Билет №8

1. Минералы, руды и концентраты рзм. Технология получения ферросплавов с рзм.

Если содержание алюминия в земной коре принять за 100 единиц, то количество РЗМ составит 0,18, что намного больше меди и кобальта (0,12), урана (0,10), вольфрама (0,060), молибдена (0,001). В природе РЗМ встречаются в виде оксидов, фосфатов, карбонатов, фторкарбонатов и других соединений. Основными минералами, со­держащими РЗМ, являются: бастнезит (Се, La)(FCO₃); ксенотим YPО₄; монацит (Се, La, Nd, Th)∙(PО₄). Основными промышленными источниками РЗМ являются бастне­зит, монацит и ксенотим. Первый из них образует собственные ме­сторождения, два других- второстепенные: ильменит – рутил - цирконовые, оловянные и другие россыпи. Около 16 % иттрия поступает из отходов уранового сырья. Руды, содержащие минералы РЗМ, обычно подвергают гравитационному обогащению для выделе­ния тяжелых минералов - монацита, ксенотима и др. Монацит из смеси с другими минералами выделяют сочетанием гравитационно­го, электромагнитного и электростатического методов. Химические методы переработки концентратов включают выщелачивание, отде­ление радиоактивных примесей, выделение химических концентра­тов, разделение самих РЗМ и получение металлов. Бастнезитовые концентраты выщелачивают соляной кислотой, из нерастворенного осадка выделяют цериевый концентрат. Лопаритовые и бастнезито­вые концентраты перерабатывают также хлорированием. Используе­мые в настоящее время монацитовый и бастнезйтовый концентраты содержат 60 и 70 % оксидов РЗМ соответственно.

Технология получения ферросплавов с редкоземельными металлами.

Ферросплавы с РЗМ и с кремнием выплавляют углеродотермическим способом в рудно-печах непрерывным методом. Шихта содержит концентрат РЗМ, кварцит, углеродистый восстановитель и стальную стружку. Особое значение имеет точное дозирование углерода для восстановления оксидов РЗМ и кремния, так как при отклонении количества углеро­да в шихте наблюдается образование карбидной настыли на подине печи (SiC, P3MC, РЗМС₂,оксиды РЗМ и SiO₂) и не достигается дос­таточно хорошее извлечение РЗМ. Получение РЗМ происходит по реакции: РЗМ₂O₃ + SiO₂ + 5С = P3MSi + 5CO.

Реакция получает значительное развитие при Т >2000 К.

Значительное количество лигатур, содержащих РЗМ, производят алюминотермическим способом. Энергия Гиббса реакции восста­новления РЗМ алюминием: РЗМ₂О₃ + 2Al = 2РЗМ + Al₂O₃, положительная, поэтому для достижения достаточной степени из­влечения РЗМ в металл должно быть повышенное количество алю­миния в шихте и, следовательно, в сплавах, а процесс необходимо вести с подводом большого количества тепла. Лигатуру выплавляют в дуговой печи с футеровкой подины и стен углеродистой массой. Шихта включает концен­трат РЗМ иттриевой или цериевой подгруппы, концентрат оксида лантана. Восстановителем служит порошок первичного или вторично­го алюминия (в зависимости от химического состава получаемой ли­гатуры). В шихту вводят ферросилиций ФС75, низкофосфористый железный концентрат, а в качестве флюсов используют свежеобожженную известь и плавиковый шпат. Извле­чение РЗМ 92-97 %.

Электролитический способ. РЗМ в чистом виде и как мишметалл (>98 % РЗМ), получают элек­тролизом безводных хлоридов РЗМ в присутствии хлоридов щелоч­ных металлов при 800-900 °С в стальных аппаратах, стенки которых служат катодом, а графитовые стержни - анодом. Индивидуальные РЗМ получают металлотермическим восстановлением их фторидов. В качестве восстановителей используют Са, реже Mg, а также Na. Получаемые индивидуальные РЗМ рафинируют переплавом в вакуу­ме. Высокий расход энергии.