مقدمة لتكنولوجيا صناعة الأرض النادرة
·أرض نادرة أناليس عنصرًا معدنيًا ، ولكن مصطلح جماعي لـ 15 عنصرًا أرضيًا نادرًا وyttriumوScandium. لذلك ، فإن العناصر الأرضية الـ 17 النادرة ومركباتها المختلفة لها استخدامات مختلفة ، تتراوح من الكلوريد مع نقاء 46 ٪ إلى أكاسيد أرضية نادرة والمعادن الأرض النادرةمع نقاء 99.9999 ٪. مع إضافة المركبات والمخاليط ذات الصلة ، هناك عدد لا يحصى من المنتجات الأرضية النادرة. لذا،أرض نادرةالتكنولوجيا متنوعة أيضًا على أساس اختلافات هذه العناصر الـ 17. ومع ذلك ، بسبب حقيقة أنه يمكن تقسيم عناصر الأرض النادرة إلى سيريوم وyttriumالمجموعات القائمة على الخصائص المعدنية والتعدين والصهر والفصل للمعادن الأرضية النادرة هي أيضا موحدة نسبيا. بدءًا من تعدين الخام الأولي ، سيتم تقديم طرق الفصل ، وعمليات الصهر ، وطرق الاستخراج ، وعمليات التنقية للأرض النادرة واحدة تلو الأخرى.
المعالجة المعدنية للأرض النادرة
· المعالجة المعدنية هي عملية معالجة ميكانيكية تستخدم الاختلافات في الخواص الفيزيائية والكيميائية بين المعادن المختلفة التي تشكل خامًا ، وتستخدم طرقًا مختلفة للاستفادة والعمليات والمعدات لإثراء المعادن المفيدة في الخام ، وإزالة الشوائب الضارة ، وفصلها عن المعادن.
· فيأرض نادرةخامات ملغمة في جميع أنحاء العالم ، محتوىأكاسيد الأرض النادرةليس سوى بضعة في المئة ، وبعضها أقل. من أجل تلبية متطلبات إنتاج الصهر ،أرض نادرةيتم فصل المعادن عن المعادن الجانبية والمعادن المفيدة الأخرى من خلال الاستفادة من الصهر ، من أجل زيادة محتوى أكاسيد الأرض النادرة والحصول على مركبات أرضية نادرة يمكنها تلبية متطلبات المعادن الأرضية النادرة. يعتمد الاستفادة من الخامات الأرضية النادرة عمومًا طريقة التعويم ، وغالبًا ما تستكملها مجموعات متعددة من الجاذبية والفصل المغناطيسي لتشكيل تدفق عملية الاستفادة.
الأرض نادرةإيداع في منجم Baiyunebo في منغوليا الداخلية هو ودائع من نوع صخور كربونات من الدولوميت الحديد ، ويتألف بشكل أساسي من معادن الأرض النادرة في خام الحديد (بالإضافة إلى خام السيريوم الفلوريوكربون والمونازيت ، هناك أيضًا عدةنيوبيوموأرض نادرةالمعادن).
يحتوي الخام المستخرج على حوالي 30 ٪ من الحديد وحوالي 5 ٪ من أكاسيد الأرض النادرة. بعد سحق الخام الكبير في المنجم ، يتم نقله بالقطار إلى مصنع الاستفادة من شركة Baotou Iron and Steel Group Company. مهمة مصنع الاستفادة هي الزيادةFE2O3من 33 ٪ إلى أكثر من 55 ٪ ، أول طحن وتصنيف على مطحنة كرة مخروطية ، ثم اختيار تركيز حديد أساسي من 62-65 ٪ FE2O3 (أكسيد الحديد) باستخدام فاصل مغناطيسي أسطواني. تستمر المخلفات في الخضوع للطفو والفصل المغناطيسي للحصول على تركيز حديد ثانوي يحتوي على أكثر من 45 ٪FE2O3(أكسيد الحديد). يتم إثراء الأرض النادرة في رغوة التعويم ، مع درجة 10-15 ٪. يمكن اختيار التركيز باستخدام جدول هزات لإنتاج تركيز خشن مع محتوى REO بنسبة 30 ٪. بعد إعادة معالجتها بواسطة معدات الاستفادة ، يمكن الحصول على تركيز أرضي نادر مع محتوى REO الذي يزيد عن 60 ٪.
طريقة التحلل لتركيز الأرض النادرة
·أرض نادرةتوجد عناصر في المركزات عمومًا في شكل كربونات غير قابلة للذوبان أو فلوريدات أو فوسفات أو أكاسيد أو سيليكات. يجب تحويل عناصر أرضية نادرة إلى مركبات قابلة للذوبان في الماء أو الأحماض غير العضوية من خلال تغييرات كيميائية مختلفة ، ثم تخضع لعمليات مثل الذوبان أو الانفصال أو التنقية أو التركيز أو التكلس لإنتاج مختلف المختلطأرض نادرةمركبات مثل كلوريد الأرض النادرة المختلطة ، والتي يمكن استخدامها كمنتجات أو مواد خام لفصل عناصر أرضية نادرة واحدة. هذه العملية تسمىأرض نادرةالتركيز التحلل ، والمعروف أيضا باسم ما قبل العلاج.
· هناك العديد من الطرق للتحللأرض نادرةالمركزات ، والتي يمكن تقسيمها عمومًا إلى ثلاث فئات: طريقة الحمض ، وطريقة القلويات ، وتحلل الكلور. يمكن تقسيم تحلل الحمض إلى تحلل حمض الهيدروكلوريك ، وتحلل حمض الكبريتيك ، وتحلل حمض الهيدروفلوريك. يمكن تقسيم التحلل القلوي إلى تحلل هيدروكسيد الصوديوم ، أو ذوبان هيدروكسيد الصوديوم ، أو طرق تحميص الصودا. يتم اختيار تدفق العملية المناسب بشكل عام استنادًا إلى مبادئ نوع التركيز ، وخصائص الدرجة ، وخطة المنتج ، والراحة لاسترداد العناصر الأرضية غير النادرة والاستفادة منها ، والاستفادة من نظافة العمالة وحماية البيئة ، والعقلانية الاقتصادية.
· على الرغم من اكتشاف ما يقرب من 200 معادن نادرة ومشتتة ، إلا أنها لم يتم تخصيبها في رواسب مستقلة مع التعدين الصناعي بسبب ندرتها. حتى الآن ، فقط مستقل نادرالجرمانيوم, السيلينيوم، وتيلوريومتم اكتشاف الودائع ، لكن حجم الودائع ليس كبيرًا جدًا.
صهر الأرض النادرة
· هناك طريقتان لأرض نادرةالصهر ، الهيدروميتولورجيا و pyrometallurgy.
· إن العملية الكاملة للهيدرومترات الهيدرومادية النادرة والمعادن الكيميائية المعدنية هي في الغالب في المحلول والمذيبات ، مثل تحلل تركيز الأرض النادر وفصل واستخراجأكاسيد الأرض النادرة، والمركبات ، والمعادن الأرضية النادرة ، والتي تستخدم عمليات الفصل الكيميائي مثل هطول الأمطار ، والتبلور ، وخفض الأكسدة ، واستخراج المذيبات ، وتبادل الأيونات. الطريقة الأكثر استخدامًا هي استخراج المذيبات العضوية ، والتي تعد عملية عالمية للفصل الصناعي للعناصر الأرضية المنفردة ذات النقاء العالي. عملية Hydrometallurgy معقدة ونقاء المنتج مرتفع. تحتوي هذه الطريقة على مجموعة واسعة من التطبيقات في إنتاج المنتجات النهائية.
عملية pyrometallurgical بسيطة ولها إنتاجية عالية.أرض نادرةيشمل Pyrometallurgy بشكل رئيسي إنتاجسبائك الأرض النادرةعن طريق طريقة الحد من السيليكات ، وإنتاج المعادن الأرضية النادرة أو السبائك بواسطة طريقة التحليل الكهربائي الملح المنصهر ، وإنتاج إنتاجسبائك الأرض النادرةبواسطة طريقة الحد من المعادن الحرارية وما إلى ذلك.
السمة الشائعة ل pyrometallurgy هي الإنتاج في ظل ظروف درجة الحرارة المرتفعة.
عملية إنتاج الأرض النادرة
·أرض نادرةكربونات وكلوريد الأرض النادرهما المنتجان الرئيسيان الرئيسيان فيأرض نادرةصناعة. بشكل عام ، يوجد حاليًا عمليتان رئيسيتان لإنتاج هذين المنتجين. إحدى العمليات هي عملية تحميص حمض الكبريتيك المركزة ، وتسمى العملية الأخرى عملية الصودا الكاوية ، التي تم اختصارها كعملية الصودا الكاوية.
· بالإضافة إلى وجودها في مختلف المعادن الأرضية ، جزء كبير منعناصر أرضية نادرةفي الطبيعة تتعايش مع المعادن الصخرية الأباتيت والفوسفات. إجمالي احتياطيات خام الفوسفات العالمي حوالي 100 مليار طن ، بمتوسطأرض نادرةمحتوى 0.5 ‰. تشير التقديرات إلى أن المبلغ الإجمالي لـأرض نادرةيرتبط بخام الفوسفات في العالم 50 مليون طن. استجابة لخصائص منخفضةأرض نادرةالمحتوى وحالة الحدوث الخاصة في المناجم ، تمت دراسة عمليات الاسترداد المختلفة على الصعيدين المحلي والدولي ، والتي يمكن تقسيمها إلى طرق رطبة وحرارية. في الطرق الرطبة ، يمكن تقسيمها إلى طريقة حمض النيتريك ، وطريقة حمض الهيدروكلوريك ، وطريقة حمض الكبريتيك وفقًا لأحماض التحلل المختلفة. هناك طرق مختلفة لاستعادة الأرض النادرة من العمليات الكيميائية الفسفور ، وكلها مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بطرق معالجة خام الفوسفات. خلال عملية الإنتاج الحراري ،أرض نادرةيمكن أن يصل معدل الاسترداد إلى 60 ٪.
مع الاستخدام المستمر لموارد صخور الفوسفات والتحول نحو تطوير صخور الفوسفات منخفضة الجودة ، أصبحت عملية حمض الفوسفوريك في حمض الكبريتيك هي الطريقة السائدة في الصناعة الكيميائية الفوسفاتية ، واستعادة منعناصر أرضية نادرةفي عملية حمض الكبريتيك ، أصبح حمض الفوسفوريك نقطة ساخنة بحثية. في عملية إنتاج حمض الفوسفوريك في عملية إنتاج حمض الكبريتيك ، فإن عملية التحكم في إثراء الأرض النادرة في حمض الفوسفوريك ثم استخدام استخراج المذيبات العضوية لاستخراج الأرض النادرة لها مزايا أكثر من الأساليب المبكرة.
عملية استخراج الأرض النادرة
قابلية ذوبان حمض الكبريتيك
السيريوممجموعة (غير قابلة للذوبان في أملاح الكبريتات المعقدة) -لانثانوم, سيريوم ، praseodymium, النيوديميومو Promethium.
تيربيوممجموعة (قابلة للذوبان قليلاً في أملاح الكبريتات المعقدة) -الساماريوم, يوروبيوم, الجادولينيوم, تيربيوم, dysprosium، وهولميوم;
yttriumمجموعة (قابلة للذوبان في أملاح الكبريتات المعقدة) -yttrium, erbium ، ثوليوم, ytterbium,اللوتيتيوم، وScandium.
فصل الاستخراج
ضوءأرض نادرة(P204 استخراج الحموضة الضعيف) -لانثانوموسيريوم ، praseodymiumوالنيوديميومو Promethium.
الأرض النادرة الأوسط (P204 استخراج الحموضة المنخفضة)-الساماريومويوروبيوموالجادولينيوموتيربيوموdysprosium;
مقدمة لعملية الاستخراج
في عملية الانفصالعناصر أرضية نادرة ،نظرًا للخصائص الفيزيائية والكيميائية المتشابهة للغاية لـ 17 عنصرًا ، وكذلك وفرة الشوائب المصاحبة فيعناصر أرضية نادرة، عملية الاستخراج معقدة نسبيا وتستخدم بشكل شائع.
هناك ثلاثة أنواع من عمليات الاستخراج: طريقة خطوة بخطوة ، تبادل أيون ، واستخراج المذيبات.
طريقة خطوة بخطوة
تسمى طريقة الفصل والتنقية باستخدام الفرق في قابلية ذوبان المركبات في المذيبات طريقة خطوة بخطوة. منyttrium(ذ) لاللوتيتيوم(لو) ، فصل واحد بين كل ما يحدث بشكل طبيعيعناصر أرضية نادرة، بما في ذلك الراديوم الذي اكتشفه الزوجان كوري ،
يتم فصلها جميعًا باستخدام هذه الطريقة. إجراء تشغيل هذه الطريقة معقد نسبيًا ، واستغرق الفصل الفردي لجميع العناصر الأرضية النادرة أكثر من 100 عام ، مع فصل واحد وعملية متكررة تصل إلى 20000 مرة. للعمال الكيميائيين ، عملهم
القوة عالية نسبيا والعملية معقدة نسبيا. لذلك ، لا يمكن أن ينتج عن استخدام هذه الطريقة أرضًا نادرة واحدة بكميات كبيرة.
أيون تبادل
تم إعاقة العمل البحثي على العناصر الأرضية النادرة بسبب عدم القدرة على إنتاج واحدعنصر أرض نادربكميات كبيرة من خلال طرق خطوة بخطوة. من أجل تحليلعناصر أرضية نادرةواردة في منتجات الانشطار النووي وإزالة العناصر الأرضية النادرة من اليورانيوم والثوريوم ، تمت دراسة كروماتوجرافيا التبادل الأيوني (كروماتوجرافيا أيون) بنجاح ، والتي تم استخدامها بعد ذلك لفصلعنصر أرض نادرق. ميزة طريقة تبادل الأيونات هي أنه يمكن فصل عناصر متعددة في عملية واحدة. ويمكن أيضا الحصول على منتجات عالية النقاء. ومع ذلك ، فإن العيب هو أنه لا يمكن معالجته بشكل مستمر ، مع دورة تشغيل طويلة وتكاليف عالية لتجديد الراتنج والتبادل. لذلك ، تم تقاعد هذه الطريقة الرئيسية لفصل كميات كبيرة من الأرض النادرة عن طريقة الفصل السائد واستبدالها بطريقة استخراج المذيبات. ومع ذلك ، نظرًا للخصائص المتميزة لكروماتوجرافيا التبادل الأيوني في الحصول على منتجات أرضية نادرة منفردة عالية ، من أجل إنتاج منتجات واحدة من النقاء الفائقة وفصل بعض العناصر الأرضية النادرة الثقيلة ، من الضروري أيضًا استخدام كروماتوجرافيا التبادل الأيوني لفصل منتج أرضي نادر وإنتاج منتج نادر.
استخراج المذيب
تسمى طريقة استخدام المذيبات العضوية لاستخراج وفصل المادة المستخرجة عن محلول مائي غير قابل للاستخراج السائل المذيبات العضوية ، المختصرة كاستخراج المذيبات. إنها عملية نقل الكتلة تنقل المواد من مرحلة سائلة إلى أخرى. تم تطبيق طريقة استخراج المذيبات في وقت سابق في البتروكيماويات والكيمياء العضوية والكيمياء الصيدلانية والكيمياء التحليلية. ومع ذلك ، في السنوات الأربعين الماضية ، نظرًا لتطوير علوم وتكنولوجيا الطاقة الذرية ، وكذلك الحاجة إلى إنتاج المواد الفائقة والعناصر النادرة ، أحرز استخراج المذيبات تقدمًا كبيرًا في الصناعات مثل صناعة الوقود النووي والمعادن النادرة. حققت الصين مستوى عالٍ من البحث في نظرية الاستخراج ، وتوليف وتطبيق المستخلصين الجدد ، وعملية الاستخراج لفصل العناصر الأرضية النادرة. بالمقارنة مع طرق الفصل مثل هطول الأمطار المتدرج ، والبلورة المتدرجة ، وتبادل الأيونات ، فإن استخراج المذيبات له سلسلة من المزايا مثل تأثير الفصل الجيد ، والقدرة الإنتاجية الكبيرة ، والراحة للإنتاج السريع والمستمر ، وسهولة تحقيق التحكم التلقائي. لذلك ، أصبح تدريجيا الطريقة الرئيسية لفصل كميات كبيرة منأرض نادرةs.
تنقية الأرض النادرة
إنتاج المواد الخام
المعادن الأرض النادرةيتم تقسيمها عمومًا إلى معادن أرضية نادرة ومفردةالمعادن الأرض النادرة. تكوين مختلطالمعادن الأرض النادرةيشبه تكوين الأرض النادر الأصلي في الخام ، والمعدن واحد هو معدن منفصل ومثابرة عن كل أرض نادرة. من الصعب تقليلأكسيد الأرض النادرS (باستثناء أكاسيدالساماريومويوروبيوم,, ثوليوموytterbium) في معدن واحد باستخدام أساليب معدنية عامة ، بسبب ارتفاع حرارة التكوين والاستقرار العالي. لذلك ، المواد الخام شائعة الاستخدام لإنتاجالمعادن الأرض النادرةفي الوقت الحاضر هي كلوريدهم والفلوريدات.
حلول الملح المنصهر
الإنتاج الضخم للمختلطالمعادن الأرض النادرةفي الصناعة تستخدم عمومًا طريقة التحليل الكهربائي للملح المنصهر. هناك طريقتان للتحليل الكهربائي: التحليل الكهربائي للكلوريد والتحليل الكهربائي لأكسيد. طريقة التحضير لأحدالمعادن الأرض النادرةيختلف اعتمادا على العنصر.الساماريومويوروبيوم،ثوليوموytterbiumليست مناسبة للتحضير الكهربائي بسبب ضغط البخار العالي ، وبدلاً من ذلك يتم تحضيرها باستخدام طريقة تقطير التخفيض. يمكن تحضير العناصر الأخرى عن طريق التحليل الكهربائي أو طريقة الحد من المعادن الحرارية.
يعد التحليل الكهربائي للكلوريد الطريقة الأكثر شيوعًا لإنتاج المعادن ، خاصة بالنسبة للمعادن الأرضية النادرة المختلطة. العملية بسيطة وفعالة من حيث التكلفة وتتطلب الحد الأدنى من الاستثمار. ومع ذلك ، فإن أكبر عيب هو إطلاق غاز الكلور ، الذي يلوث البيئة. لا يطلق التحليل الكهربائي للأكسيد غازات ضارة ، لكن التكلفة أعلى قليلاً. عموما ، عازمة عالية السعرأرض نادرةمثلالنيوديميوموpraseodymiumيتم إنتاجها باستخدام التحليل الكهربائي للأكسيد.
يمكن لطريقة التحليل الكهربائي لخفض الفراغ إعداد الصف الصناعي العام فقطالمعادن الأرض النادرة. للتحضيرالمعادن الأرض النادرةمع شوائب منخفضة ونقاء مرتفع ، يتم استخدام طريقة الحد من الفراغ الحراري بشكل عام. يمكن أن تنتج هذه الطريقة جميع المعادن الأرضية النادرة ، ولكنالساماريومويوروبيوم،ثوليوموytterbiumلا يمكن إنتاجها باستخدام هذه الطريقة. إمكانات الأكسدةالساماريومويوروبيوم،ثوليوموytterbiumوالكالسيوم يقلل جزئيًا فقطأرض نادرةفلوريد. بشكل عام ، يعتمد إعداد هذه المعادن على مبادئ ضغط البخار العالي لهذه المعادن وضغط البخار المنخفض منلانثانوم المعدنق. أكاسيد هؤلاء الأربعةأرض نادرةمختلطة مع أجزاء منلانثانوم المعدنS وضغطها في كتل ، وانخفض في فرن فراغ.لانثانومأكثر نشاطا ، بينماالساماريومويوروبيوم،ثوليوموytterbiumيتم تقليلها إلى الذهبلانثانوموجمعها على التكثيف ، مما يجعل من السهل الانفصال عن الخبث.
وقت النشر: نوفمبر -07-2023