Introduction à la technologie de l'industrie des terres rares
·Terres rares in'est pas un élément métallique, mais un terme collectif pour 15 éléments de terres rares etyttriumetscandium. Par conséquent, les 17 éléments de terres rares et leurs différents composés ont des utilisations diverses, allant des chlorures d'une pureté de 46 % aux oxydes de terres rares simples etmétaux des terres raresAvec une pureté de 99,9999 %. Avec l'ajout de composés et de mélanges apparentés, on obtient d'innombrables produits à base de terres rares. Ainsi,terres raresLa technologie est également diversifiée en fonction des différences entre ces 17 éléments. Cependant, étant donné que les terres rares peuvent être divisées en cérium etyttriumLes groupes basés sur les caractéristiques minérales, les procédés d'extraction, de fusion et de séparation des terres rares sont également relativement unifiés. En commençant par l'extraction initiale du minerai, les méthodes de séparation, de fusion, d'extraction et de purification des terres rares seront présentées une à une.
Traitement des minéraux des terres rares
·Le traitement des minéraux est un processus de traitement mécanique qui utilise les différences de propriétés physiques et chimiques entre les différents minéraux qui composent le minerai, utilise différentes méthodes, processus et équipements de valorisation pour enrichir les minéraux utiles dans le minerai, éliminer les impuretés nocives et les séparer des minéraux de gangue.
·Dans leterres raresminerais extraits dans le monde entier, le contenu deoxydes de terres raresne représente que quelques pour cent, et certains sont même inférieurs. Afin de répondre aux exigences de production de la fonderie,terres raresLes minéraux sont séparés des minéraux de gangue et des autres minéraux utiles par enrichissement avant fusion, afin d'augmenter la teneur en oxydes de terres rares et d'obtenir des concentrés de terres rares répondant aux exigences de la métallurgie des terres rares. L'enrichissement des minerais de terres rares adopte généralement la méthode de flottation, souvent complétée par de multiples combinaisons de séparation gravimétrique et magnétique pour former un flux de traitement.
Leterres raresLe gisement de la mine de Baiyunebo en Mongolie intérieure est un gisement de type roche carbonatée de dolomite de fer, principalement composé de minéraux de terres rares accompagnant le minerai de fer (en plus du minerai de cérium fluorocarboné et de la monazite, il existe également plusieursniobiumetterres raresminéraux).
Le minerai extrait contient environ 30 % de fer et environ 5 % d'oxydes de terres rares. Après concassage dans la mine, le minerai est transporté par train jusqu'à l'usine d'enrichissement de Baotou Iron and Steel Group Company. Cette usine a pour mission d'accroître la production.Fe2O3de 33% à plus de 55%, d'abord broyage et classement sur un broyeur à boulets conique, puis sélection d'un concentré de fer primaire de 62-65% Fe2O3 (oxyde de fer) à l'aide d'un séparateur magnétique cylindrique. Les résidus subissent ensuite une flottation et une séparation magnétique pour obtenir un concentré de fer secondaire contenant plus de 45 %.Fe2O3(oxyde de fer). Les terres rares sont enrichies en mousse de flottation, avec une teneur de 10 à 15 %. Le concentré peut être sélectionné à l'aide d'une table vibrante pour produire un concentré grossier d'une teneur en oxydes de fer rouge de 30 %. Après retraitement par un équipement de valorisation, on obtient un concentré de terres rares d'une teneur en oxydes de fer rouge supérieure à 60 %.
Méthode de décomposition du concentré de terres rares
·Terres raresLes éléments contenus dans les concentrés se présentent généralement sous forme de carbonates, de fluorures, de phosphates, d'oxydes ou de silicates insolubles. Les terres rares doivent être converties en composés solubles dans l'eau ou dans des acides inorganiques par diverses transformations chimiques, puis soumises à des procédés tels que la dissolution, la séparation, la purification, la concentration ou la calcination pour produire divers composés mixtes.terres raresDes composés tels que les chlorures mixtes de terres rares, qui peuvent être utilisés comme produits ou matières premières pour la séparation d'éléments de terres rares individuels. Ce procédé est appeléterres raresdécomposition du concentré, également appelée prétraitement.
·Il existe de nombreuses méthodes de décompositionterres raresLes concentrés se divisent généralement en trois catégories : la décomposition acide, la décomposition alcaline et la décomposition par chloration. La décomposition acide se subdivise en décomposition à l'acide chlorhydrique, à l'acide sulfurique et à l'acide fluorhydrique. La décomposition alcaline se subdivise en décomposition à l'hydroxyde de sodium, par fusion à l'hydroxyde de sodium ou par grillage à la soude. Le procédé de fabrication approprié est généralement choisi en fonction du type de concentré, des caractéristiques de la qualité, du plan de production, de la facilité de récupération et de valorisation des éléments non-terres rares, des avantages pour l'hygiène du travail et la protection de l'environnement, et de la rationalité économique.
Bien que près de 200 minéraux rares et dispersés aient été découverts, ils n'ont pas été enrichis en gisements indépendants par l'exploitation minière industrielle en raison de leur rareté. Jusqu'à présent, seuls des gisements rares et indépendants ont été découverts.germanium, sélénium, ettelluredes gisements ont été découverts, mais leur ampleur n’est pas très grande.
Fusion de terres rares
·Il existe deux méthodes pourterres raresfusion, hydrométallurgie et pyrométallurgie.
·L'ensemble du processus d'hydrométallurgie des terres rares et de métallurgie chimique des métaux se déroule principalement en solution et en solvant, comme la décomposition du concentré de terres rares, la séparation et l'extraction deoxydes de terres rares, composés et métaux des terres rares uniques, utilisant des procédés de séparation chimique tels que la précipitation, la cristallisation, l'oxydoréduction, l'extraction par solvant et l'échange d'ions. La méthode la plus couramment utilisée est l'extraction par solvant organique, un procédé universel pour la séparation industrielle des terres rares uniques de haute pureté. Le procédé d'hydrométallurgie est complexe et la pureté du produit est élevée. Cette méthode a de nombreuses applications dans la production de produits finis.
Le procédé pyrométallurgique est simple et présente une productivité élevée.Terres raresla pyrométallurgie comprend principalement la production dealliages de terres rarespar la méthode de réduction silicothermique, la production de métaux ou d'alliages de terres rares par la méthode d'électrolyse des sels fondus et la production dealliages de terres rarespar la méthode de réduction thermique du métal, etc.
La caractéristique commune de la pyrométallurgie est la production dans des conditions de température élevée.
Processus de production de terres rares
·Terres rarescarbonate etchlorure de terre raresont les deux principaux produits primaires dans leterres raresIndustrie. D'une manière générale, il existe actuellement deux principaux procédés de fabrication de ces deux produits : le grillage à l'acide sulfurique concentré et le procédé à la soude caustique.
·En plus d’être présent dans divers minéraux de terres rares, une partie importante deéléments des terres raresDans la nature, ils coexistent avec l'apatite et les minéraux phosphatés. Les réserves mondiales totales de minerai de phosphate s'élèvent à environ 100 milliards de tonnes, avec une teneur moyenneterres raresteneur de 0,5 ‰. On estime que la quantité totale deterres raresLa production mondiale de minerai de phosphate s'élève à 50 millions de tonnes. Compte tenu des caractéristiques de faibleterres raresTeneur en phosphore et statut d'occurrence spéciale dans les mines, divers procédés de récupération ont été étudiés aux niveaux national et international. Ces procédés peuvent être classés en méthodes humides et thermiques. Dans les méthodes humides, on distingue les méthodes à l'acide nitrique, à l'acide chlorhydrique et à l'acide sulfurique, selon les différents acides de décomposition. Il existe différentes méthodes de récupération des terres rares issues des procédés chimiques du phosphore, toutes étroitement liées aux méthodes de traitement du minerai de phosphate. Lors du procédé thermique,terres raresle taux de récupération peut atteindre 60%.
Avec l'utilisation continue des ressources en phosphate naturel et l'évolution vers le développement de phosphate naturel de faible qualité, le procédé à l'acide sulfurique par voie humide est devenu la méthode courante dans l'industrie chimique du phosphate, et la récupération deéléments des terres raresL'acide phosphorique par voie humide est devenu un pôle de recherche majeur. Dans le procédé de production d'acide sulfurique par voie humide, le contrôle de l'enrichissement en terres rares dans l'acide phosphorique, suivi de l'extraction par solvant organique, présente davantage d'avantages que les méthodes précédemment développées.
Procédé d'extraction des terres rares
Solubilité de l'acide sulfurique
Cériumgroupe (insoluble dans les sels complexes de sulfate) –lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, et le prométhium ;
Terbiumgroupe (légèrement soluble dans les sels complexes de sulfate) -samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, etholmium;
Yttriumgroupe (soluble dans les sels complexes de sulfate) –yttrium, erbium, thulium, ytterbium,lutécium, etscandium.
Séparation par extraction
Lumièreterres rares(P204 extraction à faible acidité) –lanthane,cérium, praséodyme,néodyme, et le prométhium ;
Terres rares moyennes (extraction à faible acidité P204)-samarium,europium,gadolinium,terbium,dysprosium;
Lourdterres rareséléments(extraction d'acidité dans P204) -holmium,
Introduction au processus d'extraction
En cours de séparationéléments des terres rares,en raison des propriétés physiques et chimiques extrêmement similaires de 17 éléments, ainsi que de l'abondance des impuretés qui les accompagnentéléments des terres rares, le processus d'extraction est relativement complexe et couramment utilisé.
Il existe trois types de processus d’extraction : la méthode étape par étape, l’échange d’ions et l’extraction par solvant.
Méthode étape par étape
La méthode de séparation et de purification utilisant la différence de solubilité des composés dans les solvants est appelée méthode étape par étape.yttrium(Y) àlutécium(Lu), une séparation unique entre tous les éléments naturelséléments des terres rares, dont le radium découvert par le couple Curie,
Ils sont tous séparés selon cette méthode. Le mode opératoire est relativement complexe, et la séparation unique de tous les éléments des terres rares a pris plus de 100 ans, avec une séparation et des opérations répétées jusqu'à 20 000 fois. Pour les chimistes, leur travail
La résistance est relativement élevée et le procédé relativement complexe. Par conséquent, cette méthode ne permet pas de produire une seule terre rare en grande quantité.
Échange d'ions
Les travaux de recherche sur les éléments des terres rares ont été entravés par l’incapacité à produire un seul élément.élément de terre rareen grandes quantités grâce à des méthodes étape par étape. Afin d'analyseréléments des terres rarescontenus dans les produits de fission nucléaire et éliminer les éléments des terres rares de l'uranium et du thorium, la chromatographie d'échange d'ions (chromatographie d'échange d'ions) a été étudiée avec succès, qui a ensuite été utilisée pour la séparation deélément de terre rares. L'avantage de la méthode d'échange d'ions réside dans la possibilité de séparer plusieurs éléments en une seule opération et d'obtenir des produits de haute pureté. Cependant, son inconvénient réside dans son impossibilité de traitement continu, son cycle de fonctionnement étant long et les coûts élevés de régénération et d'échange de résine. Par conséquent, cette méthode, autrefois principale pour séparer de grandes quantités de terres rares, a été abandonnée au profit de l'extraction par solvant. Cependant, compte tenu des excellentes caractéristiques de la chromatographie par échange d'ions pour l'obtention de produits de terres rares uniques de haute pureté, la chromatographie par échange d'ions est aujourd'hui nécessaire pour produire des produits uniques de très haute pureté et séparer certains éléments de terres rares lourds.
Extraction par solvant
La méthode utilisant des solvants organiques pour extraire et séparer la substance extraite d'une solution aqueuse non miscible est appelée extraction liquide-liquide par solvant organique, abrégée en extraction par solvant. Il s'agit d'un procédé de transfert de masse qui transfère des substances d'une phase liquide à une autre. L'extraction par solvant a été appliquée antérieurement en pétrochimie, chimie organique, chimie pharmaceutique et chimie analytique. Cependant, au cours des quarante dernières années, grâce au développement des sciences et technologies de l'énergie atomique, ainsi qu'au besoin de production de substances ultrapures et d'éléments rares, l'extraction par solvant a connu d'importants progrès dans des secteurs tels que l'industrie du combustible nucléaire et la métallurgie rare. La Chine a atteint un niveau de recherche élevé en théorie de l'extraction, en synthèse et application de nouveaux agents d'extraction, et en procédé d'extraction pour la séparation des terres rares. Comparée aux méthodes de séparation telles que la précipitation graduée, la cristallisation graduée et l'échange d'ions, l'extraction par solvant présente de nombreux avantages, tels qu'un bon effet de séparation, une grande capacité de production, la commodité d'une production rapide et continue, et une automatisation aisée. De ce fait, elle est progressivement devenue la principale méthode de séparation de grandes quantités deterres raress.
Purification des terres rares
Matières premières de production
métaux des terres raressont généralement divisés en métaux des terres rares mixtes et en métaux simplesmétaux des terres rares. La composition du mélangemétaux des terres raresest similaire à la composition originale des terres rares du minerai, et un métal unique est un métal séparé et raffiné de chaque terre rare. Il est difficile de le réduire.oxyde de terre rares (à l'exception des oxydes desamarium,europium,, thulium,ytterbium) en un seul métal par des méthodes métallurgiques générales, en raison de leur chaleur de formation élevée et de leur grande stabilité. Par conséquent, les matières premières couramment utilisées pour la production demétaux des terres raresde nos jours, ce sont leurs chlorures et leurs fluorures.
Électrolyse des sels fondus
La production de masse de produits mixtesmétaux des terres raresDans l'industrie, on utilise généralement la méthode d'électrolyse des sels fondus. Il existe deux méthodes d'électrolyse : l'électrolyse des chlorures et l'électrolyse des oxydes. La méthode de préparation d'un seulmétaux des terres raresvarie en fonction de l'élément.samarium,europium,,thulium,ytterbiumIls ne se prêtent pas à la préparation électrolytique en raison de leur pression de vapeur élevée ; ils sont donc préparés par distillation réductrice. D'autres éléments peuvent être préparés par électrolyse ou par réduction thermique des métaux.
L'électrolyse au chlorure est la méthode la plus courante pour produire des métaux, notamment des métaux de terres rares mixtes. Ce procédé est simple, économique et nécessite un investissement minimal. Cependant, son principal inconvénient est le dégagement de chlore gazeux, polluant pour l'environnement. L'électrolyse à l'oxyde ne dégage pas de gaz nocifs, mais son coût est légèrement plus élevé. En général, les électrolyses simples sont coûteuses.terres rarestel quenéodymeetpraséodymesont produits par électrolyse d'oxyde.
La méthode d'électrolyse par réduction sous vide ne peut préparer que des produits de qualité industrielle générale.métaux des terres rares. Pour préparermétaux des terres raresAvec une faible teneur en impuretés et une grande pureté, la méthode de réduction thermique sous vide est généralement utilisée. Cette méthode permet de produire tous les métaux des terres rares, maissamarium,europium,,thulium,ytterbiumne peut être produit par cette méthode. Le potentiel redox desamarium,europium,,thulium,ytterbiumet le calcium ne réduit que partiellementterres raresfluorure. Généralement, la préparation de ces métaux repose sur les principes de pression de vapeur élevée de ces métaux et de faible pression de vapeur demétal lanthanes. Les oxydes de ces quatreterres raressont mélangés à des fragments demétal lanthanes et comprimé en blocs, puis réduit dans un four à vide.Lanthaneest plus actif, tandis quesamarium,europium,,thulium,ytterbiumsont réduits en or parlanthaneet collecté lors de la condensation, ce qui facilite sa séparation des scories.
Date de publication : 07/11/2023