Einführung in die Technologie der Seltenerdindustrie
·Seltene Erden iist kein metallisches Element, sondern ein Sammelbegriff für 15 Seltenerdelemente undYttriumUndScandium.Daher haben die 17 Seltenerdelemente und ihre verschiedenen Verbindungen unterschiedliche Verwendungsmöglichkeiten, die von Chloriden mit einer Reinheit von 46 % bis hin zu einzelnen Seltenerdoxiden reichenSeltenerdmetallemit einer Reinheit von 99,9999 %.Durch die Zugabe verwandter Verbindungen und Mischungen entstehen unzählige Seltenerdprodukte.Also,Seltene ErdenAuch die Technologie ist aufgrund der Unterschiede dieser 17 Elemente vielfältig.Aufgrund der Tatsache, dass Seltenerdelemente jedoch in Cer und unterteilt werden könnenYttriumAufgrund der Mineraleigenschaften sind die Abbau-, Verhüttungs- und Trennprozesse von Seltenerdmineralien ebenfalls relativ einheitlich.Ausgehend vom anfänglichen Erzabbau werden nach und nach die Trennmethoden, Schmelzprozesse, Extraktionsmethoden und Reinigungsprozesse seltener Erden eingeführt.
Mineralische Verarbeitung seltener Erden
·Mineralaufbereitung ist ein mechanischer Verarbeitungsprozess, der die Unterschiede in den physikalischen und chemischen Eigenschaften verschiedener Mineralien, aus denen das Erz besteht, nutzt und unterschiedliche Aufbereitungsmethoden, Prozesse und Geräte nutzt, um nützliche Mineralien im Erz anzureichern, schädliche Verunreinigungen zu entfernen und sie abzutrennen aus Gangmineralien.
·ImSeltene ErdenWeltweit geförderte Erze, deren InhaltSeltenerdoxidebeträgt nur wenige Prozent, einige sogar noch weniger.Um den Produktionsanforderungen des Schmelzens gerecht zu werden,Seltene ErdenMineralien werden vor dem Schmelzen durch Aufbereitung von Gangmineralien und anderen nützlichen Mineralien getrennt, um den Gehalt an Seltenerdoxiden zu erhöhen und Seltenerdkonzentrate zu erhalten, die den Anforderungen der Seltenerdmetallurgie gerecht werden.Bei der Aufbereitung von Seltenerdmetallen kommt im Allgemeinen die Flotationsmethode zum Einsatz, die oft durch mehrere Kombinationen aus Schwerkraft und magnetischer Trennung ergänzt wird, um einen Aufbereitungsprozessablauf zu bilden.
DerSeltene ErdenDie Lagerstätte in der Baiyunebo-Mine in der Inneren Mongolei ist eine Karbonatgesteinslagerstätte aus Eisendolomit, die hauptsächlich aus begleitenden Seltenerdmineralien im Eisenerz besteht (neben Fluorkohlenwasserstoff-Cererz und Monazit gibt es auch mehrere).NiobUndSeltene ErdenMineralien).
Das geförderte Erz enthält etwa 30 % Eisen und etwa 5 % Seltenerdoxide. Nach der Zerkleinerung des großen Erzes in der Mine wird es per Zug zur Aufbereitungsanlage der Baotou Iron and Steel Group Company transportiert.Die Aufgabe der Aufbereitungsanlage ist die SteigerungFe2O3von 33 % auf über 55 %, zunächst Mahlen und Sortieren auf einer konischen Kugelmühle und anschließend Auswahl eines primären Eisenkonzentrats mit 62–65 % Fe2O3 (Eisenoxid) unter Verwendung eines zylindrischen Magnetabscheiders.Die Rückstände werden weiterhin einer Flotation und magnetischen Trennung unterzogen, um ein sekundäres Eisenkonzentrat mit einem Gehalt von mehr als 45 % zu erhalten.Fe2O3(Eisenoxid).Seltene Erden werden in Flotationsschaum mit einem Gehalt von 10-15 % angereichert.Über einen Rütteltisch kann das Konzentrat so selektiert werden, dass ein grobes Konzentrat mit einem REO-Gehalt von 30 % entsteht.Nach der Wiederaufbereitung durch Aufbereitungsanlagen kann ein Seltenerdkonzentrat mit einem REO-Gehalt von über 60 % gewonnen werden.
Zersetzungsverfahren für Seltenerdkonzentrat
·Seltene ErdenElemente in Konzentraten liegen im Allgemeinen in Form von unlöslichen Carbonaten, Fluoriden, Phosphaten, Oxiden oder Silikaten vor.Seltenerdelemente müssen durch verschiedene chemische Veränderungen in in Wasser oder anorganischen Säuren lösliche Verbindungen umgewandelt werden und dann Prozesse wie Auflösung, Trennung, Reinigung, Konzentration oder Kalzinierung durchlaufen, um verschiedene Gemische zu erzeugenSeltene ErdenVerbindungen wie gemischte Seltenerdchloride, die als Produkte oder Rohstoffe zur Trennung einzelner Seltenerdelemente verwendet werden können.Dieser Vorgang wird aufgerufenSeltene ErdenKonzentratzersetzung, auch Vorbehandlung genannt.
·Es gibt viele Methoden zum ZerlegenSeltene ErdenKonzentrate, die im Allgemeinen in drei Kategorien unterteilt werden können: Säuremethode, Alkalimethode und Chlorierungszersetzung.Die Säurezersetzung kann weiter in die Zersetzung von Salzsäure, Schwefelsäure und Flusssäure unterteilt werden.Die Alkalizersetzung kann weiter in die Methoden der Natriumhydroxidzersetzung, des Natriumhydroxidschmelzens oder des Sodaröstens unterteilt werden.Der geeignete Prozessablauf wird im Allgemeinen auf der Grundlage der Grundsätze Konzentrattyp, Sorteneigenschaften, Produktplan, Zweckmäßigkeit für die Rückgewinnung und umfassende Nutzung von Nicht-Seltenerdelementen, Nutzen für Arbeitshygiene und Umweltschutz sowie wirtschaftliche Rationalität ausgewählt.
·Obwohl fast 200 seltene und verstreute Elementmineralien entdeckt wurden, wurden sie aufgrund ihrer Seltenheit nicht durch industriellen Bergbau zu unabhängigen Lagerstätten angereichert.Bisher nur selten unabhängigGermanium, Selen, UndTellurEs wurden Vorkommen entdeckt, deren Ausmaß jedoch nicht sehr groß ist.
Verhüttung seltener Erden
·Es gibt zwei Methoden fürSeltene ErdenSchmelzen, Hydrometallurgie und Pyrometallurgie.
·Der gesamte Prozess der Hydrometallurgie seltener Erden und der metallchemischen Metallurgie erfolgt größtenteils in Lösung und Lösungsmittel, wie z. B. die Zersetzung von Seltenerdkonzentrat, die Trennung und ExtraktionSeltenerdoxide, Verbindungen und einzelne Seltenerdmetalle, die chemische Trennverfahren wie Fällung, Kristallisation, Oxidations-Reduktion, Lösungsmittelextraktion und Ionenaustausch nutzen.Die am häufigsten verwendete Methode ist die Extraktion mit organischen Lösungsmitteln, ein universelles Verfahren zur industriellen Trennung hochreiner einzelner Seltenerdelemente.Der Hydrometallurgieprozess ist komplex und die Produktreinheit hoch.Dieses Verfahren hat 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 Reduktionsmethode, die Herstellung von Seltenerdmetallen oder -legierungen durch die Elektrolysemethode mit geschmolzenem Salz und die Herstellung vonSeltenerdlegierungendurch thermische Metallreduktionsmethode usw.
Das gemeinsame Merkmal der Pyrometallurgie ist die Produktion unter Hochtemperaturbedingungen.
Verfahren zur Herstellung seltener Erden
·Seltene ErdenCarbonat undSeltenerdchloridsind die beiden wichtigsten Hauptprodukte in derSeltene ErdenIndustrie.Generell gibt es derzeit zwei Hauptprozesse zur Herstellung dieser beiden Produkte.Ein Prozess ist der Röstprozess mit konzentrierter Schwefelsäure, und der andere Prozess wird als Natronlauge-Prozess bezeichnet, abgekürzt als Natronlauge-Prozess.
·Abgesehen davon, dass es in verschiedenen Seltenerdmineralien vorhanden ist, ist ein erheblicher Teil vonseltene Erdvorkommenkommen in der Natur neben den Gesteinsmineralien Apatit und Phosphat vor.Die Gesamtreserven an weltweitem Phosphaterz betragen im Durchschnitt etwa 100 Milliarden TonnenSeltene ErdenGehalt von 0,5 ‰.Es wird geschätzt, dass die Gesamtmenge vonSeltene ErdenDie mit Phosphaterz in der Welt verbundene Menge beträgt 50 Millionen Tonnen.Als Reaktion auf die Eigenschaften von niedrigSeltene ErdenAufgrund des Gehalts und des besonderen Vorkommensstatus in Bergwerken wurden im In- und Ausland verschiedene Rückgewinnungsverfahren untersucht, die sich in nasse und thermische Verfahren unterteilen lassen.Bei Nassverfahren können sie je nach den verschiedenen Zersetzungssäuren in Salpetersäureverfahren, Salzsäureverfahren und Schwefelsäureverfahren unterteilt werden.Es gibt verschiedene Möglichkeiten, seltene Erden aus phosphorchemischen Prozessen zurückzugewinnen, die alle eng mit den Verarbeitungsmethoden von Phosphaterz verbunden sind.Während des thermischen Produktionsprozesses wird dieSeltene ErdenDie Wiederherstellungsrate kann 60 % erreichen.
Mit der kontinuierlichen Nutzung von Phosphatgesteinsressourcen und der Verlagerung hin zur Entwicklung von minderwertigem Phosphatgestein hat sich das Schwefelsäure-Nassprozess-Phosphorsäureverfahren zur Hauptmethode in der chemischen Phosphatindustrie und deren Rückgewinnung entwickeltseltene ErdvorkommenIm Schwefelsäure-Nassverfahren ist Phosphorsäure zu einem Forschungsschwerpunkt geworden.Im Produktionsprozess von Schwefelsäure-Nass-Phosphorsäure hat der Prozess der Kontrolle der Anreicherung seltener Erden in Phosphorsäure und die anschließende Extraktion organischer Lösungsmittel zur Gewinnung seltener Erden mehr Vorteile als früh entwickelte Methoden.
Verfahren zur Gewinnung seltener Erden
Löslichkeit von Schwefelsäure
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 Extraktion mit schwacher Säure) –Lanthan,Cer, Praseodym,Neodymund Promethium;
Mittlere Seltenerdmetalle (P204-Extraktion mit niedrigem Säuregehalt) –Samarium,Europium,Gadolinium,Terbium,Dysprosium;
SchwerSeltene ErdenElemente(Säureextraktion in P204) -Holmium,
Einführung in den Extraktionsprozess
Im Prozess der Trennungseltene Erdvorkommen,aufgrund der äußerst ähnlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften von 17 Elementen sowie der Fülle an damit verbundenen Verunreinigungenseltene ErdvorkommenDer Extraktionsprozess ist relativ komplex und wird häufig verwendet.
Es gibt drei Arten von Extraktionsverfahren: Schritt-für-Schritt-Methode, Ionenaustausch und Lösungsmittelextraktion.
Schritt-für-Schritt-Methode
Die Methode der Trennung und Reinigung, die sich die unterschiedliche Löslichkeit von Verbindungen in Lösungsmitteln zunutze macht, wird als Schritt-für-Schritt-Methode bezeichnet.AusYttrium(Y) zuLutetium(Lu), eine einzige Trennung zwischen allen natürlich vorkommendenseltene Erdvorkommen, einschließlich Radium, das vom Ehepaar Curie entdeckt wurde,
Sie werden alle mit dieser Methode getrennt.Der Betriebsablauf dieser Methode ist relativ komplex und die einmalige Trennung aller Seltenerdelemente dauerte über 100 Jahre, wobei eine Trennung und ein wiederholter Vorgang 20.000 Mal erreichten.Für Chemiearbeiter ihre Arbeit
Die Festigkeit ist relativ hoch und das Verfahren relativ aufwendig.Daher kann mit dieser Methode kein einziges Seltenes Erden in großen Mengen produziert werden.
Ionenaustausch
Die Forschungsarbeiten zu Seltenerdelementen wurden durch die Unfähigkeit, ein einziges zu produzieren, behindertSeltenerdelementin großen Mengen durch schrittweise Methoden.Um die zu analysierenseltene ErdvorkommenIn Kernspaltungsprodukten enthaltene und die Seltenerdelemente aus Uran und Thorium entfernende Ionenaustauschchromatographie (Ionenaustauschchromatographie) wurde erfolgreich untersucht, die dann zur Trennung von verwendet wurdeSeltenerdelementS.Der Vorteil der Ionenaustauschmethode besteht darin, dass mehrere Elemente in einem Arbeitsgang getrennt werden können.Und es können auch hochreine Produkte erhalten werden.Der Nachteil besteht jedoch darin, dass es nicht kontinuierlich verarbeitet werden kann, was einen langen Betriebszyklus und hohe Kosten für die Harzregeneration und den Harzaustausch mit sich bringt.Daher wurde diese einstmals wichtigste Methode zur Trennung großer Mengen seltener Erden aus der Haupttrennmethode ausgeschieden und durch die Lösungsmittelextraktion ersetzt.Aufgrund der herausragenden Eigenschaften der Ionenaustauschchromatographie bei der Gewinnung hochreiner Einzelprodukte der seltenen Erden ist derzeit jedoch zur Herstellung ultrahochreiner Einzelprodukte und zur Abtrennung einiger schwerer Seltenerdelemente auch die Verwendung der Ionenaustauschchromatographie erforderlich um ein Seltenerdprodukt abzutrennen und herzustellen.
Lösungsmittelextraktion
Die Methode der Verwendung organischer Lösungsmittel zum Extrahieren und Trennen der extrahierten Substanz aus einer nicht mischbaren wässrigen Lösung wird als Flüssig-Flüssig-Extraktion mit organischen Lösungsmitteln bezeichnet, abgekürzt als Lösungsmittelextraktion.Es handelt sich um einen Stoffaustauschprozess, bei dem Stoffe von einer flüssigen Phase in eine andere übertragen werden.Die Lösungsmittelextraktionsmethode wurde bereits früher in der Petrochemie, der organischen Chemie, der pharmazeutischen Chemie und der analytischen Chemie angewendet.Allerdings hat die Lösungsmittelextraktion in den letzten vierzig Jahren aufgrund der Entwicklung der Atomenergiewissenschaft und -technologie sowie der Notwendigkeit der Produktion hochreiner Substanzen und seltener Elemente große Fortschritte in Branchen wie der Kernbrennstoffindustrie und der seltenen Metallurgie gemacht .China hat ein hohes Forschungsniveau in der Extraktionstheorie, der Synthese und Anwendung neuer Extraktionsmittel sowie dem Extraktionsverfahren zur Trennung seltener Erdelemente erreicht.Im Vergleich zu Trennmethoden wie abgestufter Fällung, abgestufter Kristallisation und Ionenaustausch bietet die Lösungsmittelextraktion eine Reihe von Vorteilen wie gute Trennwirkung, große Produktionskapazität, Bequemlichkeit für eine schnelle und kontinuierliche Produktion und einfach zu erreichende automatische Steuerung.Daher hat es sich nach und nach zur Hauptmethode zur Trennung großer Mengen entwickeltSeltene Erdens.
Reinigung seltener Erden
Produktionsrohstoffe
Seltenerdmetallewerden im Allgemeinen in gemischte Seltenerdmetalle und einzelne unterteiltSeltenerdmetalle.Die Zusammensetzung ist gemischtSeltenerdmetalleähnelt der ursprünglichen Seltenerdzusammensetzung im Erz, und ein einzelnes Metall ist ein Metall, das von jedem Seltenerdmetall getrennt und raffiniert wird.Es ist schwer zu reduzierenSeltenerdoxids (ausgenommen Oxide vonSamarium,Europium,, Thulium,Ytterbium) aufgrund ihrer hohen Bildungswärme und hohen Stabilität mit allgemeinen metallurgischen Methoden zu einem einzigen Metall umgewandelt werden.Daher sind die üblicherweise verwendeten Rohstoffe für die Herstellung vonSeltenerdmetalleheutzutage sind es ihre Chloride und Fluoride.
Elektrolyse von geschmolzenem Salz
Die Massenproduktion von GemischtenSeltenerdmetalleIn der Industrie wird im Allgemeinen die Elektrolysemethode mit geschmolzenem Salz verwendet.Es gibt zwei Methoden der Elektrolyse: Chloridelektrolyse und Oxidelektrolyse.Die Zubereitungsmethode eines SinglesSeltenerdmetallevariiert je nach Element.Samarium,Europium,,Thulium,Ytterbiumsind aufgrund ihres hohen Dampfdrucks nicht für die elektrolytische Herstellung geeignet und werden stattdessen im Reduktionsdestillationsverfahren hergestellt.Andere Elemente können durch Elektrolyse oder thermische Metallreduktion hergestellt werden.
Die Chloridelektrolyse ist die gebräuchlichste Methode zur Herstellung von Metallen, insbesondere für gemischte Seltenerdmetalle.Der Prozess ist einfach, kostengünstig und erfordert nur minimale Investitionen.Der größte Nachteil ist jedoch die Freisetzung von Chlorgas, das die Umwelt belastet.Bei der Oxidelektrolyse werden keine schädlichen Gase freigesetzt, die Kosten sind jedoch etwas höher.Generell hochpreisiges Einzelzimmerseltene Erdenwie zum BeispielNeodymUndPraseodymwerden mittels Oxidelektrolyse hergestellt.
Mit der Vakuumreduktionselektrolysemethode können nur allgemeine Industriequalitäten hergestellt werdenSeltenerdmetalle.VorbereitenSeltenerdmetalleBei geringen Verunreinigungen und hoher Reinheit wird im Allgemeinen die Vakuum-Thermo-Reduktionsmethode verwendet.Mit dieser Methode können jedoch alle einzelnen Seltenerdmetalle hergestellt werdenSamarium,Europium,,Thulium,Ytterbiumkönnen mit dieser Methode nicht hergestellt werden.Das Redoxpotential vonSamarium,Europium,,Thulium,Ytterbiumund Kalzium reduziert sich nur teilweiseSeltene ErdenFluorid.Im Allgemeinen basiert die Herstellung dieser Metalle auf den Prinzipien eines hohen Dampfdrucks dieser Metalle und eines niedrigen Dampfdrucks vonLanthanmetallS.Die Oxide dieser vierseltene Erdenwerden mit Fragmenten von vermischtLanthanmetalls und zu Blöcken komprimiert und in einem Vakuumofen reduziert.Lanthanist aktiver, währendSamarium,Europium,,Thulium,Ytterbiumwerden zu Gold reduziert durchLanthanund durch Kondensation gesammelt, wodurch es leicht von der Schlacke getrennt werden kann.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 07.11.2023