Schmelzen von Seltenerdmetallen
Die Verfahren der Hydrometallurgie und der Pyrometallurgie werden beide zum Schmelzen von Seltenen Erden eingesetzt.
Der größte Teil des gesamten Prozesses in der Hydrometallurgie der Seltenen Erden findet in Lösungen und Lösungsmitteln statt. Chemische Trennverfahren wie die Lösungsmittelextraktion und der Ionenaustausch werden zum Beispiel beim Abbau von Seltenerdkonzentraten, bei der Trennung von Seltenerdoxiden, Seltenerdverbindungen und einzelnen Seltenerdmetallen eingesetzt. Die Methode der organischen Lösungsmittelextraktion, ein allgemeines Verfahren zur kommerziellen Abtrennung hochreiner einzelner Seltenerdelemente, wird am häufigsten eingesetzt. Der hydrometallurgische Prozess ist kompliziert, die Produktreinheit ist hoch, und es gibt viele Produkte, die mit dieser Technik hergestellt werden können.
Die Ausbeute ist groß, und der pyrometallurgische Prozess ist einfach zu handhaben. Bei der Feuerschmelze von Seltenen Erden werden Seltene-Erden-Legierungen meist durch thermische Reduktion von Silizium, Seltene-Erden-Metalle oder -Legierungen durch Schmelzflusselektrolyse und Seltene-Erden-Legierungen durch thermische Reduktion von Metallen hergestellt. Die Herstellung bei hohen Temperaturen ist ein typischer Aspekt der Pyrometallurgie.
Das Verfahren zur Herstellung von Seltenen Erden
Die beiden wichtigsten Produkte im Bereich der Seltenen Erden sind Seltenerdkarbonat und Seltenerdchlorid. Derzeit werden diese beiden Produkte hauptsächlich mit zwei verschiedenen Methoden hergestellt. Bei der ersten Methode handelt es sich um ein Röstverfahren mit konzentrierter Schwefelsäure, bei der zweiten um das Natronlaugeverfahren, das auch als alkalisches Verfahren bezeichnet wird.
Das Verfahren zur Herstellung von Seltenen Erden
Die beiden wichtigsten Produkte im Bereich der Seltenen Erden sind Seltenerdkarbonat und Seltenerdchlorid. Derzeit werden diese beiden Produkte hauptsächlich mit zwei verschiedenen Methoden hergestellt. Bei der ersten Methode handelt es sich um ein Röstverfahren mit konzentrierter Schwefelsäure, bei der zweiten um das Natronlaugeverfahren, das auch als alkalisches Verfahren bezeichnet wird.
Ein erheblicher Teil der Seltenen Erden in der Natur ist neben anderen Seltenen Erden auch in Apatit- und Phosphoritmineralien enthalten. Die geschätzten 100 Milliarden Tonnen Phosphatgestein, die es weltweit gibt, weisen eine durchschnittliche Konzentration an Seltenen Erden von 0,5 auf. Man geht davon aus, dass weltweit 50 Millionen Tonnen Seltene Erden in Verbindung mit Phosphatgestein vorkommen. Aufgrund des geringen Gehalts an Seltenen Erden und des einzigartigen Vorkommens sind zahlreiche Recyclingverfahren im In- und Ausland erforscht worden. Diese Verfahren lassen sich in Nassverfahren und thermische Verfahren unterteilen; bei den Nassverfahren kann die Aufspaltsäure entweder Salpetersäure, Salzsäure oder Schwefelsäure sein. Jede Art der Rückgewinnung von Seltenen Erden aus dem chemischen Phosphorprozess ist direkt mit der Art der Verarbeitung des Phosphatgesteins verbunden. Die Rückgewinnungsrate für Seltene Erden bei der thermischen Herstellung kann bis zu 60% betragen.
Aufgrund der fortschreitenden Ausbeutung von Phosphatvorkommen konzentriert sie sich nun auf die Erschließung von Phosphatgestein geringer Qualität. Das wichtigste Verfahren in der chemischen Phosphorindustrie ist die Schwefelsäure-Nassaufbereitung von Phosphorsäure. Ein Forschungsgebiet ist nun die Rückgewinnung von Seltenen Erden in Phosphorsäure, die im Nassverfahren aus Schwefelsäure hergestellt wird. Das Verfahren der Anreicherung von Seltenen Erden in Phosphorsäure und der anschließenden Verwendung von organischen Lösungsmitteln zur Gewinnung von Seltenen Erden ist günstiger als die früher entdeckten Methoden zur Herstellung von Schwefelsäure im Nassverfahren.
Das Verfahren zur Gewinnung von Seltenen Erden
Löslichkeit von Schwefelsäure
Cer-Gruppe, zu der Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym und Promethium gehören und die selten in Schwefelsäure-Doppelsalz löslich ist;
Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium und ein schwach lösliches Doppelsalz der Schwefelsäure bilden die Terbiumgruppe.
Abtrennung durch Extraktion
leichte Seltene Erden wie Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym und Promethium (P204 Mildsäureextraktion);
Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium und Dysprosium gehören zu den mittleren Seltenen Erden (P204 Extraktion mit niedrigem Säuregehalt);
Schwere Seltene Erden: Holmium, Yttrium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium und Scandium (P204-Säureextraktion).
Da viele Elemente sehr ähnliche physikalische und chemische Eigenschaften haben und die Seltenen Erden häufig von Verunreinigungen begleitet werden, ist das Extraktionsverfahren für Seltene Erden schwieriger. Stufenmethode, Ionenaustausch und Lösungsmittelextraktion sind die drei am häufigsten angewandten Extraktionsverfahren.
schrittweiser Ansatz
Eine stufenweise Technik ist eine Methode zur Trennung und Reinigung von Stoffen auf der Grundlage ihrer unterschiedlichen Auflösung in verschiedenen Lösungsmitteln. Mit dieser Technik werden alle natürlich vorkommenden Seltenen Erden, einschließlich des von den Curies entdeckten Radiums, von Yttrium (Y) bis Lutetium (Lu), in einem einzigen Schritt getrennt. Die Arbeitsweise dieser Methode ist ziemlich kompliziert. Es hat mehr als 100 Jahre gedauert, alle Seltenen Erden einmal zu trennen, und die Prozesse wurden 20.000 Mal wiederholt. Sowohl die Arbeitsintensität als auch die Komplexität des Verfahrens sind für Chemiker recht hoch. Daher ist die Massenproduktion einer einzigen Seltenen Erde mit diesem Verfahren nicht möglich.
Ionenschaltung
Die Unfähigkeit des schrittweisen Prozesses, eine einzige Seltene Erde in großen Mengen zu erzeugen, behinderte die Forschung über Seltene Erden. Die Ionenaustauschchromatographie (Ionenaustauschtechnik) wurde erfolgreich untersucht und anschließend für die Trennung von Seltenen Erden eingesetzt, um die in Kernspaltungsprodukten enthaltenen Seltenen Erden zu bewerten und die Seltenen Erden in Uran und Thorium zu entfernen. Mit dem Ionenaustauschverfahren können mehrere Elemente in einem einzigen Schritt getrennt werden. Es können auch hochreine Elemente gewonnen werden. Nachteilig sind die Tatsache, dass das Verfahren nicht kontinuierlich durchgeführt werden kann, der lange Betriebszyklus und die hohen Kosten für die Regenerierung und den Austausch der Harze.
Infolgedessen wurde die primäre Technik zur Abtrennung signifikanter Mengen an Seltenen Erden zugunsten der Lösungsmittelextraktion aufgegeben. Gesetz verdrängt. Da die Ionenaustauschchromatographie jedoch die außergewöhnliche Eigenschaft hat, hochreine Einzelprodukte aus Seltenen Erden herzustellen, ist es derzeit erforderlich, ein Produkt aus Seltenen Erden durch Ionenaustauschchromatographie zu trennen und aufzubereiten, um ultrahochreine Einzelprodukte und die Trennung einiger schwerer Seltenerdelemente herzustellen. Dampfextraktion
Die Flüssig-Flüssig-Extraktion mit organischen Lösungsmitteln oder einfach die Lösungsmittelextraktion ist ein Verfahren, bei dem organische Lösungsmittel zur Extraktion und Abtrennung des Extrakts aus einer nicht mischbaren wässrigen Lösung verwendet werden. Es handelt sich dabei um eine Technik, mit der Stoffe während eines Stoffübertragungsvorgangs von einer flüssigen Phase in eine andere überführt werden. In der Vergangenheit wurde die Lösungsmittelextraktion in der analytischen, organischen, pharmazeutischen und petrochemischen Chemie eingesetzt. In den letzten 40 Jahren hat die Lösungsmittelextraktion jedoch in der Kernbrennstoffindustrie, in der Metallurgie für seltene Metalle und in anderen Bereichen erhebliche Fortschritte gemacht, was auf die Fortschritte in der Atomenergiewissenschaft und -technologie sowie auf die Nachfrage nach hochreinen Materialien und seltenen Elementen zurückzuführen ist.
Extraktionsmittel und das Extraktionsverfahren zur Abtrennung der Seltenen Erden. Die Lösungsmittelextraktion hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Trennverfahren wie der fraktionierten Fällung, der fraktionierten Kristallisation und dem Ionenaustausch, darunter ein guter Trenneffekt, eine große Produktionskapazität, eine praktische, schnelle und kontinuierliche Produktion und eine einfache automatische Steuerung. Infolgedessen ersetzt sie nach und nach andere Methoden als primäre Methode zur Trennung von Seltenen Erden.
Reinigung mit seltenen Erden
Produktionsinput
Gemischte Seltenerdmetalle und einzelne Seltenerdmetalle sind die beiden Hauptkategorien von Seltenerdmetallen. Die Mischung von Seltenerdmetallen ähnelt sehr stark der ursprünglichen Zusammensetzung der Seltenen Erden im Erz.
Das Metall, das aus den einzelnen Seltenen Erden extrahiert und gereinigt wurde, ist das Einzelmetall. Aufgrund ihrer hohen Wärmeentwicklung und Stabilität lassen sich die Oxide der Seltenen Erden (mit Ausnahme der Samarium-, Europium-, Ytterbium- und Thuliumoxide) mit herkömmlichen metallurgischen Verfahren nur schwer in ein Einzelmetall umwandeln. Daher sind die Chloride und Fluoride der Seltenerdmetalle derzeit die am häufigsten verwendeten Rohstoffe für deren Synthese.
Elektrolyse von geschmolzenem Salz
Die Schmelzflusselektrolyse wird häufig in der industriellen Massensynthese von gemischten Seltenerdmetallen eingesetzt. Chloridelektrolyse und Oxidelektrolyse sind die beiden Arten der Elektrolyse. Je nach Element werden unterschiedliche Verfahren zur Herstellung verschiedener Seltenerdmetalle eingesetzt. Aufgrund ihres hohen Dampfdrucks sind Samarium, Europium, Ytterbium und Thulium nicht für die elektrolytische Herstellung geeignet.
können andere Elemente erstellt werden.
Die beliebteste Technik zur Herstellung von Metallen ist die Chloridelektrolyse, insbesondere das Verfahren für gemischte Seltenerdmetalle, das einfach, kostengünstig und investitionsarm ist. Der größte Nachteil ist jedoch die Produktion von Chlor, das die Umwelt verschmutzt. Die Kosten der Oxidelektrolyse sind etwas höher, aber es entstehen keine gefährlichen Gase. Neodym und Praseodym, zwei einzelne Seltene Erden mit höheren Herstellungskosten, werden häufig mit Oxiden elektrolysiert.
Abnahme des Vakuums
Mit dem Elektrolyseverfahren können nur typische Seltenerdmetalle in Industriequalität hergestellt werden. Seltenerdmetalle werden häufig durch thermische Reduktion im Vakuum hergestellt, um Produkte mit minimalen Verunreinigungen und hoher Reinheit zu erzeugen.
Wo kann ich Neodym-Magnete finden? Samarium, Europium, Ytterbium und Thulium sind jedoch nicht in der Lage, diese Technik anzuwenden. Fluorid der Seltenen Erden wird durch das Redoxpotential von Samarium, Europium, Ytterbium, Thulium und Calcium nur teilweise reduziert. Zur Herstellung dieser Metalle werden in der Regel der hohe Dampfdruck dieser Metalle und der niedrige Dampfdruck des Lanthanmetalls verwendet. Diese vier verschiedenen Arten von Seltenerdoxiden werden mit Lanthanmetallpartikeln kombiniert, zerkleinert und in einem Vakuumofen reduziert. Lanthan reduziert Samarium, Europium, Ytterbium und Thulium zu Metallen, die dann bei der Kondensation gesammelt und leicht von der Schlacke getrennt werden können.
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