Nadir Torpaq Mineral Emalı Reagentlərinin Hazırkı Tədqiqat Vəziyyəti və Perspektivləri

Nadir Torpaq Mineral Emalı Reagentləri: Effektiv və Davamlı Bərpa üçün Kollektorlar, Depressantlar, Köpürənlər və Təmizləyicilər

Nadir torpaq elementləri (REEs) bir sıra müstəsna fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlərə malikdir və bu, onları elektronikadan hərbi istifadəyə qədər müxtəlif tətbiqlərdə kritik edir. Onlar Çin, ABŞ, Yaponiya və Avstraliya kimi ölkələr tərəfindən vacib minerallar kimi tanınır. Bununla belə, nadir torpaq mineralları müxtəlifdir, lakin aşağı dərəcəlidir və tez-tez oxşar qanq mineralları ilə sıx bağlıdır. Onların zənginləşdirilməsi əsasən mineral emalı reagentlərindəki irəliləyişlərə əsaslanır.

Bu məqalə nadir torpaq ehtiyatlarının səmərəli şəkildə zənginləşdirilməsinə yönəldilmişdir. Tədqiqat və inkişafın cari vəziyyətini ümumiləşdirir flotasiya reagentləri mineral əsaslı nadir torpaq filizləri, o cümlədən kollektorlar üçün, depresanlar, aktivatorlar və qardaşlar, onların flotasiya mexanizmləri ilə birlikdə. O cümlədən ion tipli nadir torpaq filizləri üçün kimyəvi zənginləşdirmə reagentləri yuyulma agentləri və çökdürmə agentləri, həmçinin onların tədqiqat vəziyyəti və yuyulma mexanizmlərini əhatə edən müzakirə olunur. Bundan əlavə, mövcud vəziyyət nadir torpaq flotasiyası Kollektorlar qiymətləndirilir və gələcək tədqiqat istiqamətləri Nadir torpaq minerallarının emalı reagentlər təhlil edilir. Bu icmalın məqsədi nadir torpaq minerallarının emalı və reagentlərin hazırlanması ilə məşğul olan şirkətlər və mütəxəssislər üçün istinad təmin etməkdir.

0 Giriş

Nadir torpaq elementlərinə (REEs) skandium, itrium və cəmi 15 elementdən ibarət 17 lantanid daxildir. Bu elementlər bir sıra müstəsna fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlər nümayiş etdirir və bu, onları tibb, enerji və müdafiə sənayesi də daxil olmaqla müxtəlif mülki və hərbi sektorlarda kritik edir. Onlara tez-tez "sənaye vitaminləri", "möcüzə elementləri", "kənd təsərrüfatı hormonları" və "müharibə metalları" deyilir və ABŞ, Çin, Yaponiya, Avstraliya, Kanada və Avropa Birliyi kimi dövlətlər tərəfindən kritik minerallar kimi tanınır. Amerika Birləşmiş Ştatları Geoloji Xidmətinin (USGS) məlumatına görə, 2022-ci ilə qədər qlobal nadir torpaq oksidi (REO) ehtiyatları təxminən 120 milyon ton təşkil edir və əsasən Çin (36.7%), Vyetnam (18.3%), Braziliya (17.5%), Rusiya (17.5%), Hindistan (5.8%) və Avstraliyada (3.3%) cəmləşib.

Dünyanın əsas nadir torpaq mədənlərinə Çinin Bayan Obo, Maoniuping və Ganzhou yataqları, ABŞ-dakı Mountain Pass mədənləri, Braziliyadakı Araxa və Minasu mədənləri, Kanadadakı Strange Lake yatağı, Avstraliyadakı Mount Weld yatağı və Cənubi Afrikadakı Zandkopsdrift yatağı daxildir. Bundan əlavə, Çinin cənub əyalətləri, o cümlədən Jiangxi, Guangdong, Fujian və Yunnan, orta və ağır nadir torpaq elementlərinin qlobal əsas mənbəyi kimi xidmət edən 170-dən çox yüksək keyfiyyətli ion-adsorbsiyalı nadir torpaq yatağına ev sahibliyi edir.

Nadir torpaq minerallarının 250-dən çox növü müəyyən edilmişdir ki, bunlar arasında nadir torpaq minerallarının ümumi sayının 3%-dən çoxunu təşkil edən bastnasit ((Ce, La)(CO4)F), monazit ((Ce, La)PO4), ksenotime (YPO2), ittrialit (Y4FeBe(SiO2)2O4) və ferqusonit (YNbO95) təşkil edir. Bununla belə, bu filizlər tez-tez kvars, flüorit, barit, feldispat, kalsit və digər silikat qang mineralları ilə əlaqələndirilir, nəticədə ayrılması çətin olan aşağı dərəcəli filizlər yaranır. Belə ki, nadir torpaq filizlərinin zənginləşdirilməsi tez-tez aşağı dərəcəli filizləri sənaye əritmə dərəcəli konsentratlara yüksəltmək üçün cazibə qüvvəsi ilə ayırma, maqnit ayırma və flotasiya birləşməsini tələb edir. İon-adsorbsiyalı nadir torpaq filizləri vəziyyətində, nadir torpaq elementləri mineral səthlərdə və ya kristal təbəqələrdə ionlar kimi adsorbsiya olunur, nadir torpaq oksidlərini çıxarmaq üçün kimyəvi emal tələb olunur.

İstər mineral əsaslı, istərsə də ion tipli nadir torpaq filizləri ilə məşğul olmaqdan asılı olmayaraq, zənginləşdirmə reagentlərinin tətbiqi məhsulun növünü müəyyən etmək üçün çox vacibdir, nadir torpaqların bərpası dərəcələr, istehsal səmərəliliyi, xərclər və ətraf mühitə təsir.

Bu məqalə mineral əsaslı nadir torpaq filizləri üçün flotasiya reagentlərinin (kollektorlar, köpükləndiricilər, tənzimləyicilər), eləcə də nadir torpaq ionları üçün kimyəvi zənginləşdirici reagentlərin (süzmə agentləri, çöküntüləndiricilər) növləri, mexanizmləri və tədqiqat tərəqqisinin ətraflı icmalını təqdim etməklə nadir torpaq ehtiyatlarının səmərəli zənginləşdirilməsinə yönəlib. O, həmçinin nadir torpaqların ayrılması və ya sənaye reagentinin inkişafı ilə məşğul olan şirkətlər və tədqiqatçılar üçün istinad təmin etmək məqsədi ilə nadir torpaq mineral emalı reagentlərində tədqiqat və inkişaf üçün gələcək istiqamətləri təqdim edir.

1 Nadir torpaq flotasiya kollektorları

Kollektorlar, hədəf mineralların səthinin hidrofobikliyini dəyişdirərək, onların qabarcıqlara yapışmasını asanlaşdıraraq və flotasiya xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaqla nadir torpaq flotasiyasında həlledici rol oynayır. Funksional qruplara əsasən, nadir torpaq flotasiyası üçün kollektorlar hidroksam turşularına, yağ turşularına, fosfonik turşulara və digər reagentlərə təsnif edilə bilər.1.1 Hidroksam turşusu kollektorları

1980-ci illərdə hazırlanmış hidroksam turşusu kollektorları nadir torpaq flotasiyasında ən çox istifadə olunan reagentlərdir. Oksimlər olaraq da bilinən hidroksamik turşular iki izomerik formada mövcuddur: oksim (keto quruluşu) və hidroksam turşusu (enol quruluşu), oksim üstünlük təşkil edir. Hər iki izomer flotasiya zamanı eyni anionlar əmələ gətirmək üçün dissosiasiya olunur.

Nadir torpaq flotasiyasında istifadə olunan ümumi hidroksamik turşu kollektorlarına C7-C9 alkil hidroksamik turşusu, 2-hidroksi-3-naftohidroksamik turşusu (H205), 1-hidroksi-2-naftohidroksamik turşusu (H203), salisilik hidroksamik turşu (L102), hidroksamik turşusu, siklomik turşusu daxildir. hidroksamik turşu (OMHA) və H316 (dəyişdirilmiş H205), P8 (əsasən hidroksinaftohidroksamik turşu), LF8# (98% hidroksinaftohidroksamik turşu) və kollektor 103 (salisilik hidroksamik turşu) kimi digər dəyişdirilmiş və ya qarışıq hidroksamik turşu məhsulları. Hidroksamik turşular nadir torpaq elementləri üçün yaxşı seçicilik nümayiş etdirsələr də, flotasiya zamanı tez-tez isitmə tələb edir, bu da daha yüksək enerji xərclərinə səbəb olur və onların sintezi də bahalı ola bilər.

1.2 Yağ turşusu kollektorları

1950-ci illərdə olein turşusu ABŞ-da Dağ keçidinə uğurla tətbiq edildikdən sonra yağ turşusu toplayıcıları nadir torpaq flotasiyasında istifadə edilmişdir. Çində nadir torpaq flotasiyası üçün olein turşusu və oksidləşmiş parafin sabununun istifadəsi ilə bağlı sistematik tədqiqatlar 1960-cı illərdə başladı.

Yağ turşusu toplayıcıları adətən C10-C20 doymuş və doymamış karboksilik turşuların və ya duzların qarışığından ibarət təbii bitki və ya heyvan yağlarından əldə edilir. Ümumi reagentlərə olein turşusu, natrium oleat, hündür yağ, oksidləşmiş parafin sabunu, Bacchus meyvə yağı, ftalatlar, naften turşusu və oksidləşmiş neft törəmələri daxildir. Bununla belə, yağ turşusu toplayıcıları nadir torpaq mineralları üçün daha aşağı seçiciliyə malikdir və effektiv ayrılmağa nail olmaq üçün tez-tez depressantların əlavə edilməsini və temperaturun tənzimlənməsini tələb edir.

Nadir torpaq minerallarının yağ turşularından istifadə edərək flotasiyasının fiziki adsorbsiya, kimyəvi adsorbsiya və səth kimyəvi reaksiyalarının birləşməsini əhatə etdiyi güman edilir.

1.3 Fosfonik turşu kollektorları

Fosfonik turşu (—P=O) və fosfonat (—O—P=O) kollektorları hidroksamik və yağ turşusu kollektorları ilə müqayisədə metal minerallar üçün daha güclü flotasiya performansı nümayiş etdirir. Bununla belə, fosfonik turşu kollektorları ümumiyyətlə daha aşağı seçiciliyə malikdir.

Hazırda nadir torpaq flotasiyasında istifadə olunan fosfonik turşu kollektorlarına stirol fosfonik turşusu, p-toluol fosfonik turşusu, benzilfosfonik turşusu, α-hidroksibenzilfosfonik turşusu və P538 və Flotinor 1682 kimi kommersiya məhsulları daxildir.

1.4 Digər Kollektorlar

Hidroksamik turşular, yağ turşuları və fosfon turşularından başqa, nadir torpaq flotasiyasının səmərəliliyini və seçiciliyini yaxşılaşdırmaq üçün müxtəlif yeni kollektorlar tədqiq edilir. Bunlardan bəzilərinə sulfonatlar, tio-fosfatlar və dördüncü ammonium duzları daxildir.

• Sülfonatlar: Sülfonatların flotasiya proseslərində yaxşı seçicilik və performans nümayiş etdirdiyi bildirilmişdir, lakin onların nadir torpaq mineral flotasiyasında tətbiqi hələ də ilkin mərhələdədir.

• Tiofosfatlar: Bu kollektorlar tez-tez sulfid mineral flotasiyasında istifadə olunur, lakin nadir torpaq flotasiyasında onların tətbiqi ilə bağlı tədqiqatlar davam edir.

• Dördüncü ammonium duzları: Bu birləşmələr sulfid olmayan mineralları üzmək qabiliyyətinə görə tədqiq edilmişdir və nadir torpaq flotasiyasında bəzi müvəffəqiyyətlər bildirilmişdir. Onlar mənfi yüklü mineral səthlərlə elektrostatik cazibə vasitəsilə fəaliyyət göstərirlər.

Tədqiqatçılar nadir torpaq mineral flotasiyasının effektivliyini artırmaq üçün daim yeni reagentlərlə eksperimentlər aparır, həm bərpa sürətini yaxşılaşdırmağa, həm də bu kimyəvi maddələrin ətraf mühitə təsirini azaltmağa diqqət yetirirlər.

2 Nadir torpaq flotasiyası üçün depressantlar

Depressantlar nadir torpaq mineral flotasiyasında qanq minerallarını selektiv şəkildə inhibə etmək üçün vacibdir və bununla da hədəf nadir torpaq minerallarının seçiciliyini və məhsuldarlığını yaxşılaşdırır. Kvars, kalsit və barit kimi nadir torpaq filizləri ilə əlaqəli ilkin qanq mineralları tez-tez oxşar flotasiya davranışları nümayiş etdirir və bu da onların seçici inhibəsini vacib edir.

Nadir torpaq flotasiyasında ümumi depressantlara su şüşəsi (natrium silikat), natrium ftorid, taninlər və nişasta daxildir.

2.1 Natrium Silikat (Su şüşəsi)

Natrium silikat, ümumiyyətlə su şüşəsi kimi tanınan, nadir torpaq flotasiyasında ən çox istifadə edilən depressantlardan biridir. Kvars və feldispat kimi silikat minerallarının qarşısını almaq üçün istifadə olunur. Natrium silikatın depressiv təsir mexanizmi ümumiyyətlə ganq minerallarının səthində kollektor adsorbsiyasının qarşısını alan silisium təbəqəsinin əmələ gəlməsi ilə əlaqələndirilir.

Su şüşəsi effektiv, ucuz depressantdır, lakin onun performansına pH, ion konsentrasiyası və reagent dozası kimi amillər təsir edə bilər. Tədqiqatçılar su şüşəsinin seçiciliyini yaxşılaşdırmaq üçün dəyişdirilmiş silikatlar və digər kimyəvi əlavələri araşdırırlar.

2.2 Natrium florid

Natrium florid nadir torpaq flotasiya proseslərində kalsiti basdırmaq üçün istifadə olunur. Onun depressiv təsiri florid ionları ilə kalsium ionları arasındakı reaksiyaya əsaslanır, mineral səthdə həll olunmayan kalsium flüor filmi əmələ gətirir və bu, kollektor adsorbsiyasının qarşısını alır.

Bununla belə, natrium flüor yüksək dərəcədə zəhərli maddədir və onun istifadəsi ətraf mühit və təhlükəsizlik baxımından narahatlıq yarada bilər. Nəticədə, tədqiqatçılar daha təhlükəsiz alternativlər axtarırlar.

2.3 Tanenlər və Nişasta

Taninlər və nişasta nadir torpaq flotasiyasında istifadə olunan üzvi depressantlara nümunədir. Bitki materiallarından əldə edilən taninlər, barit və flüorit kimi qanq minerallarını basdırmaq üçün istifadə olunur. Onların mexanizmi mineral səthdə metal ionları ilə mürəkkəbləşməni, kollektorun bağlanmasını azaldır.

Nişasta adətən nadir torpaq minerallarının flotasiyasında hematit və digər dəmir tərkibli minerallar üçün depressant kimi istifadə olunur. Nişasta və minerallar arasındakı qarşılıqlı əlaqə adətən fizikidir, nişasta molekulları mineral səthə adsorbsiya olunur və kollektor hərəkətinin qarşısını alır.

2.4 Yeni depressantlar

Yeni depressantların inkişafı nadir torpaq flotasiyasında davamlı tədqiqat sahəsidir. Bu yeni reagentlər flotasiya prosesinin seçiciliyini yaxşılaşdırmaq və ətraf mühitə təsirini azaltmaq məqsədi daşıyır. Son inkişaflara misal olaraq dəyişdirilmiş nişastalar, sintetik polimerlər və bioloji parçalana bilən üzvi depressantlar var.

Nadir torpaq flotasiyası üçün 3 köpürtücü

Frothers flotasiya hüceyrələrində sabit köpük yaratmaqda mühüm rol oynayır, nadir torpaq minerallarının qanq materiallarından ayrılmasına imkan verir. Köpürənlər qabarcıq ölçüsünə, köpük sabitliyinə və flotasiya kinetikasına təsir göstərir. Nadir torpaq flotasiyasında ən çox istifadə edilən köpükləndiricilər spirt əsaslı və efir əsaslı reagentlərdir.

3.1 Alkoqol əsaslı köpükləndiricilər

Metil izobutil karbinol (MIBC) və şam yağı kimi spirt əsaslı köpükləndiricilər mineral flotasiyada, o cümlədən nadir torpaq flotasiyasında geniş istifadə olunur. Bu köpükləndiricilər incə hissəciklərin flotasiyasını gücləndirən kiçik, sabit qabarcıqların yaranmasına kömək edir.

Alkoqol əsaslı köpürtücülər nisbətən ucuz və effektivdir, lakin onların performansı pH, mineral tərkibi və reagentlərin qarşılıqlı təsiri kimi amillərdən asılı olaraq dəyişə bilər.

3.2 Efir əsaslı köpürtücülər

Polipropilen qlikol efirləri (məsələn, DF-250) kimi efir əsaslı köpükləndiricilər də nadir torpaq flotasiyasında geniş istifadə olunur. Bu köpükləndiricilər spirt əsaslı köpükləndiricilərlə müqayisədə daha incə qabarcıqlar və daha sabit köpüklər əmələ gətirir. Bununla belə, efir əsaslı köpükləndiricilər daha bahalı ola bilər və dəqiq doza nəzarəti tələb edə bilər.

3.3 Roman Qardaşları

Nadir torpaq flotasiyası üçün yeni köpükləndiricilər üzərində aparılan tədqiqatlar ətraf mühitə təsirləri minimuma endirməklə yanaşı, seçiciliyin və köpük sabitliyinin yaxşılaşdırılmasına yönəlib. Bunlara flotasiya məhlulunda yağların və digər çirkləndiricilərin mövcudluğuna qarşı təkmilləşdirilmiş müqaviməti olan bioloji parçalana bilən köpürtücülər və köpürtücülər daxildir.

4 İon-adsorbsiya Nadir Torpaq filizləri üçün yuyulma reagentləri

İon-adsorbsiyalı nadir torpaq filizləri unikaldır ki, nadir torpaq elementləri mineral strukturlarda kilidlənmək əvəzinə, gil mineralların səthində adsorbsiya olunur. Bu filizlər adətən flotasiya ilə deyil, yuyulma üsulu ilə emal edilir. Təmizləyici maddələr gil səthlərdən nadir torpaq ionlarını desorbsiya etməklə bu prosesdə mühüm rol oynayır.

4.1 Ammonium sulfatın yuyulması

Ammonium sulfat ion-adsorbsiyalı nadir torpaq filizləri üçün ən çox istifadə edilən yuyulma agentidir. Məhluldakı ammonium ionları gil minerallarının səthindəki nadir torpaq ionları ilə mübadilə edərək onları məhlula buraxır. Bu üsul nisbətən aşağı qiymətə və sadəliyinə görə geniş istifadə olunur.

Bununla belə, ammonium sulfatın yuyulması, xüsusilə ammonium ionunun çirklənməsi baxımından əhəmiyyətli ekoloji problemlərə səbəb ola bilər. Daha ekoloji cəhətdən təmiz alternativlərin hazırlanması üçün səylər göstərilir.

4.2 Natrium xlorid və maqnezium sulfatla yuyulma

Ammonium sulfata alternativ olaraq natrium xlorid və maqnezium sulfat tədqiq edilmişdir. Bu reagentlər oxşar ion mübadiləsi mexanizmləri vasitəsilə işləyir, lakin ətraf mühitə daha az zərərli olması üstünlüyünə malikdir. Bununla belə, onlar bərpa sürəti baxımından daha az təsirli olurlar və onların istifadəsini optimallaşdırmaq üçün əlavə tədqiqatlara ehtiyac var.

4.3 Üzvi yuyulma agentləri

Limon turşusu və EDTA kimi üzvi yuyulma agentləri adi qeyri-üzvi yuyulma reagentlərinə ekoloji cəhətdən təmiz alternativ kimi araşdırılır. Bu üzvi birləşmələr nadir torpaq ionlarını effektiv şəkildə xelatlaşdıra bilər ki, bu da onların filizdən çıxarılmasını asanlaşdırır. Bununla belə, bu reagentlərin qiyməti onların geniş yayılması üçün məhdudlaşdırıcı amildir.

5 İon-adsorbsiya nadir torpaq filizləri üçün çökdürmə agentləri

Nadir torpaq ionları məhlulda yuyulduqdan sonra onları çökdürmək və bərpa etmək lazımdır. Çökmə məhlulundan ayrıla bilən nadir torpaq birləşmələri yaratmaq üçün çöküntü agentləri istifadə olunur.

5.1 Ammonium Bikarbonat

Ammonium bikarbonat adətən nadir torpaq karbonatları kimi süzülmə məhlullarından nadir torpaq ionlarını çökdürmək üçün istifadə olunur. Bu reagent effektiv və nisbətən ucuzdur, lakin o, ekoloji problemlər yaradan böyük həcmdə ammonium tərkibli çirkab suları istehsal edə bilər.

5.2 Oksalat turşusu

Oksalat turşusu nadir torpaq elementlərini nadir torpaq oksalatları kimi çökdürmək üçün geniş istifadə olunur, daha sonra nadir torpaq oksidləri istehsal etmək üçün kalsine edilə bilər. Oksalik turşu yüksək effektivdir, lakin ammonium bikarbonatdan daha bahalı ola bilər. Bundan əlavə, oksalat turşusu ilə işləmək toksikliyinə görə diqqətli təhlükəsizlik tədbirləri tələb edir.

5.3 Yeni çökdürmə agentləri

Nadir torpaqların bərpası üçün daha selektiv və ekoloji cəhətdən zərərsiz çöküntü agentlərinin yaradılması istiqamətində tədqiqatlar davam edir. Bunlara üzvi turşular, bioloji parçalana bilən reagentlər və ion dəyişdirici qatranlar daxildir.

6 Gələcək istiqamətlər və perspektivlər

Nadir torpaq mineral emalı reagentlərinin gələcəyi daha seçici, səmərəli və ekoloji cəhətdən təmiz reagentlərin hazırlanmasındadır. Gələcək tədqiqatlar üçün əsas sahələr bunlardır:

• Yaşıl reagentlərin inkişafı: Flotasiya və yuyulma reagentlərinin ətraf mühitə təsiri xüsusilə nadir torpaqların emalı kontekstində əsas narahatlıq doğurur. Ammonium sulfat və oksalat turşusu kimi ənənəvi kimyəvi maddələri əvəz edə bilən bioloji parçalana bilən, toksik olmayan reagentlərin inkişafına artan ehtiyac var.

• Seçiciliyin təkmilləşdirilməsi: Xüsusilə aşağı dərəcəli və mürəkkəb filizlər üçün nadir torpaq flotasiyasının selektivliyini yaxşılaşdırmaq üçün yeni kollektorlar, depressantlar və köpükləndiricilər lazımdır. Bura yeni molekulyar strukturların tədqiqi və mövcud reagentlərin modifikasiyası daxildir.

• Xərcin azaldılması: Bəzi nadir torpaq emal reagentlərinin, xüsusən də hidroksamik turşuların və fosfon turşularının yüksək qiyməti onların geniş yayılması üçün məhdudlaşdırıcı amildir. Gələcək tədqiqatlar daha əlverişli alternativlərin sintezinə və ya doza tələblərini azaltmaq üçün mövcud reagentlərin səmərəliliyinin artırılmasına yönəldilməlidir.

• Ətraf mühitin davamlılığı: Mədən əməliyyatlarının ətraf mühitə təsirini azaltmağa yönəlmiş bütün dünyada artan qaydalarla, ekoloji cəhətdən davamlı nadir torpaq emalı texnologiyalarının inkişafı daha da vacib olur. Bu, zərərli kimyəvi maddələrin istifadəsini minimuma endirmək və tullantıların və çirklənmənin yaranmasının azaldılmasını əhatə edir.

Yekun olaraq, nadir torpaq minerallarının emalı kimyəvi reagentlərin istifadəsindən çox asılıdır və bu reagentlərin səmərəliliyini, seçiciliyini və davamlılığını artırmaq üçün davamlı tədqiqatlar vacibdir. Yeni, daha yaşıl reagentlərin inkişafı nadir torpaqların zənginləşdirilməsinin gələcəyi üçün kritik rol oynayacaq, çünki bu kritik minerallara qlobal tələbat artmaqda davam edir.