【科普】稀土元素的开采和提取方法有哪些？

稀土元素包括元素周期表中原子序数为 57 至 71 的镧系元素，从镧到镥，包括钪和钇。含稀土矿物通常以重稀土元素或轻稀土元素为主。主要含有钇和重稀土元素的矿物包括铍钇铁矿、磷钇矿、三钇铁矿、磷辉石、铁锰矿、钇钽铁矿、钇钨矿、钇铁矿。

主要含有轻稀土元素的矿物包括氟碳铈矿、独居石、钠长石、洛帕石、红锂长石、寄生石、镧石、白镁长石、硅藻土、硅锰矿、镁长石、萤石和铈长石。世界各地商业运营的矿山主要提取氟碳铈矿、独居石和磷钇矿矿石。

稀土开采

稀土开采可以是露天开采、地下开采或就地浸出。对于典型的露天矿，该方法与其他采矿作业非常相似，涉及去除覆盖层、采矿、铣削、破碎和研磨、分离或浓缩。分离后的富集精矿产品中可能含有约30%~70%的稀土矿石。该过程需要更高量的水和能源消耗。

如果矿床类型是硬岩，则使用传统的露天或地下卡车铲采矿系统。另一方面，如果是矿砂基独居石型矿床，则使用湿式疏浚或干式采矿方法。如果是湿式采矿作业，则浮式挖泥机在池塘表面下切割矿石，并将矿浆泵送到浮式湿选矿机。干法采矿类似于传统的卡车和铲车系统。

稀土提炼

为了提取稀土，需要进一步加工和精炼。提取可能涉及使用酸性或碱性路线，具体取决于含稀土相的矿物学和脉石相的反应性。

酸性途径是最常见的，提取步骤通常涉及在浓硫酸中在 400 °C–500 °C 下焙烧稀土矿石，以去除氟化物和二氧化碳，并改变矿物相，使其更易溶于水。

独居石矿石加工有不同的路线。将所得矿石膏体进行洗涤并过滤或倾析以除去细小的固体杂质。然后使用萃取剂（盐酸）和沉淀剂（碳酸氢铵）进一步浸出稀土元素。

轻稀土元素可以通过基于氯化物或氧化物的熔盐电解来提取。金属热还原工艺用于在近真空条件下用惰性气体在高温下提取中重稀有金属，例如 Sm、Eu、Tb 和 Dy。与制备商业级稀土化合物和金属相关的困难和复杂性更类似于精细化学品生产而不是商品制造。此外，有价值的稀土矿石通常是“附带”的，与铌、钽、铟和镍等有价值的元素一起出现。因此，生产流程可能因其他有价值金属的提取步骤而变得更加复杂。