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易胜博官网网站生产与分离

易胜博官网网站市场是一个多元化的市场,它不只是一个产品,而是15个易胜博官网网站元素和钇、钪及其各种化合物从纯度46%的氯化物到99.9999%的单一易胜博官网网站氧化物易胜博官网网站金属,均具有多种多样的用途。加上相关的化合物和混合物,产品不计其数。首先从最初的矿石开采起,我们逐一介绍易胜博官网网站的分离方法和冶炼过程。

一、易胜博官网网站选矿

选矿是利用组成矿石的各种矿物之间的物理化学性质的差异,采用不同的选矿方法,借助不同的选矿工艺,不同的选矿设备,把矿石中的有用矿物富集起来,除去有害杂质,并使之与脉石矿物分离的机械加工过程。

当前我国和世界上其它国家开采出来的易胜博官网网站矿石中,易胜博官网网站氧化物含量只有百分之几,甚至有的更低,为了满足冶炼的生产要求,在冶炼前经选矿,将易胜博官网网站矿物与脉石矿物和其它有用矿物分开,以提高易胜博官网网站氧化物的含量,得到能满足易胜博官网网站冶金要求的易胜博官网网站精矿。易胜博官网网站矿的选矿一般采用浮选法,并常辅以重选、磁选组成多种组合的选矿工艺流程。

内蒙古白云鄂博矿山的易胜博官网网站矿床,是铁白云石的碳酸岩型矿床,在主要成分铁矿中伴生易胜博官网网站矿物(除氟碳铈矿、独居石外,还有数种含铌、易胜博官网网站矿物)。采出的矿石中含铁30%左右,易胜博官网网站氧化物约5%。在矿山先将大矿石破碎后,用火车运至包头钢铁集团公司的选矿厂。选矿厂的任务是将Fe2O333%提高到55%以上,先在锥形球磨机上磨矿分级,再用圆筒磁选机选得6265% Fe2O3的一次铁精矿。其尾矿继续进行浮选与磁选,得到含45% Fe2O3以上的二次铁精矿。易胜博官网网站富集在浮选泡沫中,品位达到1015%。该富集物可用摇床选出REO含量为30%的粗精矿,经选矿设备再处理后,可得到REO60%以上的易胜博官网网站精矿。

二、易胜博官网网站冶炼方法

易胜博官网网站冶炼方法有两种,即湿法冶金和火法冶金。

湿法冶金属化工冶金方式,全流程大多处于溶液、溶剂之中,如易胜博官网网站精矿的分解、易胜博官网网站氧化物、易胜博官网网站化合物、单一易胜博官网网站金属的分离和提取过程就是采用沉淀、结晶、氧化还原、溶剂萃取、离子交换等化学分离工艺过程。现应用较普遍的是有机溶剂萃取法,它是工业分离高纯单一易胜博官网网站元素的通用工艺。湿法冶金流程复杂,产品纯度高,该法生产成品应用面广阔。

火法冶金工艺过程简单,生产率较高。易胜博官网网站火法冶炼主要包括硅热还原法制取易胜博官网网站合金,熔盐电解法制取易胜博官网网站金属或合金,金属热还原法制取易胜博官网网站合金等。火法冶金的共同特点是在高温条件下生产。

1.易胜博官网网站精矿的分解

易胜博官网网站精矿中的易胜博官网网站,一般呈难溶于水的碳酸盐、氟化物、磷酸盐、氧化物或硅酸盐等形态。必须通过各种化学变化将易胜博官网网站转化为溶于水或无机酸的化合物,经过溶解、分离、净化、浓缩或灼烧等工序,制成各种混合易胜博官网网站化合物如混合易胜博官网网站氯化物,作为产品或分离单一易胜博官网网站的原料,这样的过程称为易胜博官网网站精矿分解也称为前处理。

分解易胜博官网网站精矿有很多方法,总的来说可分为三类,即酸法、碱法和氯化分解。酸法分解又分为盐酸分解、硫酸分解和氢氟酸分解法等。碱法分解又分为氢氧化钠分解或氢氧化钠熔融或苏打焙烧法等。一般根据精矿的类型、品位特点、产品方案、便于非易胜博官网网站元素的回收与综合利用、利于劳动卫生与环境保护、经济合理等原则选择适宜的工艺流程。

碳酸易胜博官网网站和氯化易胜博官网网站的生产:

这是易胜博官网网站工业中最主要的两种初级产品,一般地说,目前有两个主要工艺生产这两种产品。

一个工艺是浓硫酸焙烧工艺,即把易胜博官网网站精矿与硫酸混合在回转窑中焙烧。经过焙烧的矿用水浸出,则可溶性的易胜博官网网站硫酸盐就进入水溶液,称之为浸出液。然后往浸出液中加入碳酸氢铵,则易胜博官网网站呈碳酸盐沉淀下来,过滤后即得碳酸易胜博官网网站。

另一种工艺叫烧碱法工艺,简称碱法工艺。一般是将60%的易胜博官网网站精矿与浓碱液搅匀,在高温下熔融反应,易胜博官网网站精矿即被分解,易胜博官网网站变为氢氧化易胜博官网网站,把碱饼经水洗除去钠盐和多余的碱,然后把水洗过的氢氧化易胜博官网网站再用盐酸溶解,易胜博官网网站被溶解为氯化易胜博官网网站溶液,调酸度除去杂质,过滤后的氯化易胜博官网网站溶液经浓缩结晶即制得固体的氯化易胜博官网网站。

2.易胜博官网网站元素的分离

目前,除Pm以外的16个易胜博官网网站元素都可提纯到6N99.9999%)的纯度。由易胜博官网网站精矿分解后所得到的混合易胜博官网网站化合物中,分离提取出单一纯易胜博官网网站元素,在化学工艺上是比较复杂和困难的。其主要原因有二个,一是镧系元素之间的物理性质和化学性质十分相似,多数易胜博官网网站离子半径居于相邻两元素之间,非常相近,在水溶液中都是稳定的三价态。易胜博官网网站离子与水的亲和力大,因受水合物的保护,其化学性质非常相似,分离提纯极为困难。二是易胜博官网网站精矿分解后所得到的混合易胜博官网网站化合物中伴生的杂质元素较多(如铀、钍、铌、钽、钛、锆、铁、钙、硅、氟、磷等)。因此,在分离易胜博官网网站元素的工艺流程中,不但要考虑这十几个化学性质极其相近的易胜博官网网站元素之间的分离,而且还必须考虑易胜博官网网站元素同伴生的杂质元素之间的分离。

现在易胜博官网网站生产中采用的分离方法(湿法生产工艺)有:(1)分步法(分级结晶法、分级沉淀法和氧化还原法);(2)离子交换法;(3)溶剂萃取法。

1)分步法

从1794年发现的钇(Y)到1905年发现的镥(Lu)为止,所有天然存在的易胜博官网网站元素间的单一分离,还有居里夫妇发现的镭,都是用这种方法分离的。分步法是利用化合物在溶剂中溶解的难易程度(溶解度)上的差别来进行分离和提纯的。方法的操作程序是:将含有两种易胜博官网网站元素的化合物先以适宜的溶剂溶解后,加热浓缩,溶液中一部分元素化合物析出来(结晶或沉淀)。析出物中,溶解度较小的易胜博官网网站元素得到富集,溶解度较大点的易胜博官网网站元素在溶液中也得到富集。因为易胜博官网网站元素之间的溶解度差别很小,必须重复操作多次才能将这两种易胜博官网网站元素分离开来,因而这是一件非常困难的工作。全部易胜博官网网站元素的单一分离耗费了100多年,一次分离重复操作竟达2万次,对于化学工作者而言,其艰辛的程度,可想而知。因此用这样的方法不能大量生产单一易胜博官网网站。

2)离子交换法

由于分步法不能大量生产单一易胜博官网网站,因而易胜博官网网站元素的研究工作也受到了阻碍,第二次世界大战后,美国原子弹研制计划即所谓曼哈顿计划推动了易胜博官网网站分离技术的发展,因易胜博官网网站元素和铀、钍等放射性元素性质相似,为尽快推进原子能的研究,就将易胜博官网网站作为其代用品加以利用。而且,为了分析原子核裂变产物中含有的易胜博官网网站元素,并除去铀、钍中的易胜博官网网站元素,研究成功了离子交换色层分析法(离子交换法),进而用于易胜博官网网站元素的分离。

离子交换色层法的原理是:首先将阳离子交换树脂填充于柱子内,再将待分离的混合易胜博官网网站吸附在柱子入口处的那一端,然后让淋洗液从上到下流经柱子。形成了络合物的易胜博官网网站就脱离离子交换树脂而随淋洗液一起向下流动。流动的过程中易胜博官网网站络合物分解,再吸附于树脂上。就这样,易胜博官网网站离子一边吸附、脱离树脂,一边随着淋洗液向柱子的出口端流动。由于易胜博官网网站离子与络合剂形成的络合物的稳定性不同,因此各种易胜博官网网站离子向下移动的速度不一样,亲和力大的易胜博官网网站向下流动快,结果先到达出口端。

离子交换法的优点是一次操作可以将多个元素加以分离。而且还能得到高纯度的产品。这种方法的缺点是不能连续处理,一次操作周期花费时间长,还有树脂的再生、交换等所耗成本高,因此,这种曾经是分离大量易胜博官网网站的主要方法已从主流分离方法上退下来,而被溶剂萃取法取代。但由于离子交换色层法具有获得高纯度单一易胜博官网网站产品的突出特点,目前,为制取超高纯单一易胜博官网网站产品以及一些重易胜博官网网站元素的分离,还需用离子交换色层法分离制取。

3)溶剂萃取法

利用有机溶剂从与其不相混溶的水溶液中把被萃取物提取分离出来的方法称之为有机溶剂液—液液萃取法,简称溶剂萃取法,它是一种把物质从一个液相转移到另一个液相的传质过程。

溶剂萃取法在石油化工、有机化学、药物化学和分析化学方面应用较早。但近四十年来,由于原子能科学技术的发展,超纯物质及稀有元素生产的需要,溶剂萃取法在核燃料工业、稀有冶金等工业方面,得到了很大的发展。我国在萃取理论的研究、新型萃取剂的合成与应用和易胜博官网网站元素分离的萃取工艺流程等方面,均达到了很高的水平。

溶剂萃取法其萃取过程与分级沉淀、分级结晶、离子交换等分离方法相比,具有分离效果好、生产能力大、便于快速连续生产、易于实现自动控制等一系列优点,因而逐渐变成分离大量易胜博官网网站的主要方法。

溶剂萃取法的分离设备有混合澄清槽、离心萃取器等,提纯易胜博官网网站所用的萃取剂有:以酸性磷酸酯为代表的阳离子萃取剂如P204P507,以胺为代表的阴离子交换液N1923和以TBPP350等中性磷酸酯为代表的溶剂萃取剂三种。这些萃取剂的粘度与比重都很高,与水不易分离。通常用煤油等溶剂将其稀释再用。

萃取工艺过程一般可分为三个主要阶段:萃取、洗涤、反萃取。

3.易胜博官网网站金属的制备

易胜博官网网站金属的生产又叫易胜博官网网站火法冶金生产。易胜博官网网站金属一般分为混合易胜博官网网站金属和单一易胜博官网网站金属。混合易胜博官网网站金属的组成与矿石中原有的易胜博官网网站成份接近,单一金属是各易胜博官网网站分离精制的金属。以易胜博官网网站氧化物(除钐、铕、镱及铥的氧化物外)为原料用一般冶金方法很难还原成单一金属,因其生成热很大、稳定性高。因此目前生产易胜博官网网站金属常用的原料是它们的氯化物和氟化物。

1)熔盐电解法

工业上大批量生产混合易胜博官网网站金属一般使用熔盐电解法。这一方法是把易胜博官网网站氯化物等易胜博官网网站化合物加热熔融,然后进行电解,在阴极上析出易胜博官网网站金属。电解法有氯化物电解和氧化物电解两种方法。单一易胜博官网网站金属的制备方法因元素不同而异。钐、铕、镱、铥因蒸气压高,不适于电解法制备,而使用还原蒸馏法。其它元素可用电解法或金属热还原法制备。

氯化物电解是生产金属最普通的方法,特别是混合易胜博官网网站金属工艺简单,成本便宜,投资小,但最大缺点是氯气放出,污染环境。

氧化物电解没有有害气体放出,但成本稍高些,一般生产价格较高的单一易胜博官网网站如钕、镨等都用氧化物电解。

2)真空热还原法

电解法只能制备一般工业级的易胜博官网网站金属,如要制备杂质较低,纯度高的金属,一般用真空热还原的方法来制取。一般是把易胜博官网网站氧化物先制成氟化易胜博官网网站,在真空感应炉内用金属钙进行还原,制得粗金属,然后再经过重熔和蒸馏获得较纯的金属,这一方法可以生产所有的单一易胜博官网网站金属,但钐、铕、镱、铥不能用这种方法。

钐、铕、镱、铥与钙的氧化还原电位仅使氟化易胜博官网网站产生部分还原。一般制备这些金属,是利用这些金属的高蒸汽压和镧金属的低蒸气压的原理,将这四种易胜博官网网站的氧化物与镧金属的碎屑混合压块,在真空炉中进行还原,镧比较活泼,钐、铕、镱、铥被镧还原成金属后收集在冷凝器上,与渣很容易分开。

三、易胜博官网网站产品的分类方法

易胜博官网网站的产品种类很多。按加工深度,我们将其分为选冶产品和应用产品。前者指易胜博官网网站矿山和冶炼企业生产的易胜博官网网站精矿、单一和混合的易胜博官网网站氧化物、金属及其合金、单一及混合易胜博官网网站盐类等,共计300多个品种、500多个规格。后者指一切含易胜博官网网站的制成品,如易胜博官网网站永磁体、易胜博官网网站荧光粉、易胜博官网网站抛光粉、易胜博官网网站微肥、易胜博官网网站激光晶体、易胜博官网网站贮氢材料等。目前没有统一的分类法,也没有统一的叫法,界限也不明确,大家熟悉的叫法;矿产品,初级产品(或粗产品)称上游产品;深加工产品(或叫单一产品、高纯产品)称中游产品;应用材料和应用产品(或器件)称下游产品。其中单一易胜博官网网站氧化物、易胜博官网网站金属、混合易胜博官网网站氧化物、混合易胜博官网网站金属主要用途见表1

   表1 稀 土 产 品 用 途 一 览 表

单一易胜博官网网站氧化物

混合易胜博官网网站

氧化物

单一易胜博官网网站金属

混合易胜博官网网站金属

La2O3:光学玻璃、陶瓷电容器、催化剂、热电子发射体等。

   CeO2:
玻璃脱色剂、催化剂、光学玻璃、抛光粉等。

Pr6O11:颜料、永磁体、催化剂等。

   Nd2O3:
永磁体、玻璃添加剂、陶瓷电容器、激光器等。

Sm2O3:永磁体、陶瓷电容器、催化剂。

   Eu2O3:
红色荧光粉、原子反应堆控制材料等。

   Gd2O3:
原子反应堆控制材料、GGG磁光材料、磁致冷材料、光学玻璃。

Tb4O7:高显色灯、磁光存储材料、磁致伸缩材料。

Dy2O3:永磁体、磁致冷材料等。

Ho2O3:颜料、激光器等。

Er2O3:光学玻璃、半导体、光导纤维。

Tm2O3:激光器等。

抛光粉

平板玻璃、电视显像管、照相机镜头、眼镜片等。

催化剂

石油裂化催化剂。

钇:耐热钢添加剂、电子材料、核反应堆材料、铝导线。

贮氢合金、电子射线源、吸气剂、铝合金。

永磁合金、磁致冷合金。

永磁合金、磁光存贮材料

永磁合金等。

铈:火石合金、冶金添加剂。

原子能、磁致冷材料、磁光存贮材料。

永磁合金、磁光存贮材料、磁致冷、磁致伸缩材料。

磁致伸缩材料等。

磁致伸缩材料、磁光存贮材料。

发火合金、钢铁和有色金属的添加剂、贮氢合金等。

从易胜博官网网站原料直至最终产品分为几个阶段,越接近最终产品,技术含量越高,其附加值越高。从易胜博官网网站原料到最终成品要经过从原料、材料、器件到产品,且每一个环节都有关键的技术,越接近最终产品,其技术含量也越高,当然附加值也就越高。所以发展易胜博官网网站应用产品和高附加值产品是中国易胜博官网网站未来的希望。