מבוא לטכנולוגיית תעשיית כדור הארץ הנדירה
·אדמה נדירה iלא אלמנט מתכתי, אלא מונח קולקטיבי ל -15 אלמנטים אדמה נדירים וyttriumוכןסקנדיוםו לפיכך, 17 יסודות האדמה הנדירים והתרכובות השונות שלהם יש שימושים שונים, החל מכלורידים עם טוהר של 46% לתחמוצות אדמה נדירות ויחידמתכות אדמה נדירותעם טוהר של 99.9999%. עם תוספת של תרכובות ותערובות קשורות, ישנם אינספור מוצרי אדמה נדירים. כָּך,כדור הארץ הנדירהטכנולוגיה מגוונת גם על סמך ההבדלים של 17 אלמנטים אלה. עם זאת, בשל העובדה שניתן לחלק אלמנטים אדמה נדירים לסריום וyttriumקבוצות המבוססות על מאפייני מינרלים, גם תהליכי הכרייה, ההתכה וההפרדה של מינרלים כדור הארץ נדירים מאוחדים יחסית. החל מכריית העפרות הראשונית, שיטות ההפרדה, תהליכי התכה, שיטות מיצוי ותהליכי טיהור של אדמות נדירות יוצגו בזה אחר זה.
עיבוד מינרלי של אדמות נדירות
· עיבוד מינרלים הוא תהליך עיבוד מכני המשתמש בהבדלים בתכונות פיזיקליות וכימיות בין מינרלים שונים המרכיבים את העפרות, משתמש בשיטות, תהליכים וציוד שונים של תועלת, כדי להעשיר מינרלים מועילים בעפרות, להסיר זיהומים מזיקים ולהפריד בין מינרלים של כנופיה.
· בכדור הארץ הנדירעפרות מכרות ברחבי העולם, התוכן שלתחמוצות אדמה נדירותהוא רק כמה אחוזים, וחלקם אפילו נמוכים יותר. על מנת לעמוד בדרישות הייצור של התכה,כדור הארץ הנדירמינרלים מופרדים ממינרלים גנגו ומינרלים שימושיים אחרים באמצעות תועלת לפני התכה, על מנת להגביר את תוכן תחמוצות האדמה הנדירות ולקבל ריכוזי אדמה נדירים שיכולים לעמוד בדרישות של מטלורגיה אדמה נדירה. התועלת של עפרות אדמה נדירות מאמצות בדרך כלל את שיטת הנפקה, לעתים קרובות בתוספת שילובים מרובים של כוח הכבידה והפרדה מגנטית ליצירת זרימת תהליכי תועלת.
THEכדור הארץ הנדירהפקדה במכרה Baiyunebo במונגוליה הפנימית היא פיקדון מסוג סלע קרבונט של דולומיט ברזל, המורכב בעיקר ממינרלי אדמה נדירים נלוות לעפרות ברזל (בנוסף לעפרות פלואורוקבון פחמן ומונאזיט, ישנם גם כמהניוביוםוכןכדור הארץ הנדירמינרלים).
העפרות המופק מכילות כ- 30% ברזל וכ -5% תחמוצות אדמה נדירות. לאחר ריסוק העפרות הגדולות במכרה, הוא מועבר ברכבת למפעל התועלת של חברת ברזל ובליל קבוצת פלדה. המשימה של מפעל התועלת היא להגדילFe2O3מ- 33% ליותר מ 55%, תחילה טוחנים ודירוג על טחנת כדור חרוטית ואז בחירת ריכוז ברזל ראשוני של 62-65% Fe2O3 (תחמוצת ברזל) באמצעות מפריד מגנטי גלילי. החוטים ממשיכים לעבור הנפקה והפרדה מגנטית כדי להשיג תרכיז ברזל משני המכיל יותר מ- 45%Fe2O3(תחמוצת ברזל). כדור הארץ הנדיר מועשר בקצף הנפקה, עם ציון של 10-15%. ניתן לבחור את התרכיז באמצעות שולחן טלטול כדי לייצר תרכיז גס עם תוכן REO של 30%. לאחר שהועבר מחדש על ידי ציוד תועלת, ניתן להשיג תרכיז אדמה נדיר עם תכולת REO של מעל 60%.
שיטת הפירוק של תרכיז אדמה נדיר
·כדור הארץ הנדיראלמנטים בריכוזים קיימים בדרך כלל בצורה של קרבונטים בלתי מסיסים, פלואורידים, פוספטים, תחמוצות או סיליקטים. יש להמיר אלמנטים אדמה נדירים לתרכובות המסיסות במים או חומצות אורגניות באמצעות שינויים כימיים שונים, ואז עוברים תהליכים כמו פירוק, הפרדה, טיהור, ריכוז או הסכמה לייצור מעורב שונהכדור הארץ הנדירתרכובות כמו כלורידים אדמה נדירים מעורבים, שיכולים לשמש כמוצרים או חומרי גלם להפרדת יסודות אדמה נדירים בודדים. תהליך זה נקראכדור הארץ הנדירפירוק ריכוז, המכונה גם טיפול מקדים.
· ישנן שיטות רבות לפירוקכדור הארץ הנדירתרכיזים, אשר בדרך כלל ניתן לחלק לשלוש קטגוריות: שיטת חומצה, שיטת אלקלי ופירוק כלור. ניתן לחלק עוד יותר את הפירוק של חומצות לפירוק חומצה הידרוכלורית, פירוק חומצה גופרתית ופירוק חומצה הידרופלואורית. ניתן לחלק עוד יותר את הפירוק של אלקלי לפירוק נתרן הידרוקסיד, נתרן נתרן הידרוקסיד או שיטות צליית סודה. זרימת התהליכים המתאימה נבחרה בדרך כלל על סמך עקרונות סוג התרכיז, מאפייני ציון, תוכנית מוצר, נוחות להחלמה וניצול מקיף של יסודות כדור הארץ הלא נדירים, תועלת להיגיינת עבודה והגנה על הסביבה ורציונליות כלכלית.
· למרות שהתגלו כמעט 200 מינרלים של אלמנטים נדירים ומפוזרים, הם לא הועשרו לפיקדונות עצמאיים עם כרייה תעשייתית בגלל נדירותם. עד כה, רק עצמאי נדירגרמניום, סֵלֶנִיוּם, וטלוריוםהתגלו פיקדונות, אך סולם הפיקדונות אינו גדול במיוחד.
התכת אדמות נדירות
· יש שתי שיטות לכדור הארץ הנדירהתכה, הידרומטאלורגיה ופירומטאלורגיה.
· כל התהליך של הידרומטאלורגיה נדירה של אדמה ומטלורגיה כימית מתכתית נמצא ברובו בתמיסה וממס, כמו פירוק תרכיז אדמה נדיר, הפרדה ומיצויתחמוצות אדמה נדירות, תרכובות ומתכות אדמה נדירות יחיד, המשתמשות בתהליכי הפרדה כימית כמו משקעים, התגבשות, הפחתת חמצון, מיצוי ממס וחילופי יונים. השיטה הנפוצה ביותר היא מיצוי ממס אורגני, המהווה תהליך אוניברסלי להפרדה תעשייתית של יסודות אדמה נדירים בעלי טוניון גבוה. תהליך ההידרומטלורגיה מורכב וטוהר המוצר גבוה. לשיטה זו מגוון רחב של יישומים בייצור מוצרים מוגמרים.
התהליך הפירומטלורגי הוא פשוט ובעל תפוקה גבוהה.כדור הארץ הנדירPyrometallurgy כולל בעיקר ייצור שלסגסוגות אדמה נדירותבשיטת הפחתה סיליקותרמית, ייצור מתכות אדמה נדירות או סגסוגות בשיטת אלקטרוליזה מלח מותכת וייצור שלסגסוגות אדמה נדירותבשיטת הפחתה תרמית מתכת וכו '.
המאפיין הנפוץ של פירומטלורגיה הוא ייצור בתנאי טמפרטורה גבוהים.
תהליך ייצור אדמה נדיר
·כדור הארץ הנדירקרבונט וכלוריד כדור הארץ הנדירהם שני המוצרים העיקריים העיקריים בכדור הארץ הנדירתַעֲשִׂיָה. באופן כללי, כיום ישנם שני תהליכים עיקריים לייצור שני מוצרים אלה. תהליך אחד הוא תהליך הצלייה של חומצה גופרתית מרוכזת, והתהליך האחר נקרא תהליך הסודה הקאוסטי, המקוצר כתהליך הסודה הקאוסטי.
· בנוסף להיותו במינרלים שונים של כדור הארץ, חלק משמעותי שליסודות אדמה נדיריםבטבע מתקיים יחד עם מינרלי סלע אפטיט ופוספט. סך העתודות של עפרות פוספט עולמיות הן כמאה מיליארד טון, עם ממוצעכדור הארץ הנדירתוכן של 0.5 ‰. ההערכה היא כי הסכום הכולל שלכדור הארץ הנדירהקשורים לעפרות פוספט בעולם הוא 50 מיליון טון. בתגובה למאפיינים של נמוךכדור הארץ הנדירתוכן ומצב התרחשות מיוחד במוקשים, תהליכי התאוששות שונים נחקרו הן מבית והן בינלאומית, אשר ניתן לחלק לשיטות רטובות ותרמיות. בשיטות רטובות, ניתן לחלק אותם לשיטת חומצה חנקתית, שיטת חומצה הידרוכלורית ושיטת חומצה גופרתית על פי חומצות הפירוק השונות. ישנן דרכים שונות לשחזר אדמות נדירות מתהליכים כימיים זרחניים, כולם קשורים קשר הדוק לשיטות העיבוד של עפרות פוספט. בתהליך הייצור התרמי,כדור הארץ הנדירשיעור ההחלמה יכול להגיע ל 60%.
עם ניצול מתמשך של משאבי סלע פוספט והמעבר לקראת התפתחות סלע פוספט באיכות נמוכה, תהליך החומצה הזרחנית של החומצה הגופרתית הפך לשיטת הזרם המרכזי בתעשייה הכימית הפוספטית, והתאוששות שליסודות אדמה נדיריםבחומצה גופרתית תהליך רטוב חומצה זרחנית הפכה לנקודה חמה מחקרית. בתהליך הייצור של חומצה רטובה חומצה גופרתית חומצה זרחתית, תהליך שליטת העשרת האדמות הנדירות בחומצה זרחתית ואז באמצעות מיצוי ממס אורגני כדי לחלץ אדמות נדירות יש יתרונות רבים יותר מאשר שיטות שפותחו מוקדם.
תהליך מיצוי אדמה נדיר
מסיסות חומצה גופרתית
Ceriumקבוצה (בלתי מסיסה במלחים מורכבים סולפטים) -Lanthanum, cerium, Praseodymium, Neodymium, ופרומטיום;
טרביוםקבוצה (מעט מסיסה במלחים מורכבים סולפטים) -סמריום, אירופה, גאדוליניום, טרביום, דיספרוזיון, והולמיום;
הפרדת מיצוי
אוֹרכדור הארץ הנדיר(P204 מיצוי חומציות חלש) - -Lanthanum-cerium, Praseodymium-Neodymium, ופרומטיום;
כדור הארץ הנדיר האמצעי (P204 מיצוי חומציות נמוכה)-סמריום-אירופה-גאדוליניום-טרביום-דיספרוזיון;
כָּבֵדכדור הארץ הנדיראלמנטים(מיצוי חומציות ב- P204) -הולמיום-
מבוא לתהליך מיצוי
בתהליך ההפרדהיסודות אדמה נדירים,בשל התכונות הפיזיקליות והכימיות הדומות ביותר של 17 אלמנטים, כמו גם שפע הזיהומים הנלוויםיסודות אדמה נדירים, תהליך המיצוי מורכב יחסית ומשמש.
ישנם שלושה סוגים של תהליכי מיצוי: שיטת שלב אחר שלב, החלפת יונים ומיצוי ממס.
שיטת שלב אחר שלב
שיטת ההפרדה והטיהור באמצעות ההבדל במסיסות של תרכובות בממסים נקראת שיטת שלב אחר שלב. מִןyttrium(Y) ללוטטיום(LU), הפרדה יחידה בין כל המתרחשים באופן טבעייסודות אדמה נדירים, כולל רדיום שהתגלה על ידי הזוג הקארי,
כולם מופרדים בשיטה זו. נוהל ההפעלה של שיטה זו מורכב יחסית, וההפרדה היחידה של כל אלמנטים האדמה הנדירים ארכה למעלה ממאה שנה, כאשר הפרדה אחת ופעולה חוזרת ונשנית הגיעה 20000 פעמים. לעובדים כימיים, עבודתם
הכוח גבוה יחסית והתהליך מורכב יחסית. לכן, שימוש בשיטה זו אינו יכול לייצר כדור הארץ נדיר בכמויות גדולות.
חילופי יונים
עבודת המחקר על אלמנטים נדירים של כדור הארץ הופרעה על ידי חוסר היכולת לייצר יחידאלמנט אדמה נדירבכמויות גדולות בשיטות שלב אחר שלב. על מנת לנתח אתיסודות אדמה נדיריםהכלול במוצרי ביקוע גרעיני והסיר את יסודות האדמה הנדירים מאורניום ותוריום, נלמד בהצלחה כרומטוגרפיה של חילופי יונים (כרומטוגרפיה של חילופי יונים), אשר שימשה אז להפרדתאלמנט אדמה נדירג. היתרון בשיטת חילופי היונים הוא שניתן להפריד בין אלמנטים מרובים בפעולה אחת. וזה יכול גם להשיג מוצרים בעלי טוהר גבוה. עם זאת, החיסרון הוא שלא ניתן לעבד אותו ברציפות, עם מחזור הפעלה ארוך ועלויות גבוהות להתחדשות שרף והחלפה. לפיכך, זו פעם השיטה העיקרית להפרדת כמויות גדולות של אדמות נדירות פורשה משיטת ההפרדה המיינסטרית והוחלפה בשיטת מיצוי ממס. עם זאת, בשל המאפיינים הבולטים של כרומטוגרפיה של חילופי יונים בהשגת מוצרי אדמה נדירים בעלי טוהר גבוה, כיום, על מנת לייצר מוצרים בודדים בטוהר במיוחד ולהפריד כמה אלמנטים אדמה נדירים כבדים, יש צורך להשתמש בכרומטוגרפיה של החלפת יונים כדי להפריד ולייצר מוצר אדמה נדיר.
מיצוי ממס
השיטה לשימוש בממסים אורגניים כדי לחלץ ולהפריד בין החומר המופק מתמיסה מימית בלתי ניתנת לניתוק נקראת מיצוי נוזלי נוזלי ממס אורגני, המקוצרת כמוצג ממס. זהו תהליך העברת המונים שמעביר חומרים משלב נוזלי אחד למשנהו. שיטת מיצוי הממס מיושמת מוקדם יותר בכימיה פטרוכימית, אורגנית, כימיה תרופתית וכימיה אנליטית. עם זאת, בארבעים השנים האחרונות, בגלל פיתוח מדעי וטכנולוגיית האנרגיה האטומית, כמו גם הצורך בייצור חומרים אולטרה -אולטרה -אלמנטים נדירים, מיצוי ממס התקדם מאוד בתעשיות כמו תעשיית הדלק הגרעינית ומטלורגיה נדירה. סין השיגה רמה גבוהה של מחקר בתורת החילוץ, הסינתזה ויישום של חומרים חדשים ותהליך המיצוי להפרדת יסודות אדמה נדירים. בהשוואה לשיטות הפרדה כמו משקעים מדורגים, התגבשות מדורגת וחילופי יונים, למיצוי ממס יש סדרה של יתרונות כמו אפקט הפרדה טובה, יכולת ייצור גדולה, נוחות לייצור מהיר ורציף, וקל להשגת שליטה אוטומטית. לכן הוא הפך בהדרגה לשיטה העיקרית להפרדת כמויות גדולות שלכדור הארץ הנדירs.
טיהור אדמה נדיר
חומרי גלם לייצור
מתכות אדמה נדירותבדרך כלל מחולקים למתכות אדמה נדירות מעורבות ויחידמתכות אדמה נדירותו ההרכב של מעורבמתכות אדמה נדירותדומה להרכב האדמה הנדיר המקורי בעפרות, ומתכת יחידה היא מתכת המופרדת ומעודנת מכל כדור הארץ הנדיר. קשה להפחיתתחמוצת אדמה נדירהs (למעט תחמוצות שלסמריום-אירופה,, תוליום-ytterbium) למתכת יחידה בשיטות מתכות כלליות, בשל חום היווצרותם הגבוה ויציבות גבוהה. לכן, חומרי הגלם הנפוצים לייצורמתכות אדמה נדירותבימינו הם הכלורידים והפלואורידים שלהם.
אלקטרוליזה מלח מותכת
הייצור ההמוני של מעורבמתכות אדמה נדירותבתעשייה משתמשת בדרך כלל בשיטת האלקטרוליזה המלחית המותכת. ישנן שתי שיטות לאלקטרוליזה: אלקטרוליזה כלוריד ואלקטרוליזה תחמוצתית. שיטת ההכנה של יחידמתכות אדמה נדירותמשתנה בהתאם לאלמנט.סמריום-אירופה,,תוליום-ytterbiumאינם מתאימים להכנה אלקטרוליטית בגלל לחץ האדים הגבוה שלהם, ובמקום זאת מוכנים בשיטת זיקוק הפחתה. ניתן להכין אלמנטים אחרים בשיטת אלקטרוליזה או שיטת הפחתה תרמית מתכתית.
אלקטרוליזה כלוריד היא השיטה הנפוצה ביותר לייצור מתכות, במיוחד למתכות אדמה נדירות מעורבות. התהליך פשוט, חסכוני ודורש השקעה מינימלית. עם זאת, החיסרון הגדול ביותר הוא שחרורו של גז כלור, שמזהם את הסביבה. אלקטרוליזה תחמוצתית אינה משחררת גזים מזיקים, אך העלות מעט גבוהה יותר. באופן כללי, רווק במחיר גבוהאדמות נדירותכְּגוֹןNeodymiumוכןPraseodymiumמיוצרים באמצעות אלקטרוליזה תחמוצתית.
שיטת האלקטרוליזה של הפחתת ואקום יכולה להכין רק ציון תעשייתי כללימתכות אדמה נדירותו להכיןמתכות אדמה נדירותעם זיהומים נמוכים וטוהר גבוה, בדרך כלל משתמשים בשיטת הפחתה תרמית ואקום. שיטה זו יכולה לייצר את כל מתכות האדמה הנדירות היחידה, אךסמריום-אירופה,,תוליום-ytterbiumלא ניתן לייצר בשיטה זו. פוטנציאל הרדוקס שלסמריום-אירופה,,תוליום-ytterbiumוסידן רק מקטין בחלקוכדור הארץ הנדירפלוּאוֹרִיד. באופן כללי, הכנת מתכות אלה מבוססת על עקרונות לחץ האדים הגבוה של מתכות אלה ולחץ אדים נמוך שלLanthanum Metalג. התחמוצות של ארבעת אלהאדמות נדירותמעורבבים עם שברים שלLanthanum MetalS ודחוס לבלוקים, והופחת בכבשן ואקום.Lanthanumפעיל יותר, בזמןסמריום-אירופה,,תוליום-ytterbiumמצטמצמים לזהב על ידיLanthanumונאסף על עיבוי, מה שמקל על נפרד מהסיגים.
זמן הודעה: נוב-07-2023