การแยกและการทำให้บริสุทธิ์ของธาตุหายาก

ตั้งแต่ทศวรรษ 1950 เป็นต้นมา ชาวจีนแร่ธาตุหายากผู้ปฏิบัติงานด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีได้ดำเนินการวิจัยและพัฒนาอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับวิธีการสกัดตัวทำละลายเพื่อแยกแร่ธาตุหายากธาตุต่างๆ และมีผลงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์มากมายซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตแร่ธาตุหายากในอุตสาหกรรม ในปี 1970 N263 ประสบความสำเร็จในการใช้ในอุตสาหกรรมเพื่อสกัดและแยกอิตเทรียมออกไซด์ด้วยความบริสุทธิ์ 99.99% ทดแทนวิธีการแยกด้วยการแลกเปลี่ยนไอออนอิตเทรียมออกไซด์ต้นทุนน้อยกว่าหนึ่งในสิบของวิธีการแลกเปลี่ยนไอออน ในปีพ.ศ. 2513 มีการใช้การสกัด P204 แทนวิธีการตกผลึกใหม่แบบคลาสสิกเพื่อผลิตแสงออกไซด์ของธาตุหายาก; การสกัดแลนทานัมออกไซด์โดยใช้เมทิลไดเมทิลเฮปทิลเอสเทอร์ (P350) แทนวิธีการตกผลึกแบบเศษส่วนแบบคลาสสิก ในช่วงทศวรรษ 1970 กระบวนการสกัดและแยกแอมโมเนีย P507แร่ธาตุหายากองค์ประกอบและการสกัดอิตเทรียมด้วยกรดแนฟเทนิกถูกใช้ครั้งแรกในประเทศจีนแร่ธาตุหายากอุตสาหกรรมไฮโดรเมทัลลูร์จี การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการสกัดในประเทศจีนแร่ธาตุหายากอุตสาหกรรมนี้แยกจากการทำงานอย่างหนักของ Yuan Chengye และเพื่อนร่วมงานคนอื่นๆ จากสถาบันเคมีอินทรีย์เซี่ยงไฮ้ของสถาบันวิทยาศาสตร์จีนไม่ได้ สารสกัดต่างๆ (เช่น P204, P350, P507 เป็นต้น) ที่พวกเขาทำการวิจัยสำเร็จนั้นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม ทฤษฎีการสกัดแบบเรียงซ้อนซึ่งเสนอและส่งเสริมโดยศาสตราจารย์ Xu Guangxian จากมหาวิทยาลัยปักกิ่งในช่วงทศวรรษ 1970 มีบทบาทสำคัญในเทคโนโลยีการสกัดและการแยกของจีน ในเวลาเดียวกัน กระบวนการแยกที่ปรับให้เหมาะสมโดยใช้ทฤษฎีการสกัดแบบเรียงซ้อนก็ได้รับการเสนอและนำไปใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมแร่ธาตุหายากอุตสาหกรรมการสกัดและแยก

ในช่วง 40 ปีที่ผ่านมา จีนได้บรรลุความสำเร็จอันน่าทึ่งหลายประการในด้านแร่ธาตุหายากการแยกและการชำระล้าง

ในช่วงทศวรรษ 1960 สถาบันวิจัยโลหะที่ไม่ใช่เหล็กปักกิ่งประสบความสำเร็จในการศึกษาวิธีการลดความเป็นด่างของผงสังกะสีเพื่อผลิตสารที่มีความบริสุทธิ์สูงยูโรเพียมออกไซด์ซึ่งเป็นครั้งแรกในประเทศจีนที่สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ได้มากกว่า 99.99% วิธีการนี้ยังคงใช้ในหลากหลายแร่ธาตุหายากโรงงานเคมีเซี่ยงไฮ้ Yuelong มหาวิทยาลัย Fudan และสถาบันโลหะที่ไม่ใช่เหล็กทั่วไปปักกิ่ง ร่วมมือกันใช้กระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนในการสกัดเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของ N263 ด้วย P204 และสกัดและทำให้บริสุทธิ์เพื่อให้ได้ความบริสุทธิ์ 99.95%อิตเทรียมออกไซด์ในปีพ.ศ. 2513 P204 ถูกใช้เพื่อเพิ่มความเข้มข้นของ N263 และรับอิตเทรียมออกไซด์ด้วยความบริสุทธิ์มากกว่า 99.99% ผ่านการสกัดและการทำให้บริสุทธิ์ขั้นที่สอง

ตั้งแต่ปี 1967 ถึง 1968 โรงงานทดลองของ Jiangxi 801 Factory และ Beijing Nonferrous Metals Research Institute ได้ร่วมมือกันศึกษาขั้นตอนการใช้การสกัดกลุ่ม P204 – การสกัด N263 เพื่อสกัดออกไซด์อิตเทรียมได้สำเร็จ ในเดือนธันวาคม 1968 โรงงานแห่งนี้มีกำลังการผลิต 3 ตันต่อปีอิตเทรียมออกไซด์ได้สร้างโรงงานผลิตที่มีความบริสุทธิ์ 99%อิตเทรียมออกไซด์.

ในปี 1972 บริษัท 4 แห่งได้จัดตั้งทีมวิจัยขึ้น ได้แก่ สถาบันวิจัยโลหะที่ไม่ใช่เหล็กปักกิ่ง โรงงาน Jiangxi 806 สถาบันวิจัยโลหะที่ไม่ใช่เหล็กเจียงซี และสถาบันออกแบบโลหะที่ไม่ใช่เหล็กฉางชา หลังจากการทดลองวิจัยร่วมกันที่สถาบันวิจัยโลหะที่ไม่ใช่เหล็กปักกิ่งเป็นเวลา 2 ปี กระบวนการสกัดโลหะที่ไม่ใช่เหล็กได้ดำเนินการแล้วอิตเทรียมออกไซด์การใช้กรดแนฟเทนิกเป็นสารสกัดและแอลกอฮอล์ผสมเป็นสารเจือจางได้รับการศึกษาสำเร็จแล้ว

ในปีพ.ศ. 2517 สถาบันเคมีประยุกต์ชางชุนได้ค้นพบเป็นครั้งแรกว่าเมื่อแยกแร่ธาตุหายากองค์ประกอบที่ใช้การสกัดด้วยกรดแนฟเทนิกอิตเทรียมซึ่งตั้งอยู่ด้านหน้าแลนทานัมทำให้เป็นธาตุที่สกัดได้ง่ายที่สุดในบรรดาธาตุหายาก ดังนั้น เทคโนโลยีในการแยกอิตเทรียมออกไซด์มีการเสนอให้ใช้ระบบสกัดกรดแนฟเทนิกจากกรดไนตริก ในขณะเดียวกัน สถาบันวิจัยโลหะที่ไม่ใช่เหล็กปักกิ่งก็ดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับการแยกอิตเทรียมออกไซด์จากระบบกรดไฮโดรคลอริกโดยใช้กรดแนฟเทนิก และมีการทดลองเพิ่มเติมในโรงงานหนานชาง 603 และโรงงานจิ่วเจียง 806 ในปี พ.ศ. 2518 โดยใช้กรดลองหนานผสมออกไซด์ของธาตุหายากเป็นวัตถุดิบ ในปี พ.ศ. 2517 โรงงานเคมีเซี่ยงไฮ้ Yuelong มหาวิทยาลัย Fudan และสถาบันวิจัยโลหะที่ไม่ใช่เหล็กปักกิ่งได้ร่วมมือกันศึกษาการแยกอิตเทรียมออกไซด์อีจากมอนาไซต์ที่ผสมกันแร่ธาตุหายากของสีน้ำตาลอิตเทรียมแร่โคลัมเบียมใช้แร่หนักแร่ธาตุหายากสกัดและจัดกลุ่มโดยใช้ P204 เป็นวัตถุดิบ และอิตเทรียมออกไซด์อีถูกแยกออกโดยการสกัดด้วยกรดแนฟเทนิก การแข่งขันมิตรภาพจัดขึ้นในสามแนวรบ ซึ่งทุกคนได้แลกเปลี่ยนข้อมูล เรียนรู้จุดแข็งและจุดอ่อนของกันและกัน และในที่สุดก็ศึกษาขั้นตอนการสกัดและแยกกรดแนฟเทนิก 99.99% ได้สำเร็จอิตเทรียมออกไซด์อีที่มีลักษณะเฉพาะของจีน

ตั้งแต่ปีพ.ศ. 2517 ถึง พ.ศ. 2518 โรงงาน Nanchang 603 ได้ร่วมมือกับสถาบันเคมีประยุกต์ Changchun สถาบันทั่วไปของโลหะที่ไม่ใช่เหล็กปักกิ่ง สถาบันโลหะที่ไม่ใช่เหล็กเจียงซี และหน่วยงานอื่นๆ เพื่อศึกษาเกี่ยวกับโลหะรุ่นที่สามได้สำเร็จอิตเทรียมออกไซด์กระบวนการสกัดอี – การสกัดกรดแนฟเทนิกแบบขั้นตอนเดียวและการสกัดกรดที่มีความบริสุทธิ์สูงอิตเทรียมออกไซด์ง. เริ่มดำเนินการเมื่อปี พ.ศ. ๒๕๑๙.

ในการแข่งขันระดับชาติครั้งแรกแร่ธาตุหายากการประชุมเรื่องการสกัดที่จัดขึ้นที่เมืองเป่าโถวในปี 1976 นาย Xu Guangxian ได้เสนอทฤษฎีการสกัดแบบเรียงซ้อน ในปี 1977 ได้มีการจัดการประชุมระดับชาติเรื่องแร่ธาตุหายากทฤษฎีและการปฏิบัติของการสกัดแบบต่อเนื่องถูกจัดขึ้นที่โรงงานเคมี Yuelong เซี่ยงไฮ้ โดยเป็นการแนะนำทฤษฎีนี้อย่างเป็นระบบและครอบคลุม ต่อมาทฤษฎีการสกัดแบบต่อเนื่องถูกนำไปใช้ในการวิจัยและการผลิตการแยกและการทำให้บริสุทธิ์ของแร่ธาตุหายากอย่างกว้างขวาง

ในปีพ.ศ. 2519 สถาบันวิจัยโลหะที่ไม่ใช่เหล็กปักกิ่งใช้แร่เป่าโถวผสมกับแร่ธาตุหายากการสกัดซีเรียมจากวัสดุที่เสริมแต่ง วิธีการสกัด N263 ถูกนำมาใช้เพื่อแยกแลนทานัม เพรซีโอไดเมียม นีโอไดเมียม. แยกผลิตภัณฑ์ทั้ง 3 ชนิดในหนึ่งการสกัดเดียว และความบริสุทธิ์ของแลนทานัมออกไซด์, เพรซีโอไดเมียมออกไซด์, และนีโอไดเมียมออกไซด์อยู่ที่ประมาณร้อยละ 90

ตั้งแต่ปี 1979 ถึงปี 1983 เป่าโถวแร่ธาตุหายากสถาบันวิจัยและสถาบันวิจัยโลหะที่ไม่ใช่เหล็กปักกิ่งพัฒนาระบบกรดไฮโดรคลอริก P507แร่ธาตุหายากกระบวนการแยกสกัดโดยใช้แร่หายาก Baotou เป็นวัตถุดิบเพื่อให้ได้แร่เดี่ยวจำนวน 6 ชนิดแร่ธาตุหายากผลิตภัณฑ์ (ความบริสุทธิ์ 99% ถึง 99.95%) ของแลนทานัม, ซีเรียม, เพรซีโอไดเมียม, นีโอไดเมียม, ซาแมเรียม, และแกโดลิเนียมรวมทั้งยูโรเพียมและเทอร์เบียมผลิตภัณฑ์เสริมคุณค่า กระบวนการสั้น ต่อเนื่อง และผลิตภัณฑ์มีความบริสุทธิ์สูง

ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 สถาบันวิจัยโลหะที่ไม่ใช่เหล็กปักกิ่งร่วมมือกับโรงหลอมโลหะที่ไม่ใช่เหล็กจิ่วเจียง สถาบันเคมีประยุกต์ฉางชุน และโรงงานเจียงซี 603 เพื่อดำเนินการวิจัย “แผนห้าปีฉบับที่ 6” ระดับชาติ และพัฒนาเทคโนโลยีกระบวนการสำหรับการแยกโลหะชนิดเดียวอย่างสมบูรณ์ได้สำเร็จแร่ธาตุหายากองค์ประกอบจากหลงหนานผสมผสานแร่ธาตุหายากโดยใช้ระบบกรดไฮโดรคลอริก P507

ในปีพ.ศ. 2526 โรงหลอมโลหะที่ไม่ใช่เหล็กจิ่วเจียงได้นำเทคโนโลยีกระบวนการของระบบกรดไฮโดรคลอริกแนฟเทนิกของสถาบันวิจัยโลหะที่ไม่ใช่เหล็กปักกิ่งมาใช้ในการผลิตเกรดเรืองแสงอิตเทรียมออกไซด์จาก “Longnan Mixed Rare Earth” เพื่อผลิตเกรดเรืองแสงอิตเทรียมออกไซด์, ลดต้นทุนการอิตเทรียมออกไซด์และตอบสนองความต้องการอิตเทรียมออกไซด์สำหรับโทรทัศน์สีในประเทศจีน

ในปีพ.ศ. 2527 สถาบันทั่วไปแห่งปักกิ่งแห่งโลหะที่ไม่ใช่เหล็กได้ศึกษาการแยกโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูงสำเร็จเทอร์เบียมออกไซด์โดยใช้เรซินสกัด P507เทอร์เบียมสารประกอบเสริมคุณค่าเป็นวัตถุดิบในประเทศจีน

ในปีพ.ศ. 2528 สถาบันวิจัยโลหะที่ไม่ใช่เหล็กปักกิ่งได้โอนเกรดฟลูออเรสเซนต์แยกกรดแนฟเทนิกอิตเทรียมออกไซด์เทคโนโลยีกระบวนการไปยังสาธารณรัฐประชาธิปไตยเยอรมันในอดีตเป็นเงิน 1.71 ล้านฟรังก์สวิส ซึ่งเป็นครั้งแรกแร่ธาตุหายากเทคโนโลยีกระบวนการแยกที่ส่งออกโดยจีน

ตั้งแต่ปี 1984 ถึง 1986 มหาวิทยาลัยปักกิ่งได้ทำการทดลองทางอุตสาหกรรมเกี่ยวกับการสกัดและแยก La/CePr/Nd และ La/Ce/Pr ในระบบ P507-HCl ที่โรงงานที่สามแร่ธาตุหายากโรงงานเป่าสตีล มากกว่า 98%เพรซีโอไดเมียมออกไซด์, 99.5%แลนทานัมออกไซด์, มากกว่า 85%ซีเรียมออกไซด์, และ 99%นีโอไดเมียมออกไซด์ในปี 1986 โรงงานเคมีเซี่ยงไฮ้ Yuelong ได้นำทฤษฎีการออกแบบการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการสกัดสามช่องทาง ซึ่งเป็นผลงานเชิงทฤษฎีของทฤษฎีการสกัดแบบเรียงซ้อนของมหาวิทยาลัยปักกิ่ง มาใช้เพื่อดำเนินการทดลองทางอุตสาหกรรมสามช่องทางในกระบวนการแยกแร่ธาตุหายากแบบเบา P507-HCl ที่เพิ่งสร้างใหม่ ขนาดการทดลองทางอุตสาหกรรมขยายการออกแบบทฤษฎีการสกัดแบบเรียงซ้อนเป็น 100 ตันโดยตรง ทำให้วงจรการนำกระบวนการใหม่นี้ไปใช้ในการผลิตสั้นลงอย่างมาก

ตั้งแต่ปี 1986 ถึง 1989 สถาบันวิจัยแร่ธาตุหายาก Baotou โรงงาน Jiangxi 603 และสถาบันวิจัยโลหะที่ไม่ใช่เหล็กปักกิ่งได้พัฒนาระบบการสกัดหลายช่องทาง P507-HCl ซึ่งช่วยให้สามารถผลิตผลิตภัณฑ์แร่ธาตุหายาก 3-5 รายการพร้อมกันผ่านการสกัดแบบเศษส่วนเพียงครั้งเดียว กระบวนการนี้สั้น คุ้มต้นทุน และยืดหยุ่น

ตั้งแต่ปี 1990 ถึง 1995 สถาบันวิจัยโลหะที่ไม่ใช่เหล็กปักกิ่งและเป่าโถวแร่ธาตุหายากสถาบันวิจัยร่วมดำเนินการโครงการวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ “แผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 8” “การวิจัยสารบริสุทธิ์สูงชนิดเดียวแร่ธาตุหายากเทคโนโลยีการสกัด” สิบหกซิงเกิ้ลออกไซด์ของธาตุหายากผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์มากกว่า 99.999% ถึง 99.9999% ได้รับการเตรียมโดยใช้วิธีการสกัด วิธีการโครมาโตกราฟีการสกัด วิธีการรีดอกซ์ และวิธีการโครมาโตกราฟีไฟเบอร์แลกเปลี่ยนเคชั่น ตามลำดับ กระบวนการนี้ได้รับการยกระดับให้ทันสมัยในระดับนานาชาติและได้รับรางวัลความสำเร็จระดับประเทศจาก “แผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 8”

ในปี พ.ศ. 2543 สถาบันวิจัยโลหะที่ไม่ใช่เหล็กปักกิ่งประสบความสำเร็จในการพัฒนาวิธีการลดความเป็นด่างด้วยไฟฟ้าเพื่อเตรียมโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูงยูโรเพียมออกไซด์. เนื่องจากหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของผงสังกะสีบนผลิตภัณฑ์ กระบวนการนี้สามารถสกัดได้ยูโรเพียมออกไซด์ด้วยความบริสุทธิ์ 5N-6N ในครั้งเดียว ในปี 2544 สายการผลิตประจำปีมีความบริสุทธิ์สูง 18 ตันยูโรเพียมออกไซด์สร้างขึ้นที่มณฑลกานซู่แร่ธาตุหายากบริษัทและเริ่มดำเนินการในปีนั้น

โดยสรุปแล้วประเทศจีนแร่ธาตุหายากเทคโนโลยีการแยกและการทำให้บริสุทธิ์อาจกล่าวได้ว่าเป็นผู้นำในโลก เช่น การสกัดกรดแนฟเทนิก การแยกสารอิตเทรียมออกไซด์มากกว่า 5N, P507 วิธีการสกัดสำหรับการเตรียมแลนทานัมออกไซด์มากกว่า 5N วิธีการสกัดแบบรีดักชันด้วยไฟฟ้าหรือวิธีการด่างสำหรับการเตรียมยูโรเพียมออกไซด์มากกว่า 5N เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ระดับของการควบคุมอัตโนมัติในอุตสาหกรรมการแยกและการฟอกค่อนข้างต่ำ และบางองค์กรมีเสถียรภาพด้านคุณภาพและความสม่ำเสมอของความบริสุทธิ์สูงต่ำแร่ธาตุหายากผลิตภัณฑ์จึงจำเป็นต้องปรับปรุงระดับอุปกรณ์ขององค์กรให้ดียิ่งขึ้น