Introduction à la technologie de l'industrie des terres rares
·Terre rare jen'est pas un élément métallique, mais un terme collectif désignant 15 éléments de terres rares etyttriumetscandium.Par conséquent, les 17 éléments des terres rares et leurs divers composés ont diverses utilisations, 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, il existe d’innombrables produits de terres rares.Donc,terres raresla technologie est également diversifiée en fonction des différences de ces 17 éléments.Cependant, étant donné que les éléments des terres rares peuvent être divisés en cérium etyttriumgroupes basés sur les caractéristiques minérales, 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 procédés de fusion, les méthodes d'extraction et les procédés de purification des terres rares seront introduits un par un.
Traitement minéral 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 d'enrichissement pour enrichir les minéraux utiles dans le minerai, éliminer les impuretés nocives et les séparer. à partir des minéraux de la gangue.
·Dans leterres raresminerais extraits 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 fonderie,terres raresles minéraux sont séparés des minéraux de gangue et d'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 pouvant répondre aux exigences de la métallurgie des terres rares.L'enrichissement des minerais de terres rares adopte généralement une méthode de flottation, souvent complétée par de multiples combinaisons de séparation gravitationnelle et magnétique pour former un flux de processus d'enrichissement.
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 fluorocarbone, de cérium et de monazite, il existe également plusieursniobiumetterres raresminéraux).
Le minerai extrait contient environ 30 % de fer et environ 5 % d'oxydes de terres rares. Après avoir broyé le gros minerai dans la mine, il est transporté par train jusqu'à l'usine d'enrichissement de Baotou Iron and Steel Group Company.La tâche de l'usine d'enrichissement est d'augmenterFe2O3de 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 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, d'une teneur de 10 à 15 %.Le concentré peut être sélectionné à l'aide d'une table à secousses pour produire un concentré grossier avec une teneur en REO de 30 %.Après avoir été retraité par un équipement d'enrichissement, un concentré de terres rares avec une teneur en REO supérieure à 60 % peut être obtenu.
Méthode de décomposition du concentré de terres rares
·Terres raresles éléments contenus dans les concentrés existent généralement sous forme de carbonates, fluorures, phosphates, oxydes ou silicates insolubles.Les éléments des terres rares doivent être convertis en composés solubles dans l'eau ou dans 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 mélanges.terres raresdes composés tels que les chlorures mixtes de terres rares, qui peuvent être utilisés comme produits ou matières premières pour séparer des éléments de terres rares uniques.Ce processus est appeléterres raresdécomposition du concentré, également appelée prétraitement.
·Il existe de nombreuses méthodes pour décomposerterres raresconcentrés, qui peuvent être généralement divisés en trois catégories : méthode acide, méthode alcaline et décomposition par chloration.La décomposition acide peut être divisée en décomposition de l’acide chlorhydrique, décomposition de l’acide sulfurique et décomposition de l’acide fluorhydrique.La décomposition des alcalis peut être divisée en méthodes de décomposition de l'hydroxyde de sodium, de fusion de l'hydroxyde de sodium ou de torréfaction de la soude.Le flux de processus approprié est généralement sélectionné sur la base des principes du type de concentré, des caractéristiques de qualité, du plan de produit, de la commodité pour la récupération et de l'utilisation complète des éléments autres que les terres rares, des avantages pour l'hygiène du travail et la protection de l'environnement, ainsi que de la rationalité économique.
· Bien que près de 200 éléments minéraux rares et dispersés aient été découverts, ils n'ont pas été enrichis en gisements indépendants avec une exploitation minière industrielle en raison de leur rareté.Jusqu'à présent, seuls de rares indépendantsgermanium, sélénium, ettelluredes gisements ont été découverts, mais l'ampleur des gisements n'est pas très grande.
Fusion de terres rares
·Il existe deux méthodes pourterres raresfonderie, 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 desoxydes de terres rares, composés et métaux des terres rares uniques, qui utilisent des processus de séparation chimique tels que la précipitation, la cristallisation, l'oxydo-réduction, l'extraction par solvant et l'échange d'ions.La méthode la plus couramment utilisée est l’extraction par solvant organique, qui est un processus universel pour la séparation industrielle d’éléments de terres rares uniques de haute pureté.Le processus d'hydrométallurgie est complexe et la pureté du produit est élevée.Cette méthode a un large éventail d'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 méthode de réduction silicothermique, la production de métaux ou d'alliages de terres rares par méthode d'électrolyse de sels fondus et la production dealliages de terres rarespar méthode de réduction thermique des métaux, etc.
La caractéristique commune de la pyrométallurgie est la production dans des conditions de haute température.
Processus de production de terres rares
·Terres rarescarbonate etchlorure de terre raresont les deux principaux produits primaires duterres raresindustrie.De manière générale, il existe actuellement deux procédés principaux pour fabriquer ces deux produits.Un processus est le processus de torréfaction à l'acide sulfurique concentré, et l'autre processus est appelé processus à la soude caustique, en abrégé procédé à la soude caustique.
·En plus d'être présent dans divers minéraux de terres rares, une partie importante deéléments de terres raresdans la nature coexistent avec les minéraux d’apatite et de phosphate.Les réserves mondiales de minerai de phosphate s'élèvent à environ 100 milliards de tonnes, avec une moyenneterres raresteneur de 0,5 ‰.On estime que le montant total deterres raresassociée au minerai de phosphate dans le monde est de 50 millions de tonnes.En réponse aux caractéristiques du faibleterres rarescontenu et le statut d'occurrence spéciale dans les mines, divers processus de récupération ont été étudiés tant au niveau national qu'international, qui peuvent être divisés en méthodes humides et thermiques.Dans les méthodes humides, elles peuvent être divisées en méthode à l’acide nitrique, méthode à l’acide chlorhydrique et méthode à l’acide sulfurique en fonction des différents acides de décomposition.Il existe différentes manières de récupérer les terres rares à partir des procédés chimiques du phosphore, toutes étroitement liées aux méthodes de traitement du minerai de phosphate.Au cours du processus de production thermique, leterres raresle taux de récupération peut atteindre 60 %.
Avec l'utilisation continue des ressources en phosphate naturel et la transition vers le développement de phosphate naturel de faible qualité, le procédé à l'acide phosphorique par voie humide à l'acide sulfurique est devenu la méthode dominante dans l'industrie chimique du phosphate, et la récupération duéléments de terres raresdans le procédé humide de l'acide sulfurique, l'acide phosphorique est devenu un point chaud de la recherche.Dans le processus de production d'acide phosphorique par voie humide à l'acide sulfurique, le processus de contrôle de l'enrichissement des terres rares en acide phosphorique, puis l'utilisation d'une extraction par solvant organique pour extraire les terres rares présente plus d'avantages que les premières méthodes développées.
Processus d'extraction des terres rares
Solubilité de l'acide sulfurique
Cériumgroupe (insoluble dans les sels complexes de sulfate) –lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, et 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,lutétium, etscandium.
Séparation par extraction
Lumièreterres rares(P204 extraction à faible acidité) –lanthane,cérium, praséodyme,néodyme, et prométhium ;
Terre rare moyenne (extraction à faible acidité P204) -samarium,europium,gadolinium,terbium,dysprosium;
Lourdterres rareséléments(extraction acide en P204) -holmium,
Introduction au processus d'extraction
En train de se sépareréléments de terres rares,en raison des propriétés physiques et chimiques extrêmement similaires de 17 éléments, ainsi que de l'abondance d'impuretés qui les accompagnentéléments 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 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.Depuisyttrium(Y) àlutétium(Lu), une séparation unique entre tous les éléments naturelséléments de terres rares, dont le radium découvert par le couple Curie,
Ils sont tous séparés selon cette méthode.Le mode opératoire de cette méthode est relativement complexe et la séparation unique de tous les éléments des terres rares a pris plus de 100 ans, avec une séparation et une opération répétée atteignant 20 000 fois.Pour les travailleurs de la chimie, leur travail
La résistance 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'ion
Les travaux de recherche sur les éléments des terres rares ont été entravés par l'incapacité de produire un seulélément de terre rareen grande quantité grâce à des méthodes étape par étape.Afin d'analyser leéléments de terres rarescontenus dans les produits de fission nucléaire et éliminer les éléments des terres rares de l'uranium et du thorium, la chromatographie échangeuse d'ions (chromatographie échangeuse d'ions) a été étudiée avec succès, qui a ensuite été utilisée pour la séparation desélément 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 cycle de fonctionnement long et des 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 retirée de la méthode de séparation traditionnelle et remplacée par la méthode d’extraction par solvant.Cependant, en raison des caractéristiques exceptionnelles de la chromatographie par échange d'ions pour l'obtention de produits de terres rares uniques de haute pureté, actuellement, afin de produire des produits uniques de très haute pureté et de séparer certains éléments de terres rares lourds, il est également nécessaire d'utiliser la chromatographie d'échange d'ions. séparer et produire un produit de terres rares.
Extraction par solvant
La méthode d'utilisation de solvants organiques pour extraire et séparer la substance extraite d'une solution aqueuse non miscible est appelée extraction liquide-liquide par solvant organique, en abrégé extraction par solvant.Il s'agit d'un processus de transfert de masse qui transfère des substances d'une phase liquide à une autre.La méthode d’extraction par solvant a déjà été appliquée en pétrochimie, en chimie organique, en chimie pharmaceutique et en 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 de la nécessité de produire des substances ultrapures et des éléments rares, l'extraction par solvant 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 agents d'extraction, ainsi que le processus d'extraction pour la séparation des éléments des terres rares.Par rapport aux méthodes de séparation telles que la précipitation graduelle, la cristallisation graduelle et l'échange d'ions, l'extraction par solvant présente une série d'avantages tels qu'un bon effet de séparation, une grande capacité de production, la commodité d'une production rapide et continue et un contrôle automatique facile à réaliser.C’est pourquoi 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 de terres rares mixtes et en métaux simplesmétaux des terres rares.La composition du mixtemétaux des terres raresest similaire à la composition originale des terres rares dans le minerai, et un seul métal est un métal séparé et raffiné de chaque terre rare.Il est difficile de réduireoxyde de terre rares (à l'exception des oxydes desamarium,europium,, thulium,ytterbium) en un seul métal en utilisant 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 raresce sont aujourd'hui leurs chlorures et leurs fluorures.
Électrolyse au sel fondu
La production de masse de mélangemétaux des terres raresdans l'industrie, on utilise généralement la méthode d'électrolyse aux 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,ytterbiumne conviennent pas à la préparation électrolytique en raison de leur pression de vapeur élevée et sont plutôt préparés en utilisant la méthode de distillation par réduction.D'autres éléments peuvent être préparés par électrolyse ou par méthode de réduction thermique des métaux.
L'électrolyse des chlorures est la méthode la plus courante pour produire des métaux, en particulier pour les mélanges de métaux des terres rares.Le processus est simple, rentable et nécessite un investissement minimal.Cependant, le plus gros inconvénient est le dégagement de chlore gazeux, qui pollue l’environnement.L'électrolyse des oxydes ne dégage pas de gaz nocifs, mais son coût est légèrement plus élevé.Généralement, les singles à prix élevéterres rarestel quenéodymeetpraséodymesont produits par électrolyse des oxydes.
La méthode d'électrolyse par réduction sous vide ne peut préparer que des produits de qualité industrielle généralemétaux des terres rares.Préparermétaux des terres raresavec de faibles impuretés et une pureté élevée, la méthode de réduction thermique sous vide est généralement utilisée.Cette méthode peut produire tous les métaux des terres rares, maissamarium,europium,,thulium,ytterbiumne peut pas 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 est basée sur les principes de pression de vapeur élevée de ces métaux et de faible pression de vapeur demétal de lanthanes.Les oxydes de ces quatreterres raressont mélangés à des fragments demétal de lanthanes et compressé en blocs, et réduit dans un four sous vide.Lanthaneest plus actif, tandis quesamarium,europium,,thulium,ytterbiumsont réduits en or parlanthaneet collecté par condensation, ce qui facilite sa séparation des scories.
Heure de publication : 07 novembre 2023