【知识】稀土元素的溶剂萃取工艺

利用水相中某些组分在有机相中分配比的不同,选择性地进行分离和提纯稀土元素的过程。为稀土元素分离提纯的重要方法之一。由萃取剂和有机溶剂形成的连续有机相与含有被分离稀土元素的水相充分接触而又不相互溶混(即充分混合一澄清),从而实现稀土组分在两相中不相等浓度的分配达到稀土元素分稀土元素的溶剂萃取工艺离和提纯的目的。

过程包括萃取体系选择、萃取器和萃取方式选择、萃取分离工艺条件确定与萃取和反萃取过程实施、分离后各种溶液后处理等四部分(见溶剂革取)。萃取方式有单级与串级之分,为得到高纯度产品通常采用串级萃取方式。串级萃取又有错流、共流、逆流、分馏、回流等不同形式。20世纪70年代以来稀土的萃取分离以采用分馏萃取为主,辅以其他工艺。萃取剂、萃取体系及工艺条件的确定主要依据被分离的A、B二组分(或二元素)的分离系数βA/B的大小而定:

式中DA为A组分在两相的分配比;DB是B组分在两相的分配比,CA(0)、CA(a)为A组分在平衡的有机相和水相的浓度,CB(0)、CB(a)为B组分在平衡的有机相和水相的浓度。βA/B的大小表示A、B两组分分离效果的优劣,βA/B值越大分离效果越好,即萃取剂的选择性越高。若DA=DB,βA/B=1,则表明A、B二组分不能用该萃取体系分离,β的大小与稀土元素的原子序数以及萃取体系有关。

新萃取剂的应用以及萃取理论与工艺研究所取得的进展都有力地推动着稀土分离和提纯技术的发展。溶剂萃取技术已成为当前稀土元素分离和提纯的主要手段,用它已能从多种稀土组分的原料中分离提纯每一种稀土元素。串级萃取理论为萃取工艺提供了最优化设计的理论依据,已广泛应用于稀土萃取分离生产中。


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【知识】稀土元素镨及其应用

镨在化学元素周期表中位居镧系元素的第三位,在地壳中的丰度为9.5ppm,仅低于铈、钇、镧、钪,是稀土中第五大富存元素.但正如他的名字一样,镨是个朴素无华,个性似乎不太突出的稀土家族成员。

在稀土元素的发现史上,镨和钕是同时被发现的。1841年,那位曾经发现了镧的瑞典化学家莫桑德尔(C.G. Mosander)从“镧土”中发现了新“元素”,性质与镧非常相似,将其定名“迪迪姆”(Didymium,希腊语为“双胞胎”的意思),但它不是单一元素,而是镨钕化合物。又过了40多年,那位曾经发明了钍铈汽灯纱罩的奥地利人韦尔斯巴赫(C.F.Auer Von Welsbach),也正是在发明汽灯纱罩的1885年,成功地将“镨钕”这对“连体双胞胎”实施了分离手术,从中分离出绿色的镨盐和玫瑰色的钕盐,确定它们是两种新元素。一个取名为“镨”(Praseodymium),来自希腊字prason,意思是绿色化合物,因为镨盐水溶液会呈现出鲜艳的葱绿色;另一个元素则取名为“钕”(Neodymium)。这对“连体双胞胎”的成功分离,使他们从此可以各自施展才华。

镨作为用量较大的稀土元素,很大一部分是以混合稀土的形式被利用,比如用作金属材料的净化变质剂、化工催化剂、农用稀土等等。镨钕是稀土中性质最为相似又最难分离的一对元素,用化学法很难将其分离,工业生产通常采用萃取法和离子交换法。如果把他们成双入对地以镨钕富集物形式使用,可以充分发挥其共性作用,价格也比单一元素产品便宜。镨钕合金(镨钕金属)已成为独立产品,既可用于永磁材料,也可作为有色金属合金改性添加剂。以镨钕富集物的形式加入Y型沸石分子筛中制备石油裂化催化剂,可提高催化剂的活性、选择性和稳定性。作为塑料改性添加剂,在聚四氟乙烯(PTFE)中加入镨钕富集物,可明显提高PTFE的耐磨性能。

稀土永磁材料是当今最热门的稀土应用领域。镨单独用作永磁材料性能并不突出,但他却是一个能改善磁性能的优秀协同元素。无论是第一代稀土永磁材料钐钴永磁合金(SmCo5),还是第三代稀土永磁材料钕铁硼(Nd2Fe17B),加入适量的镨都能有效地提高和改善永磁材料性能。如在SmCo5中加入部分Pr取代Sm可以提高永磁材料的磁能积,两者的比例一般为80%Sm—20%Pr,若镨加入过多反而会降低材料的矫顽力和稳定性。在第三代稀土永磁材料钕铁硼中,添加镨可以提高材料的矫顽力,德国、日本等国在生产高矫顽力钕铁硼磁体时,均加入部分镨。镨的加入量为5%~8%,最高达10%,可取代1/3的钕。磁性材料对镨质量要求较高,至少应达到钕的同等质量。加入镨还能提高磁体抗氧化性能(耐空气腐蚀)和机械性能,已被广泛应用于各类电子器件和马达上。另外,在钐铁氮新型稀土粘结永磁材料(Sm)2Fe17N9中加Pr也能改善性能,这将进一步扩大镨的应用。因此,随着镨在永磁材料的应用发展,镨的用量和价格不断攀升,已成为稀土产品中的“新宠”。

镨还可用于研磨和抛光材料。众所周知,纯铈基抛光粉通常为淡黄色,是光学玻璃的优质抛光材料,已取代抛光效率低又污染生产环境的氧化铁红粉。但人们发现,氧化钕对抛光作用不大,但镨却有良好的抛光性能。含镨的稀土抛光粉会呈红褐色,也被称作“红粉”,但这种红不是氧化铁红,而是由于含有氧化镨使稀土抛光粉颜色变深。镨还被用新型磨削材料,制成含镨刚玉砂轮。与白刚玉相比,在磨削碳素结构钢、不锈钢、高温合金时,效率和耐用性可提高30%以上。为了降低成本,过去多用镨钕富集物为原料,故称镨钕刚玉砂轮。

镨在光纤领域的用途也越来越广,已开发出在1300~1360nm谱区起放大作用的掺镨光纤放大器(PDFA),技术日趋成熟。PDFA以其优异的性能价格比,对我国当前大量铺设的1550nm的CATV系统光纤有线电视的兴建改造与系统升级有着重大的实际意义。PDFA将从根本上改变现有的1550nmCATV的网络格局,使1310nmCATV系统在HFC系统改造中成为替代1550nm系统的理想选择。

镨盐(草酸或碳酸盐)经高温灼烧,可形成棕黑色的氧化物Pr6O11,其构成就如同4个PrO2和1个Pr2O3的组合,表明镨有很强的呈正4价倾向。将氧化镨加入硅酸锆中会呈亮黄色,可用作陶瓷颜料-镨黄。镨黄(ZrO2-Pr6O11-SiO2)被认为是最好的黄色陶瓷色料,在高达1000℃仍保持稳定,可用于一次性或重烧工艺。镨进入硅酸锆晶格,占材料成份约5%。镨黄被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷着色,可单独作釉下颜料,也可与陶瓷釉混合制成色釉,其着色鲜艳亮丽,色泽纯正,随含镨量的多少,可深至琥珀黄,浅至乳白黄,用其代替传统的钒锡黄和钒锆黄,可克服原先的褐色调,用来制作卫生和建筑陶瓷,色调高洁淡雅。用其可制作独特的仿象牙工艺美术和日用陶瓷,色彩亮丽精美,深受陶瓷业的青睐。我国、意大利和西班牙,作为建筑瓷砖的主要生产国,都拥有很大的镨黄消费市场。通过氧化镨与其他元素配伍,还能调配出锆镨钒绿、锆镨钒橙等陶瓷色料。调整氧化镨与五氧化二钒的比例,还可制作出黄色与天蓝之间色调的陶瓷色料。在镨黄中加入CeO2,能形成略带红色的娇黄色。全球用作镨黄为主的陶瓷着色剂消费的氧化镨估计上千吨。

镨还被用作玻璃着色剂,色彩丰富,也有很大的潜在市场。可制得具有鲜亮韭绿和葱绿色彩的“镨绿”玻璃制品,既可制作绿色滤光片,又可用于工艺美术玻璃。在世界闻名的意大利威尼斯和捷克的水晶玻璃中都会看到镨的亮绿色彩。在玻璃中加入氧化镨和氧化铈,可用作电焊用的护目镜玻璃。硫化镨还有望成为实用的绿色塑料着色剂。

元素符号Pr

英文名称Praseodymium

原子序数59

相对原子质量(12C = 12.0000)140.90765

发现年代

1885年

发现人

Baron Auer von Welsbach (奥地利,维也纳)

原子半径(?):2.67

离子半径(?):1.013

共价半径(?):1.65

氧化态:3,4

原子体积cm3/mol:20.8

电子构型: 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10f3 5s2p6 6s2

物理性质

状态:软的银白色金属

熔点(℃):931

沸 点(℃): 3512

比 热(J/gK):0.19

密度 (g/cc,300K):6.77

熔化热(KJ/mol):6.89

蒸发热 (KJ/mol):296.8

导电率(106/cm Ω): 0.0148

导热系数 (W/cm K ): 0.125

地质

数据

丰度

海水中(ppm).:

地壳 (ppm.):9.5

大西洋表面:4 × 10-7

大西洋深处:7 × 10-7

大气(p.p.m.)/体积:

太平洋表面:4.4 × 10-7

太平洋深处:10 × 10-7

人体中含量(ppm):

器官中:非常低

人(70Kg)均体内总量(mg):非常低。

日摄入量/mg: 未知

工业矿物:

主要产地

混合性(氟碳铈+独居石)

中国内蒙古自治区包头白云鄂博矿山

氟碳铈矿(Bastnaesite)

CeLaFCO3(轻稀土)

美国芒廷帕斯矿山(加利福尼亚)

中国四川冕宁、山东微山

独居石(Monazite )

(CeLaTh)PO4(轻稀土)

澳大利亚韦尔德山、东西海岸海滨沙矿

印度西南海滨沙、中国广东和台湾海滨沙

稀土磷灰石

俄罗斯科拉半岛

铈铌钙钛矿

俄罗斯托姆托尔碳酸岩风化壳稀土矿床

离子型矿(中钇富铕)

中国江西寻乌、广东平远

配分

Pr %

包头混合型矿

四川氟碳铈矿

中钇富铕离子型矿

广东南山海独居石

5—6

4—5

6—8

5—6

应用领域

金属、合金

钢铁与有色金属改性剂、永磁材料

混合氧化物

石油裂化催化剂、农用稀土、助染助鞣

单一氧化物

陶瓷和玻璃着色剂、光纤、抛光粉、塑料颜料、

有机化合物

化工催化剂、稳定剂和改性剂;饲料添加剂



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【知识】稀土元素铈(Ce)的用途

1)轻稀土(又称铈组):镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。

2)重稀土(又称钇组):铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。

铈组与钇组之别,是因为矿物经分离得到的稀土混合物中,常以铈或钇比例多的而得名。

稀土金属(rare earth metals)又称稀土元素,是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称,常用R或RE表示。它们的名称和化学符号是钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。它们的原子序数是21(Sc)、39(Y)、57(La)到71(Lu)。

铈(Ce)“铈”这个元素是由德国人克劳普罗斯,瑞典人乌斯伯齐力、希生格尔于1803年发现并命名的,以纪念1801年发现的小行星-谷神星。


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【知识】稀土储氢材料

人们很早就发现,稀土金属与氢气反应生成稀土氢化物REH2,这种氢化物加热到1000℃以上才会分解。而在稀土金属中加入某些第二种金属形成合金后,在较低温度下也可吸放氢气,通常将这种合金称为贮氢合金。在已开发的一系列贮氢材料中,稀土系贮氢材料性能最佳,应用也最为广泛。其应用领域已扩大到能源、化工、电子、宇航、军事及民用各个方面。用于化学蓄热和化学热泵的稀土贮氢合金可以将工厂的废热等低质热能回收、升温,从而开辟出了人类有效利用各种能源的新途径。利用稀土贮氢材料释放氢气时产生的压力,可以用作热驱动的动力,采用稀土贮氢合金可以实现体积小、重量轻、输出功率大,可用于制动器升降装置和温度传感器。

石油和煤炭是人类两大主要能源燃料,但由于它们储量有限,使用过程中产生环境污染等问题,因此解决能源短缺和环境污染成为当今研究的重点之一。氢是一种完全无污染的理想能源材料,具有单位质量热量高于汽油两倍以上的高能量密度,可从水中提取。氢能源开发应用的关键在于能否经济地生产和高密度安全制取和贮运氢。

典型的贮氢合金LaNi5是1969年荷兰菲利浦公司发现的,从而引发了人们对稀土系储氢材料的研究。


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【知识】稀土元素镨(Pr)的用途

镨(Pr) 大约160年前,瑞典人莫桑德从镧中发现了一种新的元素,但它不是单一元素,莫桑德发现这种元素的性质与镧非常相似,便将其定名为“镨钕”。“镨钕”希腊语为“双生子”之意。大约又过了40多年,也就是发明汽灯纱罩的1885年,奥地利人韦尔斯巴赫成功地从“镨钕”中分离出了两个元素,一个取名为“钕”,另一个则命名为“镨”。这种“双生子”被分隔开了,镨元素也有了自己施展才华的广阔天地。镨是用量较大的稀土元素,其用于玻璃、陶瓷和磁性材料中。

金属镨

镨黄(釉用) 原子红(釉用)

镨的广泛应用:

(1)镨被广泛应用于建筑陶瓷和日用陶瓷中,其与陶瓷釉混合制成色釉,也可单独作釉下颜料,制成的颜料呈淡黄色,色调纯正、淡雅。

(2)用于制造永磁体。选用廉价的镨钕金属代替纯钕金属制造永磁材料,其抗氧性能和机械性能明显提高,可加工成各种形状的磁体。广泛应用于各类电子器件和马达上。

(3)用于石油催化裂化。以镨钕富集物的形式加入Y型沸石分子筛中制备石油裂化催化剂,可提高催化剂的活性、选择性和稳定性。我国70年代开始投入工业使用,用量不断增大。

(4)镨还可用于磨料抛光。另外,镨在光纤领域的用途也越来越广。


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【知识】稀土金属的用途和消费

目前,稀土的消费领域主要有:催化(石油化工、汽车尾气净化),冶金,玻璃陶瓷,永磁体、荧光粉、镍/金属氢化物电池等新材料。主要的消费国家有中国、美国、西欧、日本。

20 世纪 90 年代以来,随着汽车、计算机、消费类电子产品以及移动式电子装置需求的增长, 使得稀土的应用,尤其是在汽车尾气催化剂、永磁体和充电电池中的应用持续增加。1992 年世界总消费量约 38500t(姚钰,1994),2002 年为 83000t,比 1992 年增加 44500t,增长115.58%(表 1)。

表1  中国美国稀土消费量    单位:t(REO)

我国自 1998 年起稀土消费量就已超过美国一直居于世界第一位。2002 年我国稀土产品消费量为22000t,比 2001 年下降 2.65%,占世界总消费量的 26.51%。其中,高科技材料的用量为 6000t,占全国总消费量的 27.27%;冶金及机械 5400t,占 24.55%;石油与化工 4500t, 占 20.45%;农业、轻工和纺织 3300t,占15.00%;玻璃和陶瓷 2800t,占 12.73%。

日本是世界上稀土研究开发水平最高的国家,其稀土应用领域主要集中在永磁体、荧光粉、镍氢电池、抛光粉和防紫外线辐射玻璃等高新技术产业上。2002 年稀土产品消费量 约 17500t,居世界第二。按视消费量统计,2002 年美国视消费量为 11000t,比 2001 年减少 4100t,下降27.15%,居世界第三。按用途分其消费比例为:石油精炼催化剂 27%(2001 年为 16%),玻璃 抛光和陶瓷 23%(2001 年为 34%),汽车尾气净化催化剂 21%(2001 年为 15%),冶金添加剂和合 金 15%(2001 年为 14%),永磁材料 5%(2001 年为 8%),用于照明设备、电视、计算机显示器、 雷达和 X-光片等稀土荧光粉 4%(2001 年为 9%),其他 5%。与 2001 年相比,需求总量虽然下 降,但石油催化、汽车尾气净化所占的消费比例出现较大幅度增长。

欧洲稀土年消费量约 10000t,主要消费领域是汽车尾气净化催化剂和玻璃抛光粉等。


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【知识】稀土提取新工艺

南方冶金学院最近研制出一种稀土提取新工艺,其流程为“浸出-浓缩-沉淀”。稀土的沉淀剂采用液氮和碳酸氢铵。沉淀出的稀土经灼烧获混合稀土氧化物。据称该工艺稳定性好,试剂耗量小,稀土回收率高,若按日处理600吨,含量为0.8毫升的稀土,每年可多产稀土氧化物15吨,年节约成本90万元,合计新增效益200多万元。


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【知识】稀土精矿分解工艺

含稀土的原矿岩经过选矿后所到的高稀土品位的产物称为稀土精矿。表1中列出的是我国生产的稀土精矿的化学成分。

精矿中的稀土与原矿岩中的稀土的赋存形态基本相同,仍然是难溶于水和一般条件下的无机酸的化合物。为使其易溶于水和无机酸,以便于从中回收稀土,工业上依据精矿中稀土存在的形态而采用相应的方法,将稀土矿物转化为易于提取稀土的化合物。这样一个将稀土矿物转化为易于提取稀土的化合物的过程称为精矿分解,稀土化合物中REO与稀土精矿的REO之比的质量百分数成为精矿分解率。

稀土精矿的主要化学成分表

精矿名称

产地

REO

TFe(Fe2O3)

P(P2O5)

CaO

BaO

SiO2

ThO2

U3O8

其他元素

氟碳铈矿

四川冕宁

60.12

(0.61)

 

0.46

11.45

 

0.230

 

含F6.57

混合型矿

内蒙包头

50.40

3.70

3.50

5.55

7.58

0.56

0.219

 

含F5.90

独居石

中南某地

60.30

(1.80)

(31.50)

 

 

1.46

4.70

0.22

 

磷钇矿

南方某地

55

0.5

(26~30)

1.0

 

3

1~2

 

 

含钨

磷钇矿

南方某地

10~20

10~20

(5~8)

 

1

 

3~10

0.5~1

含WO3 

15~25

褐钇铌矿

广西

24.27

 

2.10

 

 

5.20

10.50

2.47

含(NbTa)2O5 20.05

褐钇铌矿

湖南

20.82

 

1.96

 

 

4.43

5.60

2.24

含(NbTa)2O3 26.99

褐铌铌矿

广东

30.66

 

1.33

 

 

2.56

5.00

2.19

含(NbTa)2O3 26.99

 

精矿分解的方法很多,概括起来可以分为酸分解法、碱分解法、氧化焙烧法和氯化法四大类。

一、酸分解法包括硫酸、盐酸和氟氢酸分解等。硫酸分解法适用于处理磷酸盐矿物(如独居石、磷钇矿)和氢碳酸盐矿物(氟碳铈矿)。盐酸分解法应用有限,只适于处理硅酸盐矿物(如褐帘石、硅铍钇矿)。氢氟酸分解法适于分解铌钽酸盐矿物(如褐钇铌矿、铌钇矿)。酸分解法的特点是分解矿物能力强,对精矿品位、粒度要求不严,适用而广,但选择性差,腐蚀严重,操作条件差,三废较多。

二、碱分解法主要包括氢氧化钠分解和碳酸钠焙烧法等,它适合对稀土磷酸盐矿物和氟碳酸盐矿物的处理。对于个别难分解的稀土矿物亦有采用氢氧化钠熔合法的。碱法分解的特点是工艺方法成熟,设备简单,综合利用程度较高。但对精矿品位与粒度要求较高,污水排放量大。

三、氧化焙烧方法主要用于氢碳铈矿的分解。焙烧过程中氢碳铈矿被分解成稀土氧化物、氟氧化物、二氧化碳及氟的气态化合物,其中三价的铈氧化物同时被空气中的氧进一步氧化成四价的氧化物。该方法的缺点是氟以气态化合物随焙烧尾气进入大气中,对环境有一定的污染。优点是焙烧过程中无须加入其他的焙烧尾气进入大气中,对环境有一定的污染。优点是焙烧过程中无须加入其他的焙烧助剂,并且利用四价铈三价稀土元素的化学性质上的差别。可以采用硫酸复盐沉淀或盐酸优先溶解三价稀土元素的措施,优先将占稀土配分约50%的铈提取出来。这使得进一步的稀土萃取分离工艺过程简化,生产成本降低。

碳酸钠焙烧法、氧化钙焙烧法以及在焙烧过程中具有使三价铈化物被进一步氧化成四价的氧化物特点的分解方法都具有优先分离铈优点。

四、氯化法分解稀土精矿可以直接制得无水氯化稀土,其产品可用于熔盐电解制取混合稀土金属。氯化是指将碳与稀土精矿混合,制团,在竖式氯化炉的高温下直接通入氯气的过程。根据生成不同氯化物的沸点差异,可同时得到三种产物:稀土、钙及钡等金属的氯化物,呈熔体状态流入氯化物溶盐接收器;低沸点的氯化物(钍、铀、铌、钽、钛、铁、硅等)为气态产物,从熔盐中挥发后,被收集在冷凝器内,再综合回收;未分解的精矿与碳渣等高沸点成分则为残渣。氯化法目前由于设备的需氯腐蚀材料较难解决,放射性元素钍分布在三种产物中,所得熔盐成分复杂,劳动条件较差等问题的存在而在我国尚为被工业采用。

稀土精矿的分解方法很多,工业生产中通常根据下列原则选择适宜的工艺流程:

(一)根据精矿中稀土矿物的化学性质、稀土品位、其他非稀土化学成分等特点,先择分解方法,以求得高的分解率。

(二)由产品方案、原材料的供应和价格以及消耗情况,优化工艺过程以求得高的经济效益。

(三)便于回收有价元素和综合利用,有利于劳动卫生与环境保护。


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【知识】离子型稀土矿的开采方法和成本

离子型稀土第一代提取工艺,可简述为"异地提取工艺",或归结为"池浸工艺"。其主要工艺过程为:表土剥离→开挖含矿山体、搬运矿石→浸矿池→将按一定比例(浓度要求)配置的电解质溶液作为"洗提剂"或"浸矿剂",加入浸矿池,溶液对池中含"离子相"稀土矿石进行"渗滤洗提"或"淋洗"→溶液中活泼离子与稀土离子交换,"离子相"稀土从含矿载体矿物中交换出来,成为新状态稀土;加入"顶水",获含稀土母液;母液经管道或输液沟流入集液池或母液池,然后进入沉淀池;浸矿后废渣从浸矿池中清出,异地排放→在沉淀池中加入沉淀剂、除杂剂,使稀土母液中稀土除杂、沉淀,获混合稀土;池中上清液经处理后,返回浸矿池,作"洗提剂"循环使用→混合稀土经灼烧,获纯度≥92%的混合稀土氧化物。由上可见,本工艺过程中的技术关键词是:"表土剥离"、"开挖含矿山体"、"矿石搬运"、"浸矿池"、"洗提剂"、"异地渗滤洗提"、"离子交换"、"含稀土母液"、"尾砂异地排放"、"母液池"、"沉淀池"、"沉淀剂、除杂剂"、"沉淀、除杂"、"混合稀土"、"上清液返回"、"灼烧"、"REO≥92%混合稀土氧化物"。

"池浸工艺"与传统的生产工艺相比较,其第一、二、三道工序过程相似于矿产资源开采中传统的采矿专业的各作业工序;第三、四、五道工序过程相似于传统选矿专业和湿法冶金专业相结合的各作业工序;自第五道工序过程以后的各工序,属于传统湿法冶金专业的各作业工序。其中,第三道工序中的"浸矿池",起着联系传统采矿、选矿专业作业的作用,类似于矿山选厂的"原矿仑";而第五道工序中的"沉淀池",却起着联系传统选矿、湿法冶金专业作业的作用,类似于湿法冶金企业的"原料仑"。

由此,相似于传统选矿专业的主要选别过程,是在"浸矿池"中完成,而且作为本工艺的中间制品,在此获得含稀土的母液;而属于传统湿法冶金专业的典型湿法冶金过程,则主要在"沉淀池"中进行,并由此获得"稀土精矿"的初级产品"混合稀土";再经灼烧处理后即可获得"稀土精矿"终级产品REO≥92%的混合稀土氧化物。

进而言之,上述作业过程中,先后在三个典型的作业过程中,分别获得了"中间制品"、"初级产品"和"终级产品"。亦即,在"浸矿池"中,通过离子交换,制得含稀土的母液;在"沉淀池"中,通过沉淀,制得混合稀土;在"灼烧"中,制得混合稀土氧化物。因此,为了确保离子型稀土的产品质量,主要应从这三个关键性作业过程中把好技术关。

在此工艺中,所获得的"稀土精矿"产品,已不再是传统概念中的"稀土精矿"矿产品,而是纯度相对较高的"混合稀土氧化物"产品。严格地说,离子型稀土矿山获得的终级产品,已不再从属于"矿产品",而是湿法冶金范畴的产品。显然,其产品档次,比传统矿山开采的产品,已大大地提高了一步。

以上工艺流程结构,是稀土矿产资源开发利用中一种崭新的工艺。它彻底打破了稀土资源开发的传统工艺,而将多种专业和工艺集于一体,在矿山就直接制得纯度较高的混合稀土氧化物产品。应用这种生产工艺,而生产的产品质量指标,是此前稀土生产工艺难以达到的。可见,以这种产品作为原料,对于稀土冶炼的进一步深加工是十分有利的。

然而,世间任何事物往往都具有"两重性"。离子型稀土拥有非常突出的优势的一面,同时又由于它的赋存特征和工艺特征,而决定了它不令人满意的另一面。伴随着"池浸工艺"工业化生产后,导致出现一些非常尖锐和突出的问题:一是对生态环境破坏大。由于离子型稀土广泛赋存于地表浅层,展布面积大,再加上"池浸工艺"本身要求,该生产工艺实际上是一个"搬山运动"。据统计,每生产一吨混合稀土氧化物,约需消耗1,201~2,001吨矿石,同时还将伴随产生尾砂1,200~2,000吨,砂化面积约1亩。二是资源利用率低,资源浪费大。为便于矿石的采、运以及尾砂的排放,降低成本,节省投资,许多矿山的"浸矿池"建在山坡矿体的中下部,"浸矿池"以下的含矿矿体,被所建生产系统"压矿",尤其是如若被尾砂覆盖后,则更难于开采。据资料,该工艺表内资源利用率一般不达50%,低者仅25~30%左右。


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【知识】稀土元素铥(Tm)的用途

稀土的分类

1)轻稀土(又称铈组):镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。

2)重稀土(又称钇组):铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。

铈组与钇组之别,是因为矿物经分离得到的稀土混合物中,常以铈或钇比例多的而得名。

稀土金属(rare earth metals)又称稀土元素,是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称,常用R或RE表示。它们的名称和化学符号是钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。它们的原子序数是21(Sc)、39(Y)、57(La)到71(Lu)。

铥(Tm) 铥元素是1879年瑞典的克利夫发现的,并以斯堪迪那维亚(Scandinavia)的旧名Thule命名为铥(Thulium)。

铥的主要用途有以下几个方面:

(1)铥用作医用轻便X光机射线源,铥在核反应堆内辐照后产生一种能发射X射线的同位素,可用来制造便携式血液辐照仪上,这种辐射仪能使铥-169受到高中子束的作用转变为铥-170,放射出X射线照射血液并使白血细胞下降,而正是这些白细胞引起器官移植排异反应的,从而减少器官的早期排异反应。

(2)铥元素还可以应用于临床诊断和治疗肿瘤,因为它对肿瘤组织具有较高亲合性,重稀土比轻稀土亲合性更大,尤其以铥元素的亲合力最大。

(3)铥在X射线增感屏用荧光粉中做激活剂LaOBr:Br(蓝色),达到增强光学灵敏度,因而降低了X射线对人的照射和危害,与以前钨酸钙增感屏相比可降低X射线剂量50%,这在医学应用具有重要现实的意义。

(4)铥还可在新型照明光源 金属卤素灯做添加剂。

(5)Tm3+加入到玻璃中可制成稀土玻璃激光材料,这是目前输出脉冲量最大,输出功率最高的固体激光材料。Tm3+也可做稀土上转换激光材料的激活离子。 

金属铥

铥锭


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