Минеральное сырье

Извлечение HfO₂ из руд различных типов составляет до 70% при содержании в концентрате до 2%.

Перерабатывают гафний-цирконовые концентраты металлотермией, фракционной кристаллизацией фторидов, жидкостной экстракцией роданидов циркония и другими способами.

Товарные продукты содержат диоксид гафния – 99,3 – 99,9% (ZrO₂+HfO₂), металлический гафний – 99,8% Hf.

Вредные примеси в диоксиде гафния – ZrO₂, SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃, TiO₂, MgO, CaO, SO₃, в металлическом гафнии – кислород, азот, хлор, магний, железо, алюминий, хром, марганец, ванадий, никель, титан, свинец.

Индий (In, III, 49)

Металл, серебристо-белый, мягкий, проявляет амфотерные свойства, лито-, сидеро- и халькофильный, устойчивая  валентность 3⁺.

Плотность 7310 кг/м³; твердость по Бринеллю 9 – 10 МПа; температура плавления 156° С, кипения – 2080; теплопроводность 81,6 Вт/(м·К); удельное электрическое сопротивление 8,37·10^-8 Ом·м; удельная магнитная восприимчивость –7,0·10^-9 м³/кг; температурный коэффициент линейного расширения 33·10^-6 К^-1.

Кларк индия земной коры 0,25 г/т. Средние его содержания в горных породах главных типов (г/т): ультраосновных – 0,013, основных – 0,22, кислых – 0,26, осадочных (глинах и сланцах) – 0,05.

Индий – токсичный элемент (II – III классы опасности). ПДК_р.з In₂O₃ – 4 мг/м³, ПДК_с.с In 0,005.

Мировые общие запасы индия (без  стран СНГ) 2,6 тыс. т, подтвержденные – 1,4; годовое производство составляет 160 т. Наиболее крупные производители – Канада, США, Перу, Япония.

В России запасы индия составляют 80% от запасов стран СНГ.

Структура потребления (%): электроника  – 55; фотоприборы – 11; полупроводники – 6; легкоплавкие сплавы – 10; стоматология – 3; прочие области – 15.

Известно шесть минералов  индия. Среди них преобладают  халькогениды. Промышленное значение имеют индийсодержащие минералы: сфалерит, халькопирит, касситерит.

Индий не образует собственных  месторождений, а находится в  месторождениях других видов полезных ископаемых.

Промышленные типы индийсодержащих  месторождений – свицово-цинковый, медно-колчеданный, оловорудный, золоторуднфй, медно-молибденовый, вольфрамовый, плавикошпатовый. Наибольшее значение имеют первые три  типа.

По запасам (т металла) месторождения индия подразделяют на весьма крупные – более 500, крупные – 500 – 200, средние – 200 – 50, мелкие – менее 50.

Промышленные руды – полиметаллические, свинцово-цинковые, свинцовые, оловянно-свинцово-цинковые, медные и медно-цинковые сульфидные, серно-колчеданные, сульфидно-касситеритовые, золотополиметаллические, медно-молибденовые, шеелитовые, цинк-флюоритовые.

Содержания индия в рудах  составляют 2 – 10 г/т (среднее 3,6).

Подготовку руд к переделу производят по технологии обогащения основных типов промышленных индийсодержащих руд.

Извлечение индия из руд  различных типов составляет 2 – 35% при содержании его в индийсодержащих  концентратах 0,01 – 1,0%.

При металлургическом переделе индийсодержащих руд индий переходит  в пыли, шламы и кеки производства, которые перерабатывают гидро- и электрометаллургическим способом. Товарный продукт содержит 99,96 – 99,999% In.

Вредные примеси в индии  – железо, кадмий, медь, мышьяк, никель, олово, ртуть, свинец, теллур, цинк.

Иттрий (Y, III, 39)

Металл, серебристо-белый, мягкий, проявляет основные свойства, литофильный, валентность 3⁺.

Плотность 4469 кг/м³; твердость по Бринеллю 320 – 589 МПа; температура плавления 1522° С, кипения – 3338; теплопроводность 17,2 Вт/(м·К); удельное электрическое сопротивление 57,0·10^-8 Ом·м; удельная магнитная восприимчивость 2,7·10^-8 м³/кг; температурный коэффициент линейного расширения 10,6·10^-6 К^-1.

Кларк иттрия земной коры 29 г/т. Средние его содержания в горных породах главных типов (г/т): ультраосновных и основных – 20, средних и кислых – 34, осадочных (глинах и сланцах) – 30.

Иттрий – токсичный элемент (II – III классы опасности). ПДК_р.з растворимых соединений – 1,0 мг/м³, Y₂O₃ – 2,0, иттриевых люминофоров – 1 – 2. Естественное содержание в почвах 21 – 39 г/т.

Мировые запасы иттрия (без стран СНГ) оценивают в 1 млн. т Y₂O₃, годовое производство составляет более 1 тыс. т. Наиболее крупные производители – Китай, США, Австралия, Индия.

Применяют в производстве люминофоров  для цветного телевидения и люминесцентных ламп, жаропрочных антикоррозионных суперсплавов, нержавеющей стали, лазеров, оптического стекла, огнеупорной керамики, быстрорежущих инструментов.

Известно около 20 минералов  редких земель, в которых иттрий основной элемент. Среди них преобладают  фосфаты и редкометалльные минералы. Прмышленное значение имеют восемь минералов: бастнезит, монацит, ксенотим, иттросинхизит, черчит, рабдофанит, гагаринит, гадолинит.

Промышленные типы месторождений  – магматогенный (редкометалльные  щелочные граниты и их метасоматиты, карбонатиты щелочных сиенитов), метаморфогенный (ураноносные конгломераты), экзогенные (коры выветривания, прибрежно-морские и аллювиальные россыпи).

Наибольшее значение имеют  месторождения редкометалльных  щелочных гранитов и их метасоматитов, гидротермально???-перемытые коры выветривания, ураноносные конгломераты и россыпи.

По сложности геологического строения месторождения относят к первой, второй и третьей группам.

По запасам редкоземельных оксидов – РЗО (тыс. т) месторождения  иттриевых земель подразделяют на весьма крупные – более 500, крупные – 500 – 100, средние – 100 – 10, мелкие – менее 10.

Прмышленные типы руд – бастнезитовый, иттросинхизитовый, монацитовый, ксенотимовый.

По содержанию РЗО (%) руды подразделяют на весьма богатые – более 1,0, богатые  – 1 – 0,5, рядовые – 0,5 – 0,1, бедные – менее 0,1.

Месторождения разрабатывают  открытым и подземным способами.

Подглтовку руд к переделу производят обогащением с получением коллективного редкоземельного  концентрата по гравитационным, флотационным и комбинированным технологиям (гравитация, магнитная и электрическая сепарация, флотация).

Извлечение РЗО из руд различных  типов составляет 20 – 75% при содержании Y₂O₃ в концентрате 1 – 20%. К вредным примесям в концентрате относят TiO₂, MnO, Cr₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂, P, Th.

При обогащении руд комплексного состава попутно получают концентраты других редкоземельных элементов (РЗЭ), баритовые и фосфатные продукты.

Перерабатывают иттрийсодержащие концентраты химическим разделением, жидкостной экстракцией, хлорированием  и ионообменной хроматографией.

Товарный продукт содержит 99,98282 – 99,99936 Y₂O₃%.

Сопутствующие РЗО, содержащиеся в концентрате, извлекают при  производстве оксида иттрия. Вредные  примеси в оксиде иттрия – V, Mn, Cu, Ni, Fe, K, Na, Ca, Si.

Лантаноиды

Общие сведения.

Лантаноиды (15 химических элементов) вместе с иттрием составляют группу редкоземельных элементов (редких земель – TR). В периодической системе лантаноиды имеют атомные номера от 57 до 71 и входят в состав III группы.

От лантана к лютецию  с уменьшением радиусов атомов и  ионов происходит понижение основности редких земель, изменение растворимости солей, устойчивости комплексных соединений.

Редкоземельные металлы (РЗМ) обладают высокой химической активностью  и взаимодействуют почти со всеми  элементами при сравнительно низких температурах.

Выделяют две подгруппы  – лекгих лантаноидов (или цериево-земельную) и тяжелых лантаноидов (или иттриево-земельную). Деление проводят по неодиму –  самарию.

Мировые подтвержденные запасы редких земель (без стран СНГ) оценивают  в 100 млн. т РЗО, годовое производство (без стран СНГ) составляет 60 – 80 тыс. т РЗО. Основные производители – Китай, США.

Наиболее широкое применение РЗМ: катализ и крекинг нефти, металлургия, стекольное и керамическое производство, сельское хозяйство.

Известно около 120 редкоземельных минералов. Промышленное значение имеют шесть минералов: лопарит, монацит, ксенотим, бастнезит, иттросинхизит и иттрийсодержащие каолинит и апатит.

Промышленные типы месторождений  РЗМ – преимущественно комплексные  редкометалльные и частично –  собственно редкоземельные.

К наиболее важным типам цериево-земельных  месторождений относят карбонатиты, щелочных сиенитов, уртиты и малиньиты  с лопаритом; среди зкзогенных –  коры выветривания щелочных сиенитов.

К ведущим типам иттриево-земельных  месторождений относят редкометалльные щелочные граниты и их метасоматиты, гидротермально-перемытые коры выветривания, ураноносные конгломераты, прибрежно-морские россыпи, органогенно-осадочные образования.

По слоюности геологического строения месторождения редких земель относят к первой, второй, третьей и четвертой группам.

По запасам РЗО (тыс. т) месторождения  цериевых земель подразделяют на весьма крупные – более 10 000, крупные  – 10 000 – 1000, средние – 1000 – 100, мелкие – менее 100. Промышленные типы руд  – лопаритовый, бастнезитовый, монацитовый, апатитовый, эвдиалитовый, синхизитовый. По содержанию РЗО (%) руды подразделяют на весьма богатые – более 10, богатые – 10 – 5, рядовые – 5 – 3, бедные – менее 3.

По запасам РЗО (тыс. т) месторождения  иттриевых земель подразделяют на весьма крупные – более 500, крупные – 500 – 100, средние – 100 – 10, мелкие – менее 10. Промышленные типы руд – монацитовый, апатитовый, детритовый, ксенотимовый, эвдиалитовый, рабдофанитовый, черчитовый, иттросинхизитовый, гагаринитовый, фергюсонитовый. По содержанию РЗО (%) руды подразделяют на весьма богатые – более 1,0, богатые – 1 – 0,5, рядовые – 0,5 – 0,1, бедные – менее 0,1.

Месторождения РЗМ разрабатывают  открытым и подземным способами.

Подготовку руд к переделу производят по развитым комбинированным технологиям обогащения с применением гравитационных, магнитных, электрических процессов.

Извлечение РЗМ из руд различных  типов составляет 20 – 80% при содержании РЗО в коллективном концентрате 27 – 70%.

При обогащении руд комплесного  состава попутно получают баритовые и фосфатные продукты.

Перерабатывают коллективные редкоземельные концентраты гидрометаллургическим  способом и хлорированием с получением коллективных концентратов. Разделение РЗЭ производят дробной кристаллизацией, осаждением, избирательным осаждением – восстановлением, термическим разложениемсолей, ионным обменом, экстракцией.

Товарной продукцией переработки  РЗМ являются оксиды с содержанием  их более 99%. Металл из оксидов и хлоридов получают путем электротермического  восстановления и электролиза их расплавов. Содержание элементов в технически чистом металле составляет более 97%, в мишиеталле (смесь церия, лантана и неодима) - до 99%.

Лантан (La, 57)

Металл, серебристо-белый, мягкий, проявляет основные свойства, литофильный, валентность 3⁺. Входит в подгруппу легких (цериевых) лантаноидов.

Плотность 6145 кг/м³; твердость по Бринеллю 350 – 400 МПа; температура плавления 921° С, кипения – 3457; теплопроводность 13,5 Вт/(м·К); удельное электрическое сопротивление 57,0·10^-8 Ом·м; удельная магнитная восприимчивость 1,1·10^-8 м³/кг; температурный коэффициент линейного расширения 4,9·10^-6 К^-1.

Кларк лантана земной коры 29 г/т. Средние его содержания в  горных породах главных типов (г/т): основных – 27, кислых – 60, осадочных (глинах и сланцах) – 40. Данные по ультраосновным и средним породам отсутствуют.

Лантан – слаботоксичный элемент. ПДК_р.з люминофора (La-Gd)PO₄ – 4,0 мг/м³, La₂O₃ – 6. Естественное содержание в почвах 25 – 38 г/т.

Мировые запасы лантана (без  стран СНГ) более 15 млн. т, годовое производство составляет 14 тыс. т. Наиболее крупные производители – Китай, США, Индия, Бразилия, ЮАР.

В России производство лантана осуществляет Ловозерский ГОК в Мурманской области.

Применяют в производстве оптического  стекла, никель-гидритных батарей, керамических конденсаторов, стали и жаропрочных  сплавов, люминофоров, волоконной оптики.

Известно 48 минералов, обогащенных лантаном и другими лантаноидами цериевой группы. Среди них преобладают силикаты, карбонаты и фосфаты. Промышленное значение имеют четыре минерала: монацит, бастнезит, лопарит, апатит.

Извлечение РЗМ при обогащении руд различных типов составляет 60 – 70% при содержании La₂O₃ в концентрате до 60%. К вредным примесям в концентрате относят Ca, Fe.

При обогащении руд комплексного состава попутно получают фосфатные  продукты.

Товарный продукт гидрометаллургической  переработки содержит 99,89577 – 99,99635% La₂O₃. Вредные примеси в оксиде лантана – V, Mn, Ni, Ti, Cu, Cr, Ca, Fe.

Церий (Ce, 58)

Металл, серый, проявляет основные свойства, литофильный, валентность 3⁺ и 4⁺. Входит в подгруппу легких лантаноидов.

Плотность 8240 кг/м³; твердость по Бринеллю 186 – 300 МПа; температура плавления 799° С, кипения – 3426; теплопроводность 11,4 Вт/(м·К); удельное электрическое сопротивление 7,3·10^-8 Ом·м; удельная магнитная восприимчивость 2,17·10^-7 м³/кг; температурный коэффициент линейного расширения 8,5·10^-6 К^-1.