht, die sich in Nass- und thermische Verfahren unterteilen lassen. Bei Nassverfahren unterscheidet man je nach den verschiedenen Zersetzungssäuren zwischen Salpetersäure-, Salzsäure- und Schwefelsäureverfahren. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Seltene Erden aus Phosphorchemikalien zu gewinnen, die alle eng mit den Verarbeitungsverfahren für Phosphaterz verwandt sind. Im thermischen Produktionsprozess wird dieSeltene ErdenDie Wiederherstellungsrate kann 60 % erreichen.
Mit der kontinuierlichen Nutzung der Phosphatgesteinsressourcen und der Verlagerung hin zur Entwicklung von minderwertigem Phosphatgestein ist das Schwefelsäure-Nassverfahren Phosphorsäure-Verfahren zur gängigen Methode in der Phosphatchemie geworden, und die Rückgewinnung vonSeltene ErdenPhosphorsäure im Schwefelsäure-Nassverfahren ist zu einem Forschungsschwerpunkt geworden. Im Herstellungsprozess von Phosphorsäure im Schwefelsäure-Nassverfahren bietet das Verfahren der kontrollierten Anreicherung von Seltenen Erden in Phosphorsäure und der anschließenden Verwendung einer organischen Lösungsmittelextraktion zur Extraktion der Seltenen Erden mehr Vorteile als früher entwickelte Methoden.
Extraktionsprozess von Seltenen Erden
Schwefelsäurelöslichkeit
TerbiumGruppe (schwer löslich in Sulfatkomplexsalzen) -Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, UndHolmium;
YttriumGruppe (löslich in Sulfatkomplexsalzen) –Yttrium, Erbium, Thulium, Ytterbium,Lutetium, UndScandium.
Extraktionstrennung
LichtSeltene Erden(P204 schwache Säureextraktion) –Lanthan,Cer, Praseodym,Neodym, und Promethium;
Mittlere Seltene Erden (P2O4-Extraktion mit niedrigem Säuregehalt)-Samarium,Europium,Gadolinium,Terbium,Dysprosium;
SchwerSeltene ErdenElemente(Säureextraktion in P204) -Holmium,
Einführung in den Extraktionsprozess
Im Prozess der TrennungSeltene Erden,aufgrund der extrem ähnlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften von 17 Elementen sowie der Fülle begleitender Verunreinigungen inSeltene ErdenDer Extraktionsprozess ist relativ komplex und wird häufig verwendet.
Es gibt drei Arten von Extraktionsverfahren: schrittweise Methode, Ionenaustausch und Lösungsmittelextraktion.
Schritt-für-Schritt-Methode
Die Methode der Trennung und Reinigung unter Ausnutzung der unterschiedlichen Löslichkeit von Verbindungen in Lösungsmitteln wird als schrittweise Methode bezeichnet. VonYttrium(Y) bisLutetium(Lu), eine einzige Trennung zwischen allen natürlich vorkommendenSeltene Erden, darunter das vom Ehepaar Curie entdeckte Radium,
Sie werden alle mit dieser Methode getrennt. Das Verfahren ist relativ komplex, und die Trennung aller Seltenerdelemente dauerte über 100 Jahre, wobei eine Trennung und ein wiederholter Vorgang 20.000 Mal durchgeführt wurden. Für Chemiearbeiter ist ihre Arbeit
Die Festigkeit ist relativ hoch und der Prozess relativ komplex. Daher ist es mit dieser Methode nicht möglich, eine einzelne Seltene Erde in großen Mengen herzustellen.
Ionenaustausch
Die Forschung an Seltenen Erden wurde durch die Unfähigkeit, ein einziges Element zu produzieren, behindert.Seltenerdelementin großen Mengen durch schrittweise Methoden. Um dieSeltene Erdenin Kernspaltungsprodukten enthalten und die Seltenerdelemente aus Uran und Thorium entfernen, wurde die Ionenaustauschchromatographie (Ionenaustauschchromatographie) erfolgreich untersucht, die dann zur Trennung vonSeltenerdelements. Der Vorteil des Ionenaustauschverfahrens besteht darin, dass mehrere Elemente in einem Arbeitsgang getrennt werden können. Zudem lassen sich hochreine Produkte gewinnen. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass kein kontinuierlicher Prozess möglich ist und lange Betriebszyklen sowie hohe Kosten für die Regeneration und den Austausch des Harzes anfallen. Daher wurde dieses einst wichtigste Verfahren zur Trennung großer Mengen Seltener Erden aus der gängigen Trennmethode ausgemustert und durch die Lösungsmittelextraktion ersetzt. Aufgrund der hervorragenden Eigenschaften der Ionenaustauschchromatographie bei der Gewinnung hochreiner einzelner Seltenerdprodukte ist es derzeit jedoch notwendig, zur Herstellung ultrahochreiner Einzelprodukte und zur Trennung einiger schwerer Seltenerdelemente auch die Ionenaustauschchromatographie zur Trennung und Herstellung von Seltenerdprodukten einzusetzen.
Lösungsmittelextraktion
Die Methode der Extraktion und Trennung von Substanzen aus nicht mischbaren wässrigen Lösungen mit organischen Lösungsmitteln wird als Flüssig-Flüssig-Extraktion organischer Lösungsmittel, kurz Lösungsmittelextraktion, bezeichnet. Es handelt sich um einen Stoffaustauschprozess, der Substanzen von einer flüssigen Phase in eine andere überführt. Die Lösungsmittelextraktion wurde bereits in der Petrochemie, der organischen Chemie, der pharmazeutischen Chemie und der analytischen Chemie eingesetzt. In den letzten vierzig Jahren hat die Lösungsmittelextraktion jedoch aufgrund der Entwicklung der Atomenergiewissenschaft und -technologie sowie des Bedarfs an der Produktion hochreiner Substanzen und seltener Elemente große Fortschritte in Branchen wie der Kernbrennstoffindustrie und der Seltenerdmetallurgie erzielt. China hat ein hohes Forschungsniveau in der Extraktionstheorie, der Synthese und Anwendung neuer Extraktionsmittel sowie im Extraktionsprozess zur Trennung von Seltenerdelementen erreicht. Im Vergleich zu Trennverfahren wie abgestufter Fällung, abgestufter Kristallisation und Ionenaustausch bietet die Lösungsmittelextraktion eine Reihe von Vorteilen wie gute Trennwirkung, hohe Produktionskapazität, einfache und kontinuierliche Produktion und einfache automatische Steuerung. Daher hat sie sich zunehmend zur wichtigsten Methode zur Trennung großer Mengen vonSeltene Erdens.
Reinigung seltener Erden
Produktionsrohstoffe
Seltene Erdenwerden im Allgemeinen in gemischte Seltenerdmetalle und einzelneSeltenerdmetalleDie Zusammensetzung der gemischtenSeltenerdmetalleähnelt der ursprünglichen Seltenerdzusammensetzung im Erz, und ein einzelnes Metall ist ein Metall, das von jeder Seltenen Erde getrennt und raffiniert wird. Es ist schwierig zu reduzierenSeltenerdoxids (außer Oxiden vonSamarium,Europium,, Thulium,Ytterbium) aufgrund ihrer hohen Bildungswärme und hohen Stabilität mit allgemeinen metallurgischen Methoden zu einem einzigen Metall verarbeitet werden. Daher sind die üblicherweise verwendeten Rohstoffe für die Herstellung vonSeltenerdmetalleHeutzutage sind es Chloride und Fluoride.
Schmelzsalzelektrolyse
Die Massenproduktion von gemischtenSeltenerdmetalleIn der Industrie wird im Allgemeinen die Schmelzsalzelektrolyse verwendet. Es gibt zwei Elektrolysemethoden: Chloridelektrolyse und Oxidelektrolyse. Die Herstellungsmethode eines einzelnenSeltenerdmetallevariiert je nach Element.Samarium,Europium,,Thulium,Ytterbiumeignen sich aufgrund ihres hohen Dampfdrucks nicht für die elektrolytische Herstellung und werden stattdessen durch Reduktionsdestillation hergestellt. Andere Elemente können durch Elektrolyse oder thermische Metallreduktion hergestellt werden.
Die Chloridelektrolyse ist die gängigste Methode zur Herstellung von Metallen, insbesondere von gemischten Seltenerdmetallen. Das Verfahren ist einfach, kostengünstig und erfordert nur minimale Investitionen. Der größte Nachteil ist jedoch die Freisetzung von Chlorgas, das die Umwelt belastet. Die Oxidelektrolyse setzt keine schädlichen Gase frei, die Kosten sind jedoch etwas höher. Im Allgemeinen sind hochpreisige EinzelelektrolyseSeltene Erdenwie zum BeispielNeodymUndPraseodymwerden mittels Oxidelektrolyse hergestellt.
Die Vakuum-Reduktionselektrolyse-Methode kann nur allgemeine Industriequalität herstellenSeltenerdmetalle. Zur VorbereitungSeltenerdmetalleBei geringen Verunreinigungen und hoher Reinheit wird im Allgemeinen die Vakuum-Wärmereduktionsmethode verwendet. Mit dieser Methode können alle einzelnen Seltenerdmetalle hergestellt werden, aberSamarium,Europium,,Thulium,Ytterbiumkann mit dieser Methode nicht hergestellt werden. Das Redoxpotential vonSamarium,Europium,,Thulium,Ytterbiumund Kalzium reduziert nur teilweiseSeltene ErdenFluorid. Im Allgemeinen basiert die Herstellung dieser Metalle auf den Prinzipien des hohen Dampfdrucks dieser Metalle und des niedrigen Dampfdrucks vonLanthanmetalls. Die Oxide dieser vierSeltene Erdensind gemischt mit Fragmenten vonLanthanmetalls und zu Blöcken gepresst und in einem Vakuumofen reduziert.Lanthanist aktiver, währendSamarium,Europium,,Thulium,Ytterbiumwerden zu Gold reduziert durchLanthanund wird durch Kondensation gesammelt, wodurch es sich leicht von der Schlacke trennen lässt.
Beitragszeit: 07.11.2023