Откуда берутся редкоземельные магниты?

Откуда берутся редкоземельные магниты?

Знаешь ли ты, как мощный магнит NdFeB сделан?Ему необходимо измельчить сплав, содержащий необходимые материалы, на частицы, собрать эти частицы в форму, а затем спекать их.Затем отрежьте до необходимого размера для завершения.Этот процесс всегда напоминает приготовление торта.

Высокопроизводительные авиационные двигатели требуют высокого технического обеспечения, а также очень высоки требования к сырью.Производительность сырья напрямую определяет производительность двигателя.Процесс работы авиационного двигателя более сложен.Вызывает очень высокую температуру, поэтому детали двигателя должны быть устойчивы к высоким температурам.Сложность этой технологии также очень требовательна.Для создания этих сплавов требуется много редкоземельных металлов в качестве сырья.Как жаростойкий редкоземельный металл, кобальт является важным сырьем для производства жаропрочных сплавов, твердых сплавов, антикоррозионных сплавов, магнитных сплавов и различных солей кобальта.

Рынок редкоземельных металлов диверсифицирован.Это не просто продукт, а 15 редкоземельных элементов, иттрий, скандий и различные соединения, начиная от хлорида чистотой 46% и заканчивая единичным оксидом редкоземельного элемента и редкоземельного металла чистотой 99,9999%.Имеет разнообразное применение.Вместе с родственными соединениями и смесями существует бесчисленное множество продуктов.Во-первых, начиная с первоначальной добычи руды, мы один за другим знакомим с методами разделения и процессом плавки редкоземельных элементов.

Обогащение редкоземельных элементов

Обогащение — это использование различий в физических и химических свойствах различных минералов, входящих в состав руды.Используя разные методы обогащения, с помощью разных процессов обогащения и разного обогатительного оборудования обогащают полезные минералы в руде, удаляют вредные примеси.И механическая обработка для отделения его от пустой породы.

В редкоземельных рудах, добываемых по всему миру, содержание оксидов редкоземельных элементов составляет всего несколько процентов, а то и меньше.Чтобы удовлетворить производственные требования плавки, редкоземельные минералы отделяются от пустой породы и других полезных минералов путем обогащения перед плавкой.Для увеличения содержания оксидов редкоземельных элементов можно получить концентрат редкоземельных элементов, отвечающий требованиям редкоземельной металлургии.При обогащении редкоземельных руд обычно используется флотация и часто дополняется сочетанием гравитационной и магнитной сепарации.

Метод разложения редкоземельного концентрата

Редкоземельные элементы в концентратах обычно существуют в виде карбонатов, фторидов, фосфатов, оксидов или силикатов, которые трудно растворить в воде.Редкоземельные элементы должны быть преобразованы в соединения, растворимые в воде или неорганических кислотах, посредством различных химических изменений.После растворения, разделения, очистки, концентрирования или сжигания и т. д. различные смешанные редкоземельные соединения, такие как смешанные хлориды редкоземельных элементов, получаются в виде продуктов или разделяются. Для одного редкоземельного сырья такой процесс называется разложением концентрата редкоземельных элементов или предварительная обработка.

Существует множество методов разложения концентратов редкоземельных элементов, которые в целом можно разделить на три категории, а именно кислотный метод, щелочной метод и хлорирование.Кислотное разложение делится на разложение соляной кислоты, разложение серной кислоты и разложение плавиковой кислоты.Щелочное разложение делится на разложение гидроксида натрия или метод плавления гидроксида натрия или метод обжига содой.Как правило, соответствующая технологическая схема выбирается исходя из принципов типа, марочных характеристик, схемы выпуска продукции, обеспечивающих извлечение и комплексное использование нередкоземельных элементов, гигиены труда и охраны окружающей среды, экономической целесообразности.

Плавка редкоземельных металлов

Существует два метода выплавки редкоземельных металлов: гидрометаллургия и пирометаллургия.

В химической металлургии и гидрометаллургии редкоземельных металлов большая часть всего процесса протекает в растворе и растворителе.Например, при разложении концентратов редкоземельных элементов, разделении и экстракции оксидов редкоземельных элементов, редкоземельных соединений и отдельных редкоземельных металлов используются осаждение, кристаллизация, окислительно-восстановительный процесс, процессы химического разделения, такие как экстракция растворителем и ионный обмен.Наиболее распространенным применением является метод экстракции органическим растворителем, который представляет собой общий процесс промышленного разделения отдельных редкоземельных элементов высокой чистоты.Гидрометаллургический процесс сложен, чистота продукта высокая, применение этого метода для получения готовой продукции широко.

Пирометаллургический процесс прост, а производительность высока.Огневая плавка редкоземельных металлов в основном включает производство редкоземельных сплавов путем термического восстановления кремния, производство редкоземельных металлов или сплавов электролизом расплавленных солей и производство редкоземельных сплавов путем термического восстановления металлов.Общей чертой пирометаллургии является производство в условиях высоких температур.

Процесс производства редкоземельных элементов

Карбонат редкоземельных элементов и хлорид редкоземельных элементов являются двумя основными первичными продуктами в редкоземельной промышленности.Вообще говоря, в настоящее время существует два основных процесса производства этих двух продуктов.Один процесс представляет собой процесс обжига в концентрированной серной кислоте, а другой называется процессом каустической соды, называемым щелочным процессом.

Помимо различных редкоземельных минералов, значительная часть редкоземельных элементов в природе сосуществует с минералами апатитом и фосфоритом.Общие мировые запасы фосфоритов составляют около 100 миллиардов тонн, а среднее содержание редкоземельных элементов — 0,5‰.По оценкам, общее количество редкоземельных металлов, связанных с фосфоритами, в мире составляет 50 миллионов тонн.Учитывая низкое содержание редкоземельных элементов в шахте и ее особое состояние, в стране и за рубежом были изучены различные процессы переработки, которые можно разделить на мокрые методы и термические методы: при мокрых методах, в зависимости от кислоты разложения, можно разделить на метод азотной кислоты, метод соляной кислоты, метод серной кислоты.Существует множество видов извлечения редкоземельных элементов химическим процессом фосфора, и все они тесно связаны с методом переработки фосфоритной руды.В процессе термического производства степень извлечения редкоземельных элементов может достигать 60%.

В условиях непрерывного использования ресурсов фосфоритной руды приходится переходить к разработке низкокачественной фосфоритной руды.Мокрый процесс получения серной кислоты и фосфорной кислоты стал основным методом фосфорной химической промышленности.Извлечение редкоземельных элементов из серной кислоты и фосфорной кислоты, полученной мокрым способом, стало предметом исследований.В процессе производства серной кислоты экстракционной фосфорной кислотой процесс контроля обогащения редкоземельных элементов фосфорной кислотой и последующего использования органических растворителей для извлечения редкоземельных элементов является более выгодным, чем ранее разработанные методы.

Процесс извлечения редкоземельных элементов

Растворимость серной кислоты

• Группа церия (труднорастворимая в двойной соли серной кислоты) — лантан, церий, празеодим, неодим и прометий;

• Группа тербия (двойная соль серной кислоты малорастворима) — самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий и гольмий;

• Группа иттрия (двойная соль серной кислоты легко растворяется) — иттрий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций и скандий.

Разделение экстракции

• Легкие редкоземельные элементы (P204, слабая кислотная экстракция) - лантан, церий, празеодим, неодим и прометий;

• Среднередкоземельные (P204, экстракция низкой кислотности) - самарий, европий, гадолиний, тербий и диспрозий;

• Тяжелые редкоземельные элементы (экстракция кислотностью Р204) - гольмий, иттрий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций и скандий.

В процессе разделения редкоземельных элементов, поскольку физические и химические свойства нескольких элементов очень похожи, а с редкоземельными элементами связано много примесей, процесс экстракции усложняется.Существует три обычно используемых процесса экстракции: ступенчатый метод, ионный обмен и экстракция растворителем.

Пошаговый метод

Метод разделения и очистки соединений, основанный на разнице растворимости в растворителях, называется ступенчатым методом.От иттрия (Y) до лютеция (Lu) все встречающиеся в природе редкоземельные элементы, включая радий, открытый семьей Кюри, разделяются этим методом путем однократного разделения.Процедура работы этого метода относительно сложна.Однократное разделение всех редкоземельных элементов заняло более 100 лет, а количество разделений и повторных операций достигло 20 000 раз.Для химиков интенсивность работы относительно высока, а процесс относительно сложен.Следовательно, этим методом невозможно производить отдельные редкоземельные элементы в больших количествах.

Ионный обмен

Исследования редкоземельных элементов затруднялись тем, что ступенчатым методом нельзя было производить единичные редкоземельные элементы в больших количествах.С целью анализа редкоземельных элементов, содержащихся в продуктах ядерного деления, и удаления редкоземельных элементов из урана и тория успешно изучалась ионообменная хроматография (метод ионного обмена), а затем применялась для разделения редкоземельных элементов.Преимущество метода ионного обмена состоит в том, что за одну операцию можно разделить несколько элементов.Кроме того, можно получить продукты высокой чистоты.Однако недостатки заключаются в том, что его нельзя обрабатывать непрерывно, рабочий цикл длительный, а стоимость регенерации и замены смолы высока.Таким образом, основной метод, используемый для отделения больших количеств редкоземельных элементов, был исключен из основного метода разделения и экстрагируется растворителями.Закон заменяет.Однако, поскольку ионообменная хроматография обладает выдающейся особенностью получения отдельных редкоземельных продуктов высокой чистоты, в настоящее время для получения отдельных продуктов сверхвысокой чистоты и разделения некоторых тяжелых редкоземельных элементов необходимо разделить и подготовить редкоземельный продукт, полученный методом ионообменной хроматографии.

Экстракция растворителем

Метод использования органических растворителей для экстрагирования и отделения экстракта от несмешивающегося водного раствора называется жидкостно-жидкостной экстракцией органическим растворителем или сокращенно экстракцией растворителем.Это метод перевода веществ из жидкой фазы в другую жидкую фазу, процесс массообмена.Экстракция растворителем ранее применялась в нефтехимии, органической химии, медицинской химии и аналитической химии.Однако за последние 40 лет в связи с развитием атомной энергетики, науки и техники и необходимостью производства сверхчистых веществ и редких элементов сольвентная экстракция достигла больших успехов в ядерной топливной промышленности, редкой металлургии и других отраслях. отрасли.Китай достиг очень высокого уровня в исследованиях теории экстракции, синтезе и применении новых экстрагентов, экстракционном процессе разделения редкоземельных элементов.По сравнению с такими методами разделения, как фракционное осаждение, фракционная кристаллизация и ионный обмен, метод экстракции растворителем имеет ряд преимуществ, таких как хороший эффект разделения, большая производственная мощность, удобное быстрое непрерывное производство и простота реализации автоматического управления.Поэтому постепенно он становится основным методом разделения редкоземельных элементов.

Очистка редкоземельных элементов

производственный материал

Редкоземельные металлы обычно делятся на смешанные редкоземельные металлы и отдельные редкоземельные металлы.Состав смеси редкоземельных металлов близок к исходному составу редкоземельных металлов в руде.А единый металл — это металл, отделенный и очищенный от каждого редкоземельного элемента.Использование оксидов редкоземельных металлов (за исключением оксидов самария, европия, иттербия и тулия) в качестве сырья трудно восстановить до одного металла общеметаллургическими методами из-за их большого тепловыделения и высокой стабильности.Поэтому наиболее часто используемым сырьем для производства редкоземельных металлов сегодня являются их хлориды и фториды.

Электролиз расплавленных солей

В промышленном массовом производстве смешанных редкоземельных металлов обычно используется электролиз расплавленных солей.Существует два метода электролиза: хлоридный электролиз и оксидный электролиз.Способ получения одного редкоземельного металла различается в зависимости от элемента.Самарий, европий, иттербий и тулий не пригодны для электролизного приготовления из-за высокого давления паров, и используется восстановительная перегонка.Другие элементы можно получить электролизом или термическим восстановлением металлов.

Хлоридный электролиз является наиболее распространенным методом производства металлов, особенно процесс смешанного редкоземельного металла, он прост, имеет низкую стоимость и низкие инвестиции, но самым большим недостатком является выброс хлора, который загрязняет окружающую среду.Оксидный электролиз не выделяет вредных газов, но стоимость несколько выше.Как правило, отдельные редкоземельные элементы, такие как неодим и празеодим, имеющие более высокие цены на производство, подвергаются электролизу с оксидами.

Снижение вакуума

Методом электролиза можно получить только редкоземельные металлы общепромышленного качества.Чтобы получить редкоземельные металлы с низким содержанием примесей и высокой чистотой, их обычно получают методом вакуумного термического восстановления.Этим методом можно получить все отдельные редкоземельные металлы, но самарий, европий, иттербий и тулий не могут использовать этот метод.Окислительно-восстановительный потенциал самария, европия, иттербия, тулия и кальция лишь частично восстанавливает фторид редкоземельных элементов.Обычно эти металлы получают, используя принцип высокого давления пара этих металлов и низкого давления пара металлического лантана.Эти четыре вида оксидов редкоземельных металлов и фрагменты металлического лантана смешиваются и уплотняются, а затем восстанавливаются в вакуумной печи.Живые, самарий, европий, иттербий и тулий восстанавливаются до металлов лантаном и собираются на конденсате, который легко отделяется от шлака.