Понятие «редкий элемент»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

Московский Государственный университет тонких химических технологий им. М.В.Ломоносова

Кафедра химии и технологии редких и рассеянных элементов

Им. чл.-кор. АН СССР

К.А.Большакова

ЗИМИНА Г.В., ЛЫСАКОВА Е.И., СМИРНОВА И.Н.

ИЗБРАННЫЕ ГЛАВЫ ХиТРРЭ.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОБОГАЩЕНИЕ РУД РЕДКИХ ЭЛЕМЕНТОВ.

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ.

Москва 2012 г.

ББК 34.33

УДК 669: 66.01

Рецензент: проф., д.х.н. Вольдман Г.М. (МИТХТ, кафедра химии и технологии наноразмерных и композиционных материалов)

Зимина Г.В., Лысакова Е.И., Смирнова И.Н.

Избранные главы ХиТРРЭ. Основные понятия и обогащение руд редких элементов

Учебное пособие. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2012 г., 40с.

Утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ им. М.В. Ломоносова в качестве учебного пособия.

Учебное пособие содержит материалы для углубленного изучения студентами дисциплины «Физико-химические основы технологии редких элементов». Учебное пособие рекомендовано для студентов 4-го курса, обучающихся по образовательной программе 150100.62 «Материаловедение и технологии материалов» и по образовательной программе 240603.65 «Химическая технология редких элементов и материалов на их основе».

В него вошли основные понятия и вопросы, посвященные процессам обогащения.

ã МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Общая часть……………………………………..4

Понятие «редкий элемент»………………..4

Техническая классификация редких

элементов…………………………………. 12

Принципиальная технологическая

схема переработки редкоэлементного

сырья………………………………………. 14

Обогащение руд редких металлов…………… 20

Ручная рудоразборка……………………….22

Гравитационное обогащение……………...22

Магнитное обогащение……………………28

Электростатическое обогащение………….30

Флотация…………………………………… 33

Рекомендованная литература…………………..39

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Понятие «редкий элемент».

Какие элементы относятся к категории редких?

Необходимо отметить, что трудно однозначно определить категорию “редкий элемент” и “редкий металл”. Разные специалисты – химики, геохимики, минералоги и технологи по-разному классифицируют элементы, и в категории редких попадают разные металлы.

Исторически сложилось так, что термином “редкие элементы” принято называть те элементы, которые по различным причинам в прошлом добывали и использовали в небольших количествах. Отнесение элемента к группе редких весьма условно и зависит главным образом от абсолютного содержания элемента в природе и технологических трудностей, с которыми связана его добыча и производство. Содержание редкоземельных элементов в природе, например, на два порядка больше, чем серебра, а германия – на порядок больше ртути; близки между собой содержания рубидия и хлора, скандия и азота, тем не менее, редкоземельные элементы, скандий, германий и рубидий относят к редким элементам. Такие распространенные металлы, как алюминий, магний и титан в XIX веке были на вес золота, т.к. их производство было достаточно сложным. Титан – один из наиболее распространенных элементов, однако реализация процесса получения титана заняла более 50 лет, ибо очень сложна технология.(P ≈ 10^{-4 мм рт. ст.,} T _восст. ≈ 950 ± 10 ºC и т.д.), сумма примесей в TiCl₄ < 10 ppm. Процесс и по сей день не смогли сделать непрерывным.

Д.И. Менделеев во введении к “Основам химии” указывал на неравномерность распределения элементов в природе и классифицировал все элементы, исходя из их распространения в природе и масштабов использования. Эта двойственность сохранилась и в дальнейшем и понятие “редкий элемент” приобрело ярко выраженный относительный характер: в классификации элементов значительную роль стала играть не научная основа, а сила привычки. Элементы, применяемые в промышленности, хотя и мало распространенные, в ряде случаев причисляли к “нередким”, и наоборот, элементы довольно распространенные в природе, но мало извлекаемые из руд и мало или совсем не используемые относили к категории “редких”.

Исследованием распространенности элементов в земной коре и нахождением их средних содержаний занимались уже в XVIII веке. Дж. Кларк в 1924 г. установил химический состав земной коры. Последующие исследования (А.Е. Ферсман, В.М. Гольдшмидт, В.И. Вернадский и др.) подтвердили оценку Кларка и дополнили его данные сведениями о ранее не известных элементах. Большая роль в этой работе принадлежит отечественной школе геохимиков. Классификация элементов по величине их распространенности в природе была сделана В.И. Вернадским. Это естественно-научный подход к определению редкости элемента. Вернадский все элементы по распространенности разделил на 13 декад. Наиболее распространенные – в первых декадах, наименее – в последних. Величина распространенности оценивается в Кларках.

Кларк – отношение величины запаса элемента в земной коре к весу земной коры (в %). Под земной корой понимают оболочку земного шара, начиная от уровня моря вглубь на 16 км. Вес земной коры (2,0-2,2)∙10¹⁹ тонн (табл. 1).

Кларки элементов непрерывно уточняются, пересматриваются. Установлено, что 99,79 масс. % земной коры построено из 10 элементов (%): (O₂ – 47,2; Si – 27,6; Al – 8,8; Fe – 5,1; Ca – 3,6; Na – 2,36; Mg – 2,33; K – 2,09; H₂ – 0,88; Ti – 0,57; остальные элементы – 0,21 масс. %). (рис.1)

Таблица 1