Introduction à la technologie de l'industrie des terres rares
·Terre rare 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 avec une pureté de 46% à des oxydes de terre rare et à des seuls terres etmétaux de terres raresavec une pureté de 99,9999%. Avec l'ajout de composés et de mélanges connexes, il existe d'innombrables produits de terres rares. Donc,terres raresLa technologie est également diverse en fonction des différences de ces 17 éléments. Cependant, en raison du fait que les éléments de terres rares peuvent être divisés en cérium etyttriumLes groupes basés sur les caractéristiques minéraux, les processus d'extraction, de fusion et de séparation des minéraux de terres rares sont également relativement unifiés. À partir de l'extraction initiale du minerai, les méthodes de séparation, les processus de fusion, les méthodes d'extraction et les processus de purification des terres rares seront introduites une par une.
Traitement minéral des terres rares
· Le traitement minéral est un processus de traitement mécanique qui utilise les différences de propriétés physiques et chimiques entre divers minéraux qui composent le minerai, utilise différentes méthodes de bénéfice, processus et équipements pour enrichir les minéraux utiles dans le minerai, supprimer les impuretés nocives et les séparer des minéraux de gangue.
·Dans leterres raresminerais extrait dans le monde entier, le contenu deOxydes de terres raresn'est que de quelques pour cent, et certains encore plus bas. Afin de répondre aux exigences de production de la fusion,terres raresLes minéraux sont séparés des minéraux de gangue et d'autres minéraux utiles par bénéficiation avant la fusion, afin d'augmenter la teneur en oxydes de terres rares et d'obtenir des concentrés de terres rares qui peuvent répondre aux exigences de la métallurgie des terres rares. La bénéfice des minerais de terres rares adopte généralement la méthode de flottation, souvent complétée par de multiples combinaisons de gravité et de séparation magnétique pour former un flux de processus de bénéfice.
Leterres raresLe dépôt dans la mine Baiyunebo dans la Mongolie intérieure est un type de rocher carbonate de dolomite de fer, principalement composé de minéraux de terres rares dans le minerai de fer (en plus du minerai de cérium fluorocarbone et de la monazite, il y en a également plusieursniobiumetterres raresminéraux).
Le minerai extrait contient environ 30% de fer et environ 5% d'oxydes de terres rares. Après avoir écrasé le grand minerai dans la mine, il est transporté par train vers l'usine de bienfaisance de Baotou Iron and Steel Group Company. La tâche de l'usine de bienfaisance est d'augmenterFE2O3De 33% à plus de 55%, le broyage et le classement d'abord sur un broyeur conique, puis la sélection d'un concentré de fer primaire de 62 à 65% Fe2O3 (oxyde de fer) en utilisant un séparateur magnétique cylindrique. Les résidus continuent de subir 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 note de 10 à 15%. Le concentré peut être sélectionné à l'aide d'une table de secoue pour produire un concentré grossier avec une teneur en REO de 30%. Après avoir été retraité par un équipement de bénéfice, un concentré de terres rares avec une teneur en REO de plus de 60% peut être obtenu.
Méthode de décomposition du concentré de terres rares
·Terres raresLes éléments des concentrés existent généralement sous la forme de carbonates insolubles, de fluorures, de phosphates, d'oxydes ou de silicates. Les éléments de terres rares doivent être convertis en composés solubles dans l'eau ou les acides inorganiques par divers changements chimiques, puis subir des processus tels que la dissolution, la séparation, la purification, la concentration ou la calcination pour produire divers mixtesterres raresDes composés tels que des chlorures de terres rares mixtes, qui peuvent être utilisées comme produits ou matières premières pour séparer les éléments de terres rares uniques. Ce processus est appeléterres raresDécomposition du concentré, également connue sous le nom de prétraitement.
· Il existe de nombreuses méthodes pour décomposerterres raresConcentré, qui peut être généralement divisé en trois catégories: méthode acide, méthode alcaline et décomposition de chloration. La décomposition acide peut être divisée en décomposition en acide chlorhydrique, décomposition de l'acide sulfurique et décomposition de l'acide hydrofluorique. La décomposition des alcalins peut être divisée en décomposition d'hydroxyde de sodium, une fusion d'hydroxyde de sodium ou des méthodes de torréfaction de soude. Le flux de processus approprié est généralement sélectionné en fonction des principes du type de concentré, des caractéristiques de grade, du plan de produit, de la commodité de la récupération et de l'utilisation complète des éléments de terres non rares, des avantages pour l'hygiène du travail et la protection de l'environnement et la rationalité économique.
· Bien que près de 200 minéraux d'éléments rares et dispersés aient été découverts, ils n'ont pas été enrichis en dépôts indépendants avec l'exploitation industrielle en raison de leur rareté. Jusqu'à présent, seulement rare indépendantgermanium, sélénium, ettellureDes dépôts ont été découverts, mais l'échelle des dépôts n'est pas très grande.
Fusion des terres rares
· Il existe deux méthodes pourterres raresfusion, hydrométallurgie et pyrométallurgie.
· L'ensemble du processus de l'hydrométallurgie des terres rares et de la métallurgie chimique métallique est 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 de terres rares uniques, qui utilisent des processus de séparation chimique tels que les précipitations, la cristallisation, la réduction de l'oxydation, l'extraction du solvant et l'échange d'ions. La méthode la plus couramment utilisée est l'extraction organique du solvant, qui est un processus universel pour la séparation industrielle des éléments de terres rares à haute pureté. Le processus d'hydrométallurgie est complexe et la pureté du produit est élevée. Cette méthode a une large gamme d'applications dans la production de produits finis.
Le processus pyrométallurgique est simple et a une productivité élevée.Terres raresLa pyrométallurgie comprend principalement la production dealliages de terres rarespar méthode de réduction silicothermique, la production de métaux ou d'alliages de terres rares par la méthode d'électrolyse de sel en fusion et la production dealliages de terres rarespar méthode de réduction thermique métallique, 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 principaux duterres raresindustrie. D'une manière générale, il existe actuellement deux processus principaux pour produire ces deux produits. Un processus est le processus de torréfaction d'acide sulfurique concentré, et l'autre processus est appelé procédé de soda caustique, abrégé comme le processus de soda caustique.
· En plus d'être présent dans divers minéraux de terres rares, une partie importante deÉléments de terres raresDans la nature, coexistez avec les minéraux de roche d'apatite et de phosphate. Les réserves totales du minerai mondial de phosphate sont d'environ 100 milliards de tonnes, avec une moyenneterres raresContenu de 0,5 ‰. On estime que le montant total deterres raresAssocié au minerai de phosphate dans le monde est de 50 millions de tonnes. En réponse aux caractéristiques de faibleterres raresContenu et statut d'occurrence spéciale Dans les mines, divers processus de récupération ont été étudiés à la fois au niveau national et international, qui peuvent être divisés en méthodes humides et thermiques. Dans les méthodes humides, ils peuvent être divisés en méthode d'acide nitrique, méthode d'acide chlorhydrique et méthode d'acide sulfurique selon les différents acides de décomposition. Il existe différentes façons de récupérer les terres rares des processus chimiques du phosphore, qui sont tous étroitement liés aux méthodes de traitement du minerai de phosphate. Pendant le processus de production thermique, leterres raresLe taux de récupération peut atteindre 60%.
Avec l'utilisation continue des ressources de roches phosphates et le changement vers le développement de la roche phosphate de basse qualité, le processus d'acide humide de l'acide sulfurique est devenu la méthode grand public dans l'industrie chimique du phosphate et la récupération de la récupération deÉléments de terres raresDans l'acide sulfurique, le processus humide de l'acide phosphorique est devenu un hotspot de recherche. Dans le processus de production du processus humide d'acide sulfurique, l'acide phosphorique, le processus de contrôle de l'enrichissement des terres rares dans l'acide phosphorique, puis l'utilisation d'extraction organique de solvant pour extraire des terres rares présente plus d'avantages que les méthodes développées précoces.
Processus d'extraction des terres rares
Solubilité d'acide sulfurique
Cériumgroupe (insoluble dans les sels complexes sulfate) -lanthane, cérium, praseodymium, néodymeet promehium;
Terbiumgroupe (légèrement soluble dans les sels complexes sulfate) -samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, etholmium;
Yttriumgroupe (soluble dans les sels complexes sulfate) -yttrium, erbium, thulium, ytterbium,lutétium, etscandium.
Séparation d'extraction
Lumièreterres rares(Extraction à faible acidité p204) -lanthane,cérium, praseodymium,néodymeet promehium;
Terre médiane rare (extraction à faible acidité p204) -samarium,europium,gadolinium,terbium,dysprosium;
Lourdterres rareséléments(extraction d'acidité en p204) -holmium,
Introduction au processus d'extraction
Dans le processus de séparationÉléments de terres rares,en raison des propriétés physiques et chimiques extrêmement similaires de 17 éléments, ainsi que de l'abondance d'impuretés d'accompagnement dansÉléments de 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 du 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. Depuisyttrium(Y) àlutétium(LU), une seule séparation entre tous les événements naturelsÉléments de terres rares, y compris le radium découvert par le couple Curie,
Ils sont tous séparés en utilisant cette méthode. La procédure de fonctionnement de cette méthode est relativement complexe, et la séparation unique de tous les éléments de terres rares a pris plus de 100 ans, avec une séparation et une opération répétée atteignant 20000 fois. Pour les travailleurs chimiques, leur travail
La force est relativement élevée et le processus est relativement complexe. Par conséquent, l'utilisation de cette méthode ne peut pas produire une seule terre rare en grande quantité.
Échange d'ions
Les travaux de recherche sur des éléments de terres rares ont été entravés par l'incapacité de produire un seulélément de terre rareen grande quantité par des méthodes étape par étape. Afin d'analyser leÉléments de terres rarescontenu dans des produits de fission nucléaire et éliminer les éléments de terre rare 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 est que plusieurs éléments peuvent être séparés en une seule opération. Et il peut également obtenir des produits de haute pureté. Cependant, l'inconvénient est qu'il ne peut pas être traité en continu, avec un long cycle d'exploitation et des coûts élevés pour la régénération et l'échange de la résine. Par conséquent, une fois que la méthode principale pour séparer de grandes quantités de terres rares a été retirée de la méthode de séparation traditionnelle et remplacée par la méthode d'extraction du solvant. Cependant, en raison des caractéristiques exceptionnelles de la chromatographie d'échange d'ions dans l'obtention de produits de terres rares à haute pureté, afin de produire des produits uniques à ultra-hauteur de pureté et de séparer certains éléments de terres rares lourdes, il est également nécessaire d'utiliser une chromatographie d'échange d'ions pour séparer et produire un produit de terres rares.
Extraction de solvant
La méthode d'utilisation de solvants organiques pour extraire et séparer la substance extraite d'une solution aqueuse non miscible est appelée extraction organique liquide-liquide, abrégé sous forme d'extraction de solvant. Il s'agit d'un processus de transfert de masse qui transfère les substances d'une phase liquide à une autre. La méthode d'extraction des solvants a été appliquée plus tôt dans la chimie pétrochimique, organique, la chimie pharmaceutique et la chimie analytique. Cependant, au cours des quarante dernières années, en raison du développement de la science et de la technologie de l'énergie atomique, ainsi que la nécessité de la production de substances ultrapure et d'éléments rares, l'extraction des solvants a fait de grands progrès dans des industries telles que l'industrie du combustible nucléaire et la métallurgie rare. La Chine a atteint un niveau élevé de recherche dans la théorie de l'extraction, la synthèse et l'application de nouveaux extractants, et le processus d'extraction pour la séparation des éléments de terre rares. Par rapport aux méthodes de séparation telles que les précipitations graduées, la cristallisation graduée et l'échange d'ions, l'extraction des solvants présente une série d'avantages tels qu'un bon effet de séparation, une grande capacité de production, une commodité pour une production rapide et continue et un contrôle automatique facile à obtenir. Par conséquent, il est progressivement devenu la principale méthode pour séparer de grandes quantités deterres raress.
Purification des terres rares
Production de matières premières
Métaux de terres raressont généralement divisés en métaux mixtes de terres rares et célibatairesmétaux de terres rares. La composition de mixtemétaux de terres raresest similaire à la composition d'origine des terres rares dans le minerai, et un seul métal est un métal séparé et affiné de chaque terre rare. Il est difficile de réduireoxyde de terre rares (sauf pour les oxydes desamarium,europium,, thulium,ytterbium) en un seul métal utilisant des méthodes métallurgiques générales, en raison de leur chaleur élevée de formation et de leur stabilité élevée. Par conséquent, les matières premières couramment utilisées pour la production demétaux de terres raresDe nos jours, sont leurs chlorures et fluorures.
Electrolyse de sel en fusion
La production de masse de mixtemétaux de terres raresdans l'industrie utilise généralement la méthode d'électrolyse en fusion en fusion. Il existe deux méthodes d'électrolyse: l'électrolyse du chlorure et l'électrolyse d'oxyde. La méthode de préparation d'un seulmétaux de terres raresvarie en fonction de l'élément.samarium,europium,,thulium,ytterbiumne conviennent pas à la préparation électrolytique en raison de leur pression de vapeur élevée, et sont plutôt préparés à l'aide de la méthode de distillation de réduction. D'autres éléments peuvent être préparés par électrolyse ou méthode de réduction thermique métallique.
L'électrolyse du chlorure est la méthode la plus courante pour produire des métaux, en particulier pour les métaux mixtes de terres rares. Le processus est simple, rentable et nécessite un investissement minimal. Cependant, le plus gros inconvénient est la libération de chlore gazeux, qui pollue l'environnement. L'électrolyse de l'oxyde ne libère pas de gaz nocifs, mais le coût est légèrement plus élevé. Généralement, à un prix élevéterres rarestel quenéodymeetpraseodymiumsont produits en utilisant l'électrolyse d'oxyde.
La méthode de l'électrolyse de réduction du vide ne peut préparer que la qualité industrielle généralemétaux de terres rares. Pour préparermétaux de terres raresAvec des impuretés faibles et une pureté élevée, la méthode de réduction thermique sous vide est généralement utilisée. Cette méthode peut produire tous les métaux de terres rares simples, maissamarium,europium,,thulium,ytterbiumne peut pas être produit en utilisant cette méthode. Le potentiel redox desamarium,europium,,thulium,ytterbiumet le calcium ne réduit que partiellementterres raresfluorure. Généralement, la préparation de ces métaux est basée sur les principes de la pression de vapeur élevée de ces métaux et de la faible pression de vapeur delanthane en métals. Les oxydes de ces quatreterres raressont mélangés avec des fragments delanthane en métalS et comprimé en blocs, et réduit dans un four à vide.Lanthaneest plus actif, tandis quesamarium,europium,,thulium,ytterbiumsont réduits à l'or parlanthaneet collecté sur la condensation, ce qui facilite la séparation des scories.
Temps de poste: novembre-07-2023