稀土提取分离工艺流程及车间设计

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-14 阅读:283

以稀土矿为原料,采用化学方法,经分离、萃取和离子交换等工序,制备各类稀土化合物的稀土冶炼厂车间设计。稀土矿物主要有氟碳矿、独居石、离子吸附型稀土矿和矿。稀土矿物经分解后,从分解液中提取混合化合物,或直接分组分离成富集物及单一稀土化合物。

本车间的产品有:各种稀土富集物的氯化物、氟化物、硝酸盐、氢氧化物、氧化物,以及纯度≥99~99.99%的以氧化物为主的稀土化合物。

工艺流程选择稀土提取工艺采用一般化学法,分离工艺多采用液一液萃取法,少量高纯稀土的生产则采用液一液萃取法和离子交换法相结合,或用萃取色层法。

综合各种精矿,有代表性的稀土提取分离原则工艺流程见图。

进行稀土提取分离时,以包头混合稀土矿和氟碳铈镧矿为原料,采用硫酸焙烧经水浸液提取稀土化合物时,可用脂肪酸萃取,再用HCl溶液反萃而浓缩到REO约200g/L,继而用P204或P507萃取分组分离。此法更适用于将轻、中重稀土元素均分离成单一稀土的情况。也可以从水浸液中直接用P204。萃取分组分离。该法虽然工艺比较简单,但由于硫酸稀土浓度较低(仅达27~37g/L),设备容积太大而不经济。

独居石经烧碱浸煮后,得RE(OH)3经水洗、用HNO3全溶,然后用TBP萃取分离、稀土,稀土继续萃取分离,或转变成氯化物后,再用P204或P507萃取分离成单一化合物。

离子吸附型稀土精矿和磷钇矿用HCl(或HNO3)溶解后,进行P507萃取分组分离成单一化合物。

选择P204或P507的主要区别和出发点在于:P204对稀土元素的萃取分离系数略低于P507,反萃酸度较高,但P204的价格低于P507很多。一般情况,P204适合于轻稀土分组分离;而P507适合于中、重稀土全分离。在萃取工艺设计中,采用“三出口”或“多出口”技术,能在一个萃取体系中,得到一个或两个纯产品,同时得到一个或几个富集物,可以简化流程,减少设备。

的分离多利用Eu+3和Eu+2的化学性质的显著差别,而用粉将Eu+3还原成Eu+2进行分离,亦可再用P507萃取进一步纯化。

当以富集物为原料生产少量单一稀土时,可用P507萃淋树脂色层法,以简化设备和操作,减少厂房面积,降低产品成本。

设备选择稀土提取分离车间的主要设备有精矿焙烧窑和萃取槽等。

包头稀土矿和氟碳铈镧矿的焙烧,采用内热式回转窑。产能可按下式估算:

G=GVV,t/d

式中G为内热式回转窑的产能,t/d;V为回转窑的总容积,m3;GV为单位容积日产能,t/(m3•d),由半工业试验或根据相似生产用窑的统计数为依据确定。以重油为燃料的稀土硫酸焙烧窑的GV≈0.45t/(m3•d);窑体倾斜度为0.02~0.025,直径和长度比为D∶L=1∶19。

独居石烧碱浸煮的分解,采用蒸汽夹套加热或电热油浴的钢质槽。后者加热温度较高,有利于精矿分解。

稀土的分组和分离,多采用箱式混合澄清萃取槽。在分馏萃取体系中,箱式混合澄清萃取槽萃取段的混合室有效体积计算公式是:

V=Qτ,L

式中V为萃取段混合室有效体积,L;Q为某一生产规模的物料通量中,萃取料液、有机相、洗液流量总和,L/min;τ为由实验测得水相和有机相达到传质平衡所需的时间,min。

洗涤段和反萃段的混合室体积要小于萃取段体积,但在生产规模不大时,为便于加工和生产过程中对各段级数进行必要的调整,该混合室体积往往作成与萃取段的相同。萃取槽澄清室体积,由试验测得所需澄清时间确定。由于稀土元素物理化学性质彼此近似,分离系数小,萃取级数多,为了稳定和及时反映萃取参数,以稳定产品质量,提高回收率和成品率,在较大规模生产中,设置萃取闭环反馈的在线分析装置。生产批量较小、纯度要求高的稀土产品,也可采用离子交换柱。

车间组成与配置稀土提取分离车间,一般划分为精矿分解、稀土分离、化学处理和成品等几个工段。

1、精矿分解工段。以包头混合稀土矿和氟碳铈镧矿为原料的车间,

包括硫酸焙烧、焙烧尾气和水浸渣处理工段;以独居石为原料的车间,包括烧碱浸煮、酸溶和磷酸三钠回收工段;以离子吸附型稀土精矿为原料的车间,包括酸溶解和料液纯制、调整工段。

2、稀土分离工段。包括萃取料液、有机相和各种洗液、反萃液、淋洗液的配制和萃取分组分离工序。

3、化学处理工段。包括混合氯化稀土或萃取分组后的氯化轻稀土溶液的浓缩结晶、氢氧化物制备、萃取分离后各种纯度的稀土氯化物(硝酸盐)溶液进行草酸(或碳酸氢铵)沉淀、洗涤和过滤工序。一般还包括盐酸、草酸等试剂的精制工序。

4、成品工段。包括稀土草酸盐、碳酸盐和氢氧化物的烘干、煅烧和包装等。

稀土提取分离车间的配置,要尽量缩小少量放射性和各种有害气体的污染面,以保证人员安全卫生;避免车间内外各种环境因素互相干扰,以保证产品纯度;以及使繁多的管道尽量短捷和不交叉等。

技术特点:

1、稀土精矿多有微量放射性元素伴生,提取分离车间设计中,要考虑放射性的综合防治;以及因使用强酸强碱,对建筑物、设备、电器等要有严格的防腐要求。

2、稀土产品品种和规格繁多,产品市场需求经常变化,所以在设计中,必须充分考虑留有调整生产工艺的灵活性。

3、稀土元素的性质彼此差异很小,提取分离流程冗长,各种工艺参数控制状态,要经过较多工序才能反映到产品质量。为了保证产品质量稳定、提高产品回收率,设计中应特别注意稳定各工序工艺参数、加强中控分析,在关键部位可设置带反馈控制的在线分析装置。

主要技术经济指标因所用稀土精矿不同,产品品种和规格各异,工艺流程差别较大,加上管理水平因素,各厂技术经济指标差别也较大。

1、部分厂稀土产品单耗如表1。

2、部分厂稀土产品总回收率如表2。

标签: 稀土
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