稀土元素生产

稀土加工包括五个主要步骤，包括矿床勘探、采矿、选矿、化学处理和分离。 值得强调的是，该行业在开采前考虑了经济因素、对经济的潜在影响和环境问题。 纯稀土存在于复杂岩石中，可以通过选矿工艺进行回收。 化学处理可以接管以浸出 稀土元素 浓度。 最后，可以通过湿法冶金法提取单个元素，通常以纯元素或金属氧化物的形式出售给消费者。

 

大多数稀土元素从勘探和确定潜在的稀土矿床位置开始，以提取在全球范围内具有高度价值的有价值矿物。 值得强调的是，对金、铜、稀土矿、铂等有价矿产的需求相对较高，增加了对采矿过程的勘探。 大多数公司通常从采样和管理地球化学分析的广泛研究开始。 在这方面，他们必须采用绿地勘探活动。 然而，一些作者表示，棕地勘探是另一种矿床勘探活动，这种方法的风险低于绿地勘探活动。 下表总结了绿地勘探和棕地勘探的描述。

 

类别	描述
绿地勘探	绿地勘探活动更多地是预测新区域。 两种类型： 1) 基层勘探项目 - 地质学家有意定位矿床并开始涉及测量重力、磁力或放射性的勘测过程。 2) 高级勘探项目 - 地质学家已确认矿床并进行钻探活动。
棕地勘探	棕地勘探活动不同于绿地活动。 地质学家进行现有矿山或邻近作业矿山。 棕地勘探活动更有趣，因为该活动涉及低风险和低成本。

 

在绿地勘探方法中，地质学家目前正在寻找金属富集的证据，包括测量重力、磁力或放射性。 绿地勘探可能包括探测辐射、测量磁力、磁场变化、卫星摄影和地质测绘。 第一种方法是检测放射性，被认为适合检测放射性元素的东西，如铀和钍发射的放射源。 第二种方法是测量磁性，它通过使用磁力计检测到磁性矿物。 第三种方法是观察磁场的变化； 这种方法有助于通过使用重力仪检测地壳内的矿物质密度。

第四种方法是卫星摄影，其中地质学家拍摄照片以识别某些沉积物，然后使用卫星在地图中创建元素。 第五种方法是地质填图，地质学家使用这种方法对矿床进行一些研究，以找到矿床元素的位置和结构。 采矿所需的主要设备包括机械供应（机）和通风系统、电力和供水等设施。 施工通常在执行环境标准和安全标准后开始。

 

第二步是采矿，它具有开发几种矿物和元素的标准技术。 大多数稀土元素是通过三种常规采矿技术开采的，即露天采矿（即露天采矿）、地下采矿和原位浸出。

露天矿技术通常用于稀土分离过程。 该方法包括通过爆破、挖掘去除矿石，然后将矿石运到地表进行后续处理。 继续前进，露天矿通常在距地表 100 米的范围内开采，并在加工前采用大型露天挖掘来提取矿石。 值得注意的是，这种方法成本较低，但会在地表留下大疤痕，对环境有害。 与露天矿相比，地下采矿被认为更加昂贵和危险。

原位浸出主要是利用矿体渗流过程中浸出液组成的化学交换反应，回收稀土阳离子，从而提取稀土元素。 稀土浸出率取决于化学交换的程度和稀土母液在矿体中的渗出情况。 这种离子吸附稀土浸出过程包括分析和反吸收过程。

 

选矿过程

第三步是含稀土矿物的选矿过程。 选矿过程涉及物理分离，其目的是去除不需要的杂质，或提高所需产品的浓度。 选矿过程中的主要单元操作包括分级单元（即破碎和研磨）和通过泡沫浮选（即混合器、泡沫浮选槽、选矿机）、磁选和重选将 REO 从其他矿物中分离出来。 ，然后对矿物质进行脱水（即增稠和干燥）。

RE 矿石通常与重晶石、萤石、方解石、硅酸盐和铁矿物结合，很难将 RE 矿物与其他组合区分开来。 每个过程都增加了 稀土元素 的浓度。 首先，REO矿石可以通过颚式破碎机和球磨机来减小矿石粒度。 破碎机用于将矿石破碎成细粒度。 据报道，大多数行业使用破碎机和研磨机来获得所需的粒度。 然后通过泡沫浮选、磁选、静电分离、重力选矿或所有方法的组合将矿石浆液泵入下一个选矿阶段。

所有这些方法都用于从铜、锌、铅、镍和其他有色金属等杂质元素中分离稀土矿物。 与其他选矿技术相比，泡沫浮选在工业中被交互式应用。 该方法使用化学试剂（即抑制剂和捕收剂）来分离矿物的选择组以粘附在气泡上。 来自混合器的矿水浆可以通过泡沫浮选池分离有价值的金属和杂质。

可能必须添加捕收剂以使稀土矿物附着在上升的气泡上并漂浮。 气泡又可能与矿石颗粒-水浆一起上升。 在这方面，稀土颗粒可能需要至少估计 40-100 微米的尺寸直径才能获得最佳的泡沫浮选进料。 值得强调的是，未附着气泡的颗粒最终可能会下沉。 由于其表面性质的浮选反应，大多数研究人员都将重点放在了碳酸钾和独居石上。

 

泡沫浮选槽示意图。

在泡沫浮选中，有两种化学品广泛用于分离 稀土元素 和其他杂质元素，称为抑制剂和捕收剂。 抑制剂是一种化学物质，用于防止不需要的矿物质漂浮，而收集器用于将矿物质与气泡结合并帮助将它们提升到表面。 矿石颗粒通常以添加抑制剂开始，然后是捕收剂。

氟碳铈矿的常规化学捕收剂主要用于异羟肟酸、脂肪酸、二羧酸和有机磷酸，而主要使用的抑制剂包括硅酸钠、六氟硅酸钠、木质素磺酸盐或碳酸钠。 捕收剂的有效性取决于颗粒的大小，以提高浮选过程的选择性，即最初一起浮选的可行矿物。 大多数矿物质漂浮在 7.5 -11.5 之间的 pH 值。

此外，磁选法在工业上也普遍采用，用于从独居石或磷钇矿等有色金属中去除高磁性脉石。 稀土元素 具有一系列涉及屏蔽 4f 子壳层的电子，这些电子具有磁荷，它们不会相互抵消，并且可能反过来导致材料具有某种程度的磁性。 这种组合能够从氟碳铈矿沉积物中获得高浓度的 稀土元素。 据报道，磷钇矿的顺磁性矿物比独居石更容易受到磁分离的影响。

事实上，钕和钐等稀土金属广泛用于制造强力磁铁，而含有稀土元素的矿物仅具有中等顺磁性。 Jordens 总结说，大多数 REs 是顺磁性元素，是指磁性比铁磁性矿物少（即被磁铁强烈吸引）。 但是，如果矿石的粒度小于 100 µm，则认为浮选法是有利的。 几位作者指出，当矿物的比重很大时，适用于重力分离，比重在 4 到 7 之间，并且密度明显较小，例如二氧化硅。

对独居石和氟碳铈矿进行选矿的独居石矿物通常用于重选工艺，它们安装在较粗和较清洁的浮选回路之间，以将两种矿物与含铁和硅酸盐脉石材料分离。 重力分离的缺点是它不能有效地分离非常细粒度的 RE 矿石，这导致 RE 的大量损失。

然而，如果矿物的比重存在很大差异，例如硅酸盐脉石中的金，即使颗粒尺寸非常细，也可以使用重力分离。 根据文献，重要的是根据矿石性质确定合适的物理选矿方法。 为了确定选矿工艺的具体方法，需要首先分析矿石矿物的物理和化学性质，以考虑低成本和省时的操作。

选矿过程的最后一道工序是脱水。 通过将水送入一个巨大的选矿机或浓缩机来管理矿水浆。 颗粒通过重力作用从浆料中沉淀出来，然后进行热干燥，例如旋转干燥机、喷雾干燥机和旋转盘式干燥机。

 

稀土加工的第四步需要化学处理，即裂解工艺。酸处理和碱处理是化学处理中的两条路线。两种途径都用于增加 REO 浓度，估计纯度为 90% 并去除杂质。在酸处理方面，大多数行业采用无机酸，如硫酸（H₂SO₄）、盐酸（HCL）和硝酸（HNO₃ )，而NaOH和Na₂CO₃常用于碱处理。有化学家指出，碱处理主要用于独居石和氟碳铈矿，因为其中含有磷酸盐和碳酸盐-氟化物成分。我国采用高温酸焙和硫酸（H₂SO₄）脱除氟化物（HF）、二氧化硫（SO₂)、三氧化硫(SO₃)和四氟化硅(SiF₄)被广泛使用。危险气体包括氢氟酸（HF）、酸性硫酸（H₂SO₄）和六氟硅酸（H₂SiF₆ ) 将在第一和第二洗涤器中被吸附，然后释放到大气中。洗涤器用 Na₂CO₃ 溶液稀释，用于处理排放的废气。

由硫酸消化产生的浸出液含有其他元素，即铀 (U)、钍 (Th) 和铁 (Fe)。在酸处理方面，脱钍（Th）和铀（U）后的独居石采用双硫酸钠沉淀法、氢氧化氨中和法和草酸钠中和法三种。对矿物除钠、除放射性元素后的独居石，可采用HCL、H2SO、HNO3溶解4种方式进行碱处理。在氟碳铈矿加工中，REO通过各种途径浸出，包括方解石REO在800-900oC、浮选工艺和方解石在620oC用10% HCL或30% HCL或在480oC溶解H2SO4。 25 在磷钇矿处理方面，有 3 种方法可以浸出 REO，包括在 190-250oC 下用 93% 的 H2SO4 消化、在 900oC 下焙烧 Na2CO3 和在 400oC 下熔融 NaOH。这些方法使用水浸出或使用NH4CL提取。

 

分离过程

第五步涉及分离过程，以纯化单个 REO。 常用的分离方法有五种，即超临界法、生物吸附法、电致积法、溶剂萃取法和离子交换法。 在这些方法中，溶剂萃取是化学工业中分离单元素稀土的主要方法。 稀土元素 矿物以氟碳酸盐和磷酸盐形式存在，需要在通过使用交换或溶剂萃取的分离过程之前转化为碳酸盐或氯化物。 关于这个过程，REO 估计达到 99% 的纯度。 尽管如此，相似的化学和物理特性使 稀土元素 难以分离，这反过来可能会增加运行时间和成本。

确定了几种从矿石中分离稀土的方法，即化学沉淀法、还原法、生物吸附法、膜萃取法、液膜法、溶剂萃取法、离子交换法和电解法。 然而，超临界、生物吸附、电积、溶剂萃取和离子交换是提取稀土元素的 5 种最流行的方法。 越来越多的各种 稀土元素 应用促使研究人员开发了 稀土元素 提取技术。

应该指出，许多研究人员一直致力于改进湿法冶金方法。 湿法冶金法是一种用于提取冶金的技术，涉及以水溶液形式从矿石、浓缩溶剂和回收的残余材料中回收贵金属的化学物质。 湿法冶金方法取决于化学品通过改变所使用的 pH 值和酸/碱从不需要的成分中提取稀土混合物的能力。 由于它们往往具有相同的物理和化学性质，因此将单个 RE 彼此分开是具有挑战性的。 已开发出专注于离子交换和溶剂技术的分离工艺，以生产高纯度的单一稀土溶液或化合物。

 

溶剂萃取和离子交换

目前，溶剂萃取因其萃取和纯化稀土产品的能力而广泛应用于许多行业。 一些研究人员已经回顾了稀土元素的提取工艺，该工艺使用了化学品和萃取剂。 溶剂萃取是利用有机化学物质（即萃取剂）将阳离子或阴离子从水相转移到不混溶的有机相中的过程。 稀土元素 是通过使用逆流萃取将它们按照它们的组（例如 H稀土元素 和 L稀土元素）分离来引发的。 溶剂萃取的功效是通过溶剂相和水相之间不同化学性质的变化来实现的。

因此，包括萃取剂类型、初级酸度、矿石浓度和萃取剂浓度在内的变量可能有助于有效的稀土分离。 稀土元素 的所需单个元素，具有多个单元混合沉降器的分离 稀土元素 是一种常见的途径。 作为有机相的溶剂萃取剂和作为水相浸出的稀土在混合器中混合在一起，在混合器中，颗粒被沉降出来并通过重力分离。 值得注意的是，行业中的一些案例设计了具有离心力的混合器，以混合有机相和有机相。 许多作者已经描述了沉降器的效率受沉降时间的限制。 就在 1960 年代溶剂萃取技术蓬勃发展之前，离子交换技术被公认为用于分离 RE 的最实用方法。

尽管离子交换是另一种分离稀土的方法，已被用于达到 99.99% 纯度的 REO，但这种技术被认为不经济。 大多数离子交换技术用于获得用于电子或分析应用的高质量 RE 产品。 一些作者假设存在三种主要类型的萃取剂，即阳离子交换剂、阴离子交换剂和溶剂化萃取剂。 在这些萃取剂中，溶剂化萃取剂是大多数工业中常用的。 一些研究人员表示，工业中广泛使用的常规萃取剂是二-2-乙基己基磷酸（D2EHPA 或 P204）和 2-乙基己基膦酸单-2-乙基己酯（HEH/EHP 或 P507）。

 

超临界流体

超临界流体（SCF）法是一种利用二氧化碳（CO2）提取稀土元素的方法。 该方法处理二氧化碳，其中温度被升高和压缩，直到达到临界温度和压力。 大多数研究人员对 SCF 技术对 稀土元素s 感兴趣，其中 稀土元素s 提取有望通过增加 CO2 和 稀土元素s 之间的传质来改善。 萃取后，通过在大气压下气化二氧化碳，可以快速和完全地从溶剂中除去溶质。 结果表明，镧和铕的提取率达到了 87%。