Технология переработки редкоземельного сырья

Обогащение редкоземельного сырья
Дробление
Измельчение
Классификация (крупные – мелкие частицы)
Гравитац. обогащение (лопарит-4,8г/см3, прим.<3г/см3)
Коллективный концентрат (30-40% минералов РЗЭ)
Обезвоживание
Сушка
Электростатическая сепарация (пров-ки - диэл-рики)
Эл.магнитная сепарация
Концентрат (93-96% лопарита)
Извлечение 75-80%.

Обогащение руды
крупное дробление:
dисх = 300 – 1500 мм
dкон = 100 – 300 мм
среднее:
100 – 300
10 – 50
мелкое:
10 – 50
2 – 10
тонкое:
2 – 10
0,3 – 0,07

Измельчение руды
Рисунок 1 – Шаровая диафрагмовая мельница:
1 – корпус (барабан); 2 – 3 – торцевые крышки; 4 – подшипники;
5 – зубчатый венец; 6 – плиты; 7 – загрузочная цапфа; 8 – разгрузочная цапфа;
9 – диафрагма; 10 – лифтёры; 11 – шары

Сгущение пульпы на гидроциклоне
Рисунок 2 – Гидроциклон:
1 – цилиндрическая часть корпуса; 2 – коническое днище; 3 – штуцер для подачи суспензии; 4 – штуцер для вывода шлама; 5 – патрубок; 6 – перегородка; 7 – штуцер для вывода слива

Спиральный классификатор
Рисунок 3 – Схема спирального классификатора:
1 – корыто; 2 – спираль; 3 – сливной порог

Отстойник Дорра – сгуститель пульпы
Рисунок 4 – Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой:
1 – корпус; 2 – кольцевой желоб; 3 – мешалка; 4 – лопасти с гребёнками; 5 – труба для подачи исходной суспензии; 6 – штуцер для вывода осветлённой жидкости; 7 – разгрузочное устройство для осадка; 8 - электродвигатель

Грохоты
Рисунок 5 – Барабанный и качающийся грохот
1 – барабан 1 – эксцентрик
2 – центральный вал 2 – корпус
3 – опорная стойка

Химический состав основных рудных минералов
Монацит (La, Ce…)PO4
50-68% Ln2O3, 22-31% P2O5, 5% Y2O3, 7% ZrO2, 6% SiO2, до 35%ThO2, 0,1-0,3% U.
Бастнезит (La,Ce,Pr)CO3F
37-40%Ce2O3, 36%(La,Nd,Pr)2O3 , 20% CO2, 2-8%F.
Лопарит (Na,Ca,Ce)(Ti,Nb,Ta)O3
39-40%TiO2, 32-34% Ce2O3+La2O3, 8-10%Nb2O5+Ta2O5,4-5%CaO,7-9% Na2O, 0,5-06%ThO2.

Способы переработки редкоземельных концентратов
Сернокислотный (монацит). Основан на разложении конц-та H2SO4 и разделении ценных компонентов с использованием различия в растворимости простых и двойных сульфатов.
Щелочной (монацит). Основан на разложении конц-та NaOH с выделением Na3PO4·12H2O в виде товарной продукции и разделением Th и РЗЭ на ранней стадии.
Хлорный (лопарит). Основан на хлорировании конц-та хлором при 800-1000°С в присутствии древесного угля и кокса в расплаве солей хлоридов NaCl-KCl с отделением летучих хлоридов Ti, Nb, Ta. Хлориды РЗЭ остаются в расплаве и перерабатываются отдельно.

Сернокислотный способ переработки монацита
1 Сульфатизация
2LnPO4+3H2SO4=Ln2(SO4)3+2H3PO4 230 -250°С
Th3(PO4)4 + 6H2SO4= 3Th(SO4)2 + 4H3PO4
2 Выщелачивание спека водой. Т:Ж=1:5
В растворе РЗЭ,Th, H3PO4 H2SO4
3 Удаление мезатория
Р-р Ra2+ +BaCl2 = Р-р + Осадок (BaSO4 + RaSO4)
Н.О. SiO2 ZrSiO4 TiO2 FeTiO3
4 Выделение РЗЭ в виде двойных сульфатов легкой группы РЗЭ
Р-р Ln2(SO4)3+Na2SO4+2H2O=2Na[Ln(SO4)2]·2H2O
5 Осадок двойных сульфатов разлагают щелочью
2Na[Ln(SO4)2]+6NaOH=2Ln(OH)3+4Na2SO4
6 Прокалка гидроксидов до оксидов
7 Р-р с подгруп.-Y +H2C2O4=Осадок Th(C2O4)2+Ln2(C2O4)
90% 10%

Щелочной способ переработки монацита
1 Разложение концентрата
LnPO4+3NaOH=(осадок) Ln(OH)3+Na3PO4 200°С 4 ч.
Th3(PO4)4+12NaOH=Th(OH)4+4Na3PO4
В растворе (PO4)3-
В осадке Th+РЗЭ-гидроксиды
2 Очистка РЗЭ от Th и U.
Вариант I
Смесь гидроксидов+HCl=LnCl3 (р-р)+Th(OH)4+Na2U2O7
Вариант II
Смесь гидроксидов+HClизб.=LnCl3 +ThCl4+UO2Cl2(р-р)
LnCl3+Th4+ (UO2)2++NH4OH=Th(OH)4+(NH4)2U2O7+LnCl3 р-р

Хлорный способ переработки лопарита
1 Хлорирование
CaNaLn[Ti(NbTaFe)]O3+C+Cl2=Хлориды+CO+CO2
Плав KCL-NaCl содержит хлориды Ln,Ca,Sr,Mg,Fe,Th,U.
2 Очистка РЗЭ от Th,U и Fe.
-растворение плава в воде (60-70°С);
-осаждение гидроксидов Th,U и Fe при рН 3,5-4,5. (РЗЭ рН6,2-8,2);
- нейтрализация 5% NH4OH до рН 4,0-4,5 при 70-80°С;
- осаждение мезатория (228Ra) с BaSO4
-осаждение суммы карбонатов РЗЭ (на разделение);
3 Разделительная конденсация парогазовой смеси летучих хлоридов Ti,Nb,Ta,Fe,Si, а также CO2

Разделение суммы РЗЭ экстракцией
«+»:
получение высококачественных соединений
большая производительность процесса
В качестве экстракторов для разделения РЗЭ чаще всего применяют смесители-отстойники ящичного типа
В большинстве известных экстракционных систем коэффициенты разделения (3 соседних РЗЭ, как правило, невелики (1,06—2,5), и для разделения необходимо применять многоступенчатые каскады. В качестве экстрагентов используют кислые алкилфосфаты (Д2ЭГФК) и нейтральные экстрагенты (100%ТБФ)

Экстракция нейтральным экстрагентом
Образуются комплексные соединения состава:
Состав комплексов зависит от рН раствора.
Ниже приводятся схемы экстракционного разделения редкоземельных элементов на индивидуальные.

Принципиальная схема разделения РЗЭ