مقدمة لتكنولوجيا صناعة الأرض النادرة
·الأرض النادرة أناإنه ليس عنصرًا معدنيًا، ولكنه مصطلح جماعي لـ 15 عنصرًا أرضيًا نادرًا والإيتريوموسكانديوم.ولذلك، فإن العناصر الأرضية النادرة السبعة عشر ومركباتها المختلفة لها استخدامات مختلفة، تتراوح من الكلوريدات ذات درجة نقاء 46٪ إلى أكاسيد أرضية نادرة مفردة والمعادن الأرضية النادرةبنسبة نقاء 99.9999%.ومع إضافة المركبات والمخاليط ذات الصلة، هناك عدد لا يحصى من المنتجات الأرضية النادرة.لذا،الأرضية النادرةتتنوع التكنولوجيا أيضًا بناءً على اختلافات هذه العناصر السبعة عشر.ومع ذلك، نظرا لحقيقة أن العناصر الأرضية النادرة يمكن تقسيمها إلى السيريوم والإيتريومالمجموعات بناءً على الخصائص المعدنية، وعمليات التعدين والصهر والفصل للمعادن الأرضية النادرة هي أيضًا موحدة نسبيًا.بدءًا من التعدين الأولي للخام، سيتم تقديم طرق الفصل وعمليات الصهر وطرق الاستخراج وعمليات تنقية الأتربة النادرة واحدة تلو الأخرى.
معالجة المعادن من الأتربة النادرة
· معالجة المعادن هي عملية معالجة ميكانيكية تستخدم الاختلافات في الخواص الفيزيائية والكيميائية بين المعادن المختلفة التي يتكون منها الخام، وتستخدم طرق وعمليات ومعدات إثراء مختلفة لإثراء المعادن المفيدة في الخام، وإزالة الشوائب الضارة، وفصلها من معادن الشوائب.
·في الالأرضية النادرةالخامات المستخرجة في جميع أنحاء العالم، ومحتوىأكاسيد الأرض النادرةليست سوى نسبة قليلة، وبعضها أقل من ذلك.من أجل تلبية متطلبات الإنتاج للصهر،الأرضية النادرةيتم فصل المعادن عن معادن الشوائب والمعادن المفيدة الأخرى من خلال إثراءها قبل الصهر، من أجل زيادة محتوى أكاسيد الأتربة النادرة والحصول على مركزات الأتربة النادرة التي يمكن أن تلبي متطلبات تعدين الأتربة النادرة.تعتمد إثراء الخامات الأرضية النادرة عمومًا طريقة التعويم، وغالبًا ما يتم استكمالها بمجموعات متعددة من الجاذبية والفصل المغناطيسي لتشكيل تدفق عملية الإثراء.
الالأرضية النادرةالرواسب الموجودة في منجم بايونيبو في منغوليا الداخلية عبارة عن رواسب من النوع الصخري الكربوني من دولوميت الحديد، وتتكون بشكل أساسي من معادن أرضية نادرة مصاحبة في خام الحديد (بالإضافة إلى خام الفلوروكربون السيريوم والمونازيت، هناك أيضًا العديد من المعادن الأرضية النادرة)النيوبيوموالأرضية النادرةالمعادن).
ويحتوي الخام المستخرج على حوالي 30% من الحديد وحوالي 5% من أكاسيد الأرض النادرة. وبعد سحق الخام الكبير في المنجم، يتم نقله بالقطار إلى محطة الإثراء التابعة لشركة مجموعة باوتو للحديد والصلب.مهمة محطة إثراء هي الزيادةFe2O3من 33% إلى أكثر من 55%، يتم أولاً الطحن والتصنيف على مطحنة كروية مخروطية، ثم اختيار تركيز حديد أولي بنسبة 62-65% Fe2O3 (أكسيد الحديد) باستخدام فاصل مغناطيسي أسطواني.تستمر المخلفات في الخضوع للتعويم والفصل المغناطيسي للحصول على تركيز حديد ثانوي يحتوي على أكثر من 45%Fe2O3(أكسيد الحديد).يتم إثراء الأتربة النادرة برغوة التعويم بدرجة 10-15%.يمكن اختيار المركز باستخدام طاولة اهتزاز لإنتاج مركز خشن بمحتوى REO يبلغ 30%.بعد إعادة معالجتها بواسطة معدات الإثراء، يمكن الحصول على تركيز أتربة نادرة بمحتوى REO يزيد عن 60%.
طريقة تحلل تركيزات الأتربة النادرة
·الأرضية النادرةتوجد العناصر في المركزات بشكل عام في شكل كربونات غير قابلة للذوبان أو فلوريد أو فوسفات أو أكاسيد أو سيليكات.يجب تحويل العناصر الأرضية النادرة إلى مركبات قابلة للذوبان في الماء أو أحماض غير عضوية من خلال التغيرات الكيميائية المختلفة، ثم تخضع لعمليات مثل الذوبان أو الانفصال أو التنقية أو التركيز أو التكليس لإنتاج خليط متنوع.الأرضية النادرةمركبات مثل الكلوريدات الأرضية النادرة المختلطة، والتي يمكن استخدامها كمنتجات أو مواد خام لفصل العناصر الأرضية النادرة المفردة.هذه العملية تسمىالأرضية النادرةتحلل التركيز، المعروف أيضًا بالمعالجة المسبقة.
· هناك طرق عديدة للتحللالأرضية النادرةالمركزات، والتي يمكن تقسيمها عمومًا إلى ثلاث فئات: الطريقة الحمضية، والطريقة القلوية، والتحلل بالكلور.ويمكن تقسيم التحلل الحمضي أيضًا إلى تحلل حمض الهيدروكلوريك، وتحلل حمض الكبريتيك، وتحلل حمض الهيدروفلوريك.يمكن تقسيم التحلل القلوي أيضًا إلى تحلل هيدروكسيد الصوديوم، أو ذوبان هيدروكسيد الصوديوم، أو طرق تحميص الصودا.يتم اختيار تدفق العملية المناسب بشكل عام بناءً على مبادئ نوع المركز، وخصائص الدرجة، وخطة المنتج، وسهولة الاسترداد والاستخدام الشامل للعناصر الأرضية غير النادرة، والاستفادة من نظافة العمل وحماية البيئة، والعقلانية الاقتصادية.
· على الرغم من اكتشاف ما يقرب من 200 معدن من العناصر النادرة والمتفرقة، إلا أنه لم يتم إثرائها إلى رواسب مستقلة بالتعدين الصناعي بسبب ندرتها.حتى الآن، مستقلة نادرة فقطالجرمانيوم, السيلينيوم، والتيلوريومتم اكتشاف الودائع، ولكن حجم الودائع ليس كبيرا جدا.
صهر الأتربة النادرة
· هناك طريقتان لالأرضية النادرةالصهر، واستخلاص المعادن من المعادن، واستخلاص المعادن من المعادن الحرارية.
· العملية الكاملة للتعدين المائي للأتربة النادرة والتعدين الكيميائي للمعادن تكون في الغالب في المحاليل والمذيبات، مثل تحلل مركزات الأتربة النادرة وفصل واستخراجأكاسيد الأرض النادرةوالمركبات والمعادن الأرضية النادرة الفردية، والتي تستخدم عمليات الفصل الكيميائي مثل الترسيب، والتبلور، والحد من الأكسدة، واستخلاص المذيبات، والتبادل الأيوني.الطريقة الأكثر استخدامًا هي الاستخلاص بالمذيبات العضوية، وهي عملية عالمية للفصل الصناعي للعناصر الأرضية النادرة عالية النقاء.عملية معالجة المعادن بالمياه معقدة ونقاء المنتج مرتفع.تحتوي هذه الطريقة على مجموعة واسعة من التطبيقات في إنتاج المنتجات النهائية.
عملية التعدين الحراري بسيطة ولها إنتاجية عالية.الأرضية النادرةيشمل علم المعادن الحراري بشكل رئيسي إنتاجسبائك أرضية نادرةبطريقة الاختزال السيليكاتوري، وإنتاج المعادن الأرضية النادرة أو السبائك بطريقة التحليل الكهربائي للملح المنصهر، وإنتاجسبائك أرضية نادرةبواسطة طريقة التخفيض الحراري للمعادن وما إلى ذلك.
السمة المشتركة لعلم المعادن الحرارية هي الإنتاج تحت ظروف درجات الحرارة المرتفعة.
عملية إنتاج الأتربة النادرة
·الأرضية النادرةكربونات وكلوريد الأرض النادرةهما المنتجان الأساسيان الرئيسيان فيالأرضية النادرةصناعة.بشكل عام، هناك حاليًا عمليتان رئيسيتان لإنتاج هذين المنتجين.إحدى العمليات هي عملية تحميص حامض الكبريتيك المركز، وتسمى العملية الأخرى عملية الصودا الكاوية، وتختصر بعملية الصودا الكاوية.
· بالإضافة إلى وجودها في مختلف المعادن الأرضية النادرة، فإن نسبة كبيرة منالعناصر الأرضية النادرةفي الطبيعة تتعايش مع معادن صخرية الأباتيت والفوسفات.ويبلغ إجمالي الاحتياطي من خام الفوسفات العالمي حوالي 100 مليار طن في المتوسطالأرضية النادرةمحتوى 0.5 ‰.وتشير التقديرات إلى أن المبلغ الإجماليالأرضية النادرةويرتبط خام الفوسفات في العالم بـ 50 مليون طن.ردا على خصائص منخفضةالأرضية النادرةالمحتوى وحالة الأحداث الخاصة في المناجم، تمت دراسة عمليات الاسترداد المختلفة محليًا ودوليًا، 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 العناصر الأرضية النادرة من العمليات الكيميائية للفوسفور، وكلها ترتبط ارتباطًا وثيقًا بطرق معالجة خام الفوسفات.أثناء عملية الإنتاج الحراري،الأرضية النادرةيمكن أن يصل معدل الاسترداد إلى 60٪.
مع الاستخدام المستمر لموارد صخور الفوسفات والتحول نحو تطوير صخور الفوسفات منخفضة الجودة، أصبحت عملية حامض الفوسفوريك بالطريقة الرطبة هي الطريقة السائدة في الصناعة الكيميائية للفوسفات، واستعادةالعناصر الأرضية النادرةفي العملية الرطبة لحمض الكبريتيك، أصبح حمض الفوسفوريك نقطة ساخنة للبحث.في عملية إنتاج حامض الفوسفوريك بالطريقة الرطبة لحمض الكبريتيك، فإن عملية التحكم في إثراء الأتربة النادرة في حامض الفوسفوريك ثم استخدام استخلاص المذيبات العضوية لاستخراج الأتربة النادرة لها مزايا أكثر من الطرق المتقدمة المبكرة.
عملية استخراج الأتربة النادرة
ذوبان حمض الكبريتيك
السيريومالمجموعة (غير قابلة للذوبان في أملاح الكبريتات المعقدة) –اللانثانم, السيريوم, البراسيوديميوم, النيوديميوموالبروميثيوم.
تيربيومالمجموعة (قابل للذوبان قليلاً في أملاح الكبريتات المعقدة) -سماريوم, اليوروبيوم, الجادولينيوم, تيربيوم, الديسبروسيوم، والهولميوم;
الإيتريومالمجموعة (قابل للذوبان في أملاح الكبريتات المعقدة) –الإيتريوم, الإربيوم, الثوليوم, الإيتربيوم,اللوتيتيوم، وسكانديوم.
فصل الاستخراج
ضوءالأرضية النادرة(P204 استخلاص الحموضة الضعيفة) –اللانثانم,السيريوم, البراسيوديميوم,النيوديميوموالبروميثيوم.
الأرض النادرة المتوسطة (استخراج الحموضة المنخفضة P204) -سماريوم,اليوروبيوم,الجادولينيوم,تيربيوم,الديسبروسيوم;
ثقيلالأرضية النادرةعناصر(استخلاص الحموضة في P204) -الهولميوم,
مقدمة لعملية الاستخراج
في عملية الانفصالالعناصر الأرضية النادرة،بسبب الخصائص الفيزيائية والكيميائية المتشابهة للغاية لـ 17 عنصرًا، بالإضافة إلى وفرة الشوائب المصاحبة لهاالعناصر الأرضية النادرةعملية الاستخراج معقدة نسبيًا وشائعة الاستخدام.
هناك ثلاثة أنواع من عمليات الاستخراج: طريقة خطوة بخطوة، والتبادل الأيوني، والاستخلاص بالمذيبات.
طريقة خطوة بخطوة
تسمى طريقة الفصل والتنقية باستخدام الفرق في قابلية ذوبان المركبات في المذيبات بطريقة الخطوة بخطوة.منالإيتريوم(ي) لاللوتيتيوم(لو)، فاصل واحد بين كل ما يحدث بشكل طبيعيالعناصر الأرضية النادرةبما في ذلك الراديوم الذي اكتشفه الزوجان كوري،
ويتم فصلهم جميعًا باستخدام هذه الطريقة.إن إجراء تشغيل هذه الطريقة معقد نسبيًا، وقد استغرق الفصل الفردي لجميع العناصر الأرضية النادرة أكثر من 100 عام، مع وصول عملية فصل واحدة وتشغيل متكرر إلى 20000 مرة.للعمال الكيميائيين عملهم
القوة عالية نسبيًا والعملية معقدة نسبيًا.ولذلك، فإن استخدام هذه الطريقة لا يمكن أن ينتج أرضًا نادرة واحدة بكميات كبيرة.
التبادل الأيوني
تم إعاقة العمل البحثي على العناصر الأرضية النادرة بسبب عدم القدرة على إنتاج عنصر واحدعنصر ارضي نادربكميات كبيرة من خلال طرق خطوة بخطوة.من أجل تحليلالعناصر الأرضية النادرةالموجودة في منتجات الانشطار النووي وإزالة العناصر الأرضية النادرة من اليورانيوم والثوريوم، تمت دراسة كروماتوغرافيا التبادل الأيوني (كروماتوغرافيا التبادل الأيوني) بنجاح، والتي تم استخدامها بعد ذلك لفصلعنصر ارضي نادرس.ميزة طريقة التبادل الأيوني هي أنه يمكن فصل عناصر متعددة في عملية واحدة.ويمكنه أيضًا الحصول على منتجات عالية النقاء.ومع ذلك، فإن العيب هو أنه لا يمكن معالجته بشكل مستمر، مع دورة تشغيل طويلة وتكاليف عالية لتجديد الراتنج وتبادله.لذلك، تم سحب هذه الطريقة الرئيسية لفصل كميات كبيرة من الأتربة النادرة من طريقة الفصل السائدة واستبدالها بطريقة استخلاص المذيبات.ومع ذلك، نظرًا للخصائص المميزة لكروماتوغرافيا التبادل الأيوني في الحصول على منتجات أرضية نادرة مفردة عالية النقاء، حاليًا، من أجل إنتاج منتجات مفردة فائقة النقاء وفصل بعض العناصر الأرضية النادرة الثقيلة، من الضروري أيضًا استخدام كروماتوغرافيا التبادل الأيوني لفصل وإنتاج منتج أرضي نادر.
الاستخلاص بالمذيبات
تسمى طريقة استخدام المذيبات العضوية لاستخلاص وفصل المادة المستخرجة من محلول مائي غير قابل للامتزاج باستخلاص المذيبات العضوية السائلة، ويختصر باستخلاص المذيبات.إنها عملية نقل جماعي تنقل المواد من مرحلة سائلة إلى أخرى.تم تطبيق طريقة الاستخلاص بالمذيبات سابقًا في البتروكيماويات والكيمياء العضوية والكيمياء الصيدلانية والكيمياء التحليلية.ومع ذلك، في الأربعين عامًا الماضية، وبسبب تطور علوم وتكنولوجيا الطاقة الذرية، فضلاً عن الحاجة إلى إنتاج المواد فائقة النقاوة والعناصر النادرة، حقق استخلاص المذيبات تقدمًا كبيرًا في صناعات مثل صناعة الوقود النووي والمعادن النادرة. .حققت الصين مستوى عال من البحث في نظرية الاستخراج، وتوليف وتطبيق المستخلصات الجديدة، وعملية الاستخراج لفصل العناصر الأرضية النادرة.بالمقارنة مع طرق الفصل مثل الترسيب المتدرج، والبلورة المتدرجة، والتبادل الأيوني، فإن استخلاص المذيبات له سلسلة من المزايا مثل تأثير الفصل الجيد، والقدرة الإنتاجية الكبيرة، وسهولة الإنتاج السريع والمستمر، وسهولة تحقيق التحكم الآلي.ولذلك، فقد أصبحت تدريجيا الطريقة الرئيسية لفصل كميات كبيرة منالأرضية النادرةs.
تنقية الأتربة النادرة
مواد خام الإنتاج
المعادن الأرضية النادرةوتنقسم عموما إلى معادن أرضية نادرة مختلطة ومفردةالمعادن الأرضية النادرة.تكوين مختلطالمعادن الأرضية النادرةيشبه تكوين الأرض النادرة الأصلية في الخام، والمعدن الواحد هو معدن منفصل ومكرر عن كل أرض نادرة.ومن الصعب الحدأكسيد الأرض النادرةs (باستثناء أكاسيدسماريوم,اليوروبيوم,, الثوليوم,الإيتربيوم) إلى معدن واحد باستخدام الطرق المعدنية العامة، وذلك بسبب حرارة تكوينها العالية وثباتها العالي.ولذلك، فإن المواد الخام شائعة الاستخدام لإنتاجالمعادن الأرضية النادرةفي الوقت الحاضر هي الكلوريدات والفلوريدات.
التحليل الكهربائي للملح المنصهر
الإنتاج الضخم المختلطالمعادن الأرضية النادرةفي الصناعة عموما يستخدم طريقة التحليل الكهربائي للملح المنصهر.هناك طريقتان للتحليل الكهربائي: التحليل الكهربائي للكلوريد والتحليل الكهربائي للأكسيد.طريقة تحضير المفردالمعادن الأرضية النادرةيختلف باختلاف العنصر.سماريوم,اليوروبيوم،،الثوليوم,الإيتربيومليست مناسبة للتحضير بالتحليل الكهربائي بسبب ارتفاع ضغط البخار، وبدلاً من ذلك يتم تحضيرها باستخدام طريقة التقطير الاختزالي.ويمكن تحضير عناصر أخرى عن طريق التحليل الكهربائي أو طريقة الاختزال الحراري للمعادن.
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 العيب الأكبر هو إطلاق غاز الكلور الذي يلوث البيئة.لا يطلق التحليل الكهربائي للأكسيد غازات ضارة، لكن التكلفة أعلى قليلاً.بشكل عام، منفردة باهظة الثمنالأتربة النادرةمثلالنيوديميوموالبراسيوديميوميتم إنتاجها باستخدام التحليل الكهربائي للأكسيد.
يمكن لطريقة التحليل الكهربائي للحد من الفراغ تحضير الدرجة الصناعية العامة فقطالمعادن الأرضية النادرة.للتحضيرالمعادن الأرضية النادرةمع الشوائب المنخفضة والنقاء العالي، يتم استخدام طريقة التخفيض الحراري الفراغي بشكل عام.يمكن لهذه الطريقة إنتاج جميع المعادن الأرضية النادرة، ولكنسماريوم,اليوروبيوم،،الثوليوم,الإيتربيوملا يمكن إنتاجها باستخدام هذه الطريقة.إمكانية الأكسدة والاختزالسماريوم,اليوروبيوم،،الثوليوم,الإيتربيوموالكالسيوم يقلل جزئيا فقطالأرضية النادرةفلوريد.بشكل عام، يعتمد تحضير هذه المعادن على مبدأي الضغط البخاري العالي لهذه المعادن والضغط البخاري المنخفض لهذه المعادنمعدن اللانثانمس.أكاسيد هذه الأربعةالأتربة النادرةيتم خلطها مع شظايامعدن اللانثانمs وضغطها إلى كتل، وخفضها في فرن فراغ.اللانثانمأكثر نشاطا، في حينسماريوم,اليوروبيوم،،الثوليوم,الإيتربيوميتم تخفيضها إلى الذهب بواسطةاللانثانمويتم تجميعها بالتكثيف، مما يجعل من السهل فصلها عن الخبث.
وقت النشر: 07 نوفمبر 2023