稀土湿法冶金工业中的化工问题

稀土湿法冶金工业中的化工问题

尹国婧 邹圣洁

赣州福默斯科技有限公司 341000

摘要：稀土资源作为重要的工业生产元素之一，在冶金、化工、精密仪器、航空设备、船舶以及新能源汽车等诸多领域被广泛应用，并发挥着关键性作用。我国作为稀土资源大国，在稀土资源冶炼分离技术方面发展相对成熟，现有的技术体系已经基本实现了对稀土资源的高效利用，因此要想实现绿色化、可持续发展，最为关键的就是解决稀土湿法冶金工业中面临的化工问题，这也是稀土资源开发利用的主要研究方向。鉴于此，本文主要针对稀土湿法冶金工业中的化工问题展开研究，先分析稀土的提取工艺、稀土的分离流程，然后论述新的稀土分离工艺和高纯稀土分离方法，主要包括新的稀土萃取体系研究、高纯稀土的新分离方法研究，旨在确保经济效益和社会效益的稳步提升，为我国稀土工业提供更为广阔的发展空间。

关键词：稀土；湿法冶金；分离流程

前言：我国具有丰富的稀土资源，而且品种齐全且分布广泛，现阶段，在稀土湿法冶金工业领域中，我国稀土化学和化工的研究人员投入了较多的时间和精力，构建的生产流程极具特色，这对于稀土工业的发展具有极大的促进作用。在科学技术发展的强大推动下，高纯单一稀土得到了广泛应用，稀土在高技术新材料产业中扮演着重要角色，在诸多领域中得到了广泛应用，如军工、能源等科学，与人类日常生活之间形成了密切联系。

1稀土及稀土冶金概述

1.1稀土概念

我国是一个稀土大国，稀土的储存量和产量在世界上均位居前列。稀土主要是由元素周期表中的镧系元素和钪、钇共十七种金属元素组成的。因为稀土有着非常好的电、磁和光等特性，在生物、信息及国防建设等领域有着广泛的应用。

1.2稀土冶金方法

通常而言，稀土冶金方法有两种，即湿法冶金和火法冶金：

湿法冶金属于化工冶金方式，全流程大多处于溶液、溶剂之中，如稀土精矿的分解、稀土氧化物、稀土化合物、单一稀土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稀土元素的通用工艺，湿法冶金流程复杂，湿法冶炼产出的稀土产品不仅纯度高,而且其应用面更为广阔。

火法冶金工艺过程简单，生产率较高。稀土火法冶炼主要包括硅热还原法制取稀土合金、熔盐电解法制取稀土金属或合金、金属热还原法制取稀土合金等。火法冶金的共同特点是在高温条件下生产。

2稀土湿法冶金工业中的化工问题

2.1稀土的提取工艺

在世界稀土资源中，氟碳铈矿占有较高的比例，在精矿处理过程中，硫酸焙烧法得到了广泛应用，以此来为氯化稀土产品的制取创造有利条件。分析该该工艺存在的问题，钍的综合回收水平并不高，产生的含钍放射性渣与排放标准并不相符，且渣量大，这与环境保护理念是背道而驰的。与此同时，烧碱分解法、氧化焙烧化学法提铈工艺也具有较高的应用价值。当前某些地区的氟碳铈矿储量比较丰富，为了不断提高提取稀土效率，广泛应用以上两种方法。在获得中、重稀土元素方面，南方离子吸附型稀土矿这一资源非常关键，其中，硫酸铵一草酸提取工艺得到了广泛应用，该方法具有较高的生产成本，仅仅草酸的费用就比较高，出现了严重的能耗现象，而且环境污染程度较高。目前环烷酸离心萃取法得到了广泛应用，这在制得的稀土溶液中得到了充分体现，其稀土浓度最高为250g／l，与后续分离工艺具有较高的衔接性。根据相关试验研究了解到，环烷酸离心萃取工艺可以将生产成本控制在合理范围内，满足能耗的节约化需求，而且对于矿山环境的改善也具有极大的帮助。要想不断提高工业生产规模化水平，化工问题是必须要解决的，在萃取工艺方面，离心萃取器属于重要设备之一，其工艺参数的匹配、调控等不容忽视。

2.2稀土的分离流程

首先，萃取设备。对于混合澄清槽来说，易操作性特点显著，作为萃取设备之一，在我国稀土生产中得到了广泛应用。要想不断提高槽体效率，物相在混合室的停留时间要延长一些，同时澄清时间的增加也是至关重要的，从而不断增大槽体总体积。一般来说，澄清室的体积比明显低于混合室的体积比。分析其原因，主要是因为分散相颗粒小，聚集分相的难度性较高。要想将分离效率提升上来，国内外学者积极改进混合澄清萃取器，如加强静电凝聚法的应用，有助于相分离过程的加速创造有利条件。基于稀土生产厂视角，应保证萃取器与槽体体积小、有机相夹带损失小等需求相符，以此来不断提高萃取工艺优化水平。其次，萃取动力学。要想不断提高稀土分离厂设计水平，不仅要加强溶剂萃取法主体技术的应用，而且还要对萃取和反萃取所需的时间进行高度平衡。现阶段，P507一HCI萃取稀土体系得到了广泛应用，如果稀土元素的原子序数出现增加，会明显增加其萃取平衡所需时间，在萃取平衡的带动下，相邻元素的β值会达到最大值。分析重稀土的萃取分离，主要基于非平衡条件下开展。最后，自动化控制。自动控制，在溶剂萃取流程的设计中具有较高的应用价值，在发达国家，在线分析和自动控制广泛应用于诸多萃取工厂，以此来不断提高工艺状态的优化水平，且具有成本低廉这一优势。针对于我国的稀土生产厂，其分离工艺比较先进，但在生产过程的控制方面，主要基于手工方式，生产能力水平并不高。

3新的稀土分离工艺和高纯稀土分离方法研究

3.1新的稀土萃取体系研究

虽然当前的萃取剂和萃取体系较多，但是在稀土工业生产中，所使用的萃取剂并不多，如TBP、环烷酸等。所以对于萃取剂的结构及萃取机理必须要进行深入研究。通常来说，一个新的萃取工艺的实验室研究到工业生产上，应用时间至少需要7年。比如某一有机化学研究所合成P507，这对于开拓P507分离稀土的工艺具有强大的扶持作用，然后相继推出P507萃取分离稀土工艺、以P507萃取法则是稀土分离流程。

3.2高纯稀土的新分离方法研究

首先，液膜萃取分离法。液膜萃取的快速性和简便性等优势显著，尤其对于膜萃取，其作为全新的分离技术之一，密切融合了膜过程和液-液萃取过程。通过研究发现，现有离子型稀土矿的生产工艺，要进行不断创新，旨在将稀土质量提升上来，避免投入较多的成本。其次，新的色层分密法。当前，萃淋树脂、高效离心分布色层(HPCPC)等，在某些高纯单一稀土产品的制备中得到了广泛应用。同时还要合理选取萃取剂、淋洗剂等。

结束语：

总之，稀土资源作为工业生产中关键性的金属原料之一，其具有特殊的磁性、电学以及光学性质，在诸多高新技术领域发挥着关键作用，被称之为“工业维生素”。我国作为目前稀土资源储量、产量以及出口量最大的国家，在稀土资源选冶以及分离技术方面发展较快，形成了成熟稀土资源选冶与分离技术体系和完善的稀土资源产业链。故而，在稀土湿法冶金工业中，必须要注重化学及工程问题的解决，对于当前稀土生产流程，要进行不断创新，这样才能推动经济和社会效益的提升，实现我国稀土资源向生产应用的顺利转化。

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