Сучасны стан даследаванняў і перспектывы рэагентаў для перапрацоўкі рэдказямельных мінералаў

Рэагенты для перапрацоўкі рэдказямельных мінералаў: калектары, дэпрэсанты, пенаўтваральнікі і вымывальнікі для эфектыўнага і ўстойлівага аднаўлення

Рэдказямельныя элементы (РЗЭ) валодаюць цэлым шэрагам выключных фізічных і хімічных уласцівасцей, што робіць іх важнымі ў розных прымяненнях, ад электронікі да ваеннага выкарыстання. Яны прызнаны важнымі мінераламі ў такіх краінах, як Кітай, ЗША, Японія і Аўстралія. Тым не менш, рэдказямельныя мінералы багатыя разнастайнасцю, але нізкім утрыманнем і часта цесна звязаны з падобнымі жыльнымі мінераламі. Іх узбагачэнне ў значнай ступені залежыць ад прагрэсу ў галіне рэагентаў для перапрацоўкі мінералаў.

Гэты артыкул накіраваны на эфектыўнае ўзбагачэнне рэдказямельных рэсурсаў. Ён абагульняе сучасны стан даследаванняў і распрацовак флотореагенты для рэдказямельных руд на мінеральнай аснове, уключаючы калектары, депрессантов, актыватары і пенаўтваральнікі, разам з іх механізмамі флотации. Хімічныя рэагенты для ўзбагачэння рэдказямельных руд іённага тыпу, у тым ліку вымывальнікі і асаджальнікі, таксама абмяркоўваюцца, якія ахопліваюць статус іх даследаванняў і механізмы вымывання. Акрамя таго, сучасны стан в флотация рэдказямельных элементаў калекцыянераў ацэньваецца, і будучыя напрамкі даследаванняў для Перапрацоўка рэдказямельных мінералаў аналізуюцца рэагенты. Гэты агляд прызначаны для даведкі для кампаній і спецыялістаў, якія займаюцца перапрацоўкай рэдказямельных мінералаў і распрацоўкай рэагентаў.

0 Увядзенне

Рэдказямельныя элементы (РЗЭ) ўключаюць скандый, ітрый і ўсе 15 лантанідаў, што складае 17 элементаў. Гэтыя элементы дэманструюць шэраг выключных фізічных і хімічных уласцівасцей, што робіць іх важнымі ў розных грамадзянскіх і ваенных сектарах, уключаючы медыцынскую, энергетычную і абаронную прамысловасць. Іх часта называюць "прамысловымі вітамінамі", "цуда-элементамі", "сельскагаспадарчымі гармонамі" і "баявымі металамі", прызнанымі важнымі мінераламі такімі краінамі, як Злучаныя Штаты, Кітай, Японія, Аўстралія, Канада і Еўрапейскі Саюз. Па дадзеных Геалагічнай службы ЗША (USGS), на 2022 г. сусветныя запасы рэдказямельных аксідаў (РЗЗ) складаюць каля 120 мільёнаў тон, у асноўным сканцэнтраваныя ў Кітаі (36.7%), В'етнаме (18.3%), Бразіліі (17.5%), Расіі (17.5%), Індыі (5.8%) і Аўстраліі (3.3%).

Асноўныя рэдказямельныя шахты ў свеце ўключаюць радовішчы Баян-Обо, Мааніупін і Ганьчжоу ў Кітаі, шахты Mountain Pass у ЗША, шахты Araxa і Minasu у Бразіліі, радовішча Strange Lake у Канадзе, радовішча Mount Weld у Аўстраліі і радовішча Zandkopsdrift у Паўднёвай Афрыцы. Акрамя таго, паўднёвыя правінцыі Кітая, у тым ліку Цзянсі, Гуандун, Фуцзянь і Юньнань, з'яўляюцца домам для больш чым 170 высакаякасных іённа-адсорбцыйных рэдказямельных радовішчаў, якія з'яўляюцца глабальнай асноўнай крыніцай сярэдніх і цяжкіх рэдказямельных элементаў.

Было выяўлена больш за 250 тыпаў рэдказямельных мінералаў, прычым бастнэзіт ((Ce, La)(CO3)F), манацыт ((Ce, La)PO4), ксенатым (YPO4), ітрыяліт (Y2FeBe(SiO4)2O2) і фергусаніт (YNbO4) складаюць больш за 95 % ад агульнай колькасці рэдказямельных руд на мінеральнай аснове. Аднак гэтыя руды часта звязаны з кварцам, флюарытам, барытам, палявым шпатам, кальцытам і іншымі сілікатнымі жыльнымі мінераламі, у выніку чаго ўтвараюцца руды нізкага ўзроўню, якія цяжка аддзяліць. Такім чынам, узбагачэнне рэдказямельных руд часта патрабуе камбінацыі гравітацыйнай сепарацыі, магнітнай сепарацыі і флотации для пераўтварэння нізкаякасных руд у прамысловыя плавільныя канцэнтраты. У выпадку іённа-адсорбцыйных рэдказямельных руд рэдказямельныя элементы адсарбуюцца ў выглядзе іёнаў на мінеральных паверхнях або ўнутры крышталічных слаёў, што патрабуе хімічнай апрацоўкі для здабывання рэдказямельных аксідаў.

Калі вы маеце справу з рэдказямельнымі рудамі мінеральнага або іённага тыпу, прымяненне ўзбагачальных рэагентаў мае вырашальнае значэнне для вызначэння якасці прадукту, аднаўленне рэдказямельных элементаў стаўкі, эфектыўнасць вытворчасці, выдаткі і ўздзеянне на навакольнае асяроддзе.

Гэты артыкул прысвечаны эфектыўнаму ўзбагачэнню рэдказямельных рэсурсаў, прапаноўваючы падрабязны агляд тыпаў, механізмаў і ходу даследаванняў флатацыйных рэагентаў (калектараў, пенаўтваральнікаў, рэгулятараў) для рэдказямельных руд на мінеральнай аснове, а таксама хімічных рэагентаў для ўзбагачэння (вымывальнікаў, асаднікаў) для рэдказямельных руд іённага тыпу. У ім таксама прадстаўлены будучыя напрамкі даследаванняў і распрацовак у галіне рэагентаў для перапрацоўкі рэдказямельных мінералаў з мэтай даць арыенцір для кампаній і даследчыкаў, якія займаюцца падзелам рэдказямельных элементаў або распрацоўкай прамысловых рэагентаў.

1 рэдказямельных флотационных калекцыянераў

Калектары адыгрываюць вырашальную ролю ў флотацыі рэдказямельных элементаў, змяняючы гідрафобнасць паверхні мэтавых мінералаў, палягчаючы іх прымацаванне да бурбалак і паляпшаючы іх флотацыйныя ўласцівасці. Зыходзячы з функцыянальных груп, калектары для флотации рэдказямельных элементаў можна класіфікаваць на гідраксамавыя кіслоты, тлустыя кіслоты, фосфонавыя кіслоты і іншыя рэагенты.1.1 Калектары гідраксамавай кіслаты

Калектары гідраксамавай кіслаты, распрацаваныя ў 1980-х гадах, з'яўляюцца найбольш часта выкарыстоўванымі рэагентамі пры флотации рэдказямельных элементаў. Гідраксамавыя кіслоты, таксама вядомыя як оксимы, існуюць у дзвюх ізамерных формах: оксим (кетоструктура) і гідраксамовая кіслата (енольная структура), прычым оксим з'яўляецца пераважнай. Абодва ізамеры дысацыююць з адукацыяй ідэнтычных аніёнаў падчас флотации.

Звычайныя калектары гідраксамавай кіслаты, якія выкарыстоўваюцца пры флотации рэдказямельных элементаў, ўключаюць C7-C9 алкілгідраксамавую кіслату, 2-гідраксі-3-нафтагідраксамавую кіслату (H205), 1-гідраксі-2-нафтагідраксамавую кіслату (H203), саліцылавую гідраксамавую кіслату (L102), цыклаалкілгідраксамавую кіслату, бензілаксамавую кіслату. кіслата, октилмалоновая гідраксамавая кіслата (OMHA) і іншыя мадыфікаваныя або змешаныя прадукты гідраксамавай кіслаты, такія як H316 (мадыфікаваны H205), P8 (у асноўным гідраксінафтагідраксамавая кіслата), LF8# (98% гідраксінафтагідраксамавая кіслата) і калектар 103 (саліцылавая гідраксамавая кіслата). У той час як гідраксамавыя кіслоты дэманструюць добрую селектыўнасць для рэдказямельных элементаў, яны часта патрабуюць нагрэву падчас флотации, што прыводзіць да больш высокіх выдаткаў на энергію, і іх сінтэз таксама можа быць дарагім.

1.2 Калектары тоўстых кіслот

Зборшчыкі тоўстых кіслот выкарыстоўваліся ў флотацыі рэдказямельных элементаў з 1950-х гадоў, калі алеінавая кіслата была паспяхова ўжыта на Маунтин-Пас у Злучаных Штатах. У Кітаі сістэматычныя даследаванні па выкарыстанні олеінавай кіслаты і акісленага парафінавага мыла для флотации рэдказямельных элементаў пачаліся ў 1960-х гадах.

Зборшчыкі тоўстых кіслот атрымліваюць з натуральных раслінных або жывёл алеяў, якія звычайна складаюцца з сумесі C10-C20 насычаных і ненасычаных карбонавых кіслот або соляў. Звычайныя рэагенты ўключаюць алеінавую кіслату, олеат натрыю, таллавае алей, акісленае парафінавае мыла, алей пладоў Бахуса, фталаты, нафтэнавую кіслату і акісленыя вытворныя нафты. Аднак зборшчыкі тоўстых кіслот маюць меншую селектыўнасць для рэдказямельных мінералаў і часта патрабуюць дадання дэпрэсантаў і рэгулявання тэмпературы для дасягнення эфектыўнага падзелу.

Лічыцца, што флотация рэдказямельных мінералаў з выкарыстаннем тоўстых кіслот уключае камбінацыю фізічнай адсорбцыі, хімічнай адсорбцыі і хімічных рэакцый на паверхні.

1.3 Калектары фосфонавай кіслаты

Калектары фосфонавай кіслаты (—P=O) і фасфанатаў (—O—P=O) дэманструюць больш высокія характарыстыкі флотацыі для металічных мінералаў у параўнанні з калекцыянерамі гідраксамавай і тоўстых кіслот. Аднак зборшчыкі фосфонавай кіслаты звычайна маюць меншую селектыўнасць.

Калектары фосфонавай кіслаты, якія выкарыстоўваюцца ў цяперашні час пры флотации рэдказямельных элементаў, уключаюць стырол-фосфонавую кіслату, п-талуол-фосфонавую кіслату, бензіл-фосфонавую кіслату, α-гідраксібензіл-фосфонавую кіслату і камерцыйныя прадукты, такія як P538 і Flotinor 1682.

1.4 Іншыя калекцыянеры

Акрамя гідраксамавых кіслот, тоўстых кіслот і фосфонавых кіслот, вывучаюцца розныя новыя калектары для павышэння эфектыўнасці і селектыўнасці флотации рэдказямельных элементаў. Некаторыя з іх ўключаюць сульфанаты, тиофосфаты і солі чацвярцічнага амонія.

• Сульфанаты: Паведамляецца, што сульфанаты дэманструюць добрую селектыўнасць і прадукцыйнасць у працэсах флотации, але іх прымяненне ў флотации рэдказямельных мінералаў усё яшчэ знаходзіцца на ранніх стадыях.

• Тио-фасфаты: Гэтыя калектары часта выкарыстоўваюцца ў флотацыі сульфідных мінералаў, але даследаванні па іх прымяненню ў флотацыі рэдказямельных элементаў працягваюцца.

• Чацвярцічныя солі амонія: Гэтыя злучэнні былі даследаваны на прадмет іх здольнасці плаваць несульфідныя мінералы, і паведамлялася пра пэўны поспех у флотацыі рэдказямельных элементаў. Яны працуюць праз электрастатычнае прыцягненне з адмоўна зараджанымі мінеральнымі паверхнямі.

Даследчыкі пастаянна эксперыментуюць з новымі рэагентамі для павышэння эфектыўнасці флотации рэдказямельных мінералаў, засяроджваючыся як на паляпшэнні хуткасці аднаўлення, так і на зніжэнні ўздзеяння гэтых хімічных рэчываў на навакольнае асяроддзе.

2 Дэпрэсанты для рэдказямельнай флотации

Дэпрэсанты важныя пры флотацыі рэдказямельных мінералаў для выбарчага інгібіравання жыльных мінералаў, тым самым паляпшаючы селектыўнасць і выхад мэтавых рэдказямельных мінералаў. Асноўныя жыльныя мінералы, звязаныя з рэдказямельнымі рудамі, такія як кварц, кальцыт і барыт, часта дэманструюць падобныя паводзіны флотацыі, што робіць іх селектыўнае інгібіраванне вырашальным.

Агульныя дэпрэсанты пры флотации рэдказямельных элементаў ўключаюць вадкае шкло (сілікат натрыю), фтарыд натрыю, дубільныя рэчывы і крухмал.

2.1 Сілікат натрыю (вадзяное шкло)

Сілікат натрыю, шырока вядомы як вадзяное шкло, з'яўляецца адным з найбольш шырока выкарыстоўваюцца дэпрэсантаў пры флотации рэдказямельных элементаў. Ён выкарыстоўваецца для інгібіравання сілікатных мінералаў, такіх як кварц і палявы шпат. Механізм дэпрэсіўнага дзеяння сілікату натрыю звычайна звязваюць з утварэннем пласта кремнезема на паверхні жыльных мінералаў, які перашкаджае адсорбцыі калектара.

Вадкае шкло з'яўляецца эфектыўным, недарагім дэпрэсантам, але на яго дзеянне могуць уплываць такія фактары, як pH, канцэнтрацыя іёнаў і дазоўка рэагентаў. Даследчыкі даследуюць мадыфікаваныя сілікаты і іншыя хімічныя дабаўкі для павышэння селектыўнасці вадзянога шкла.

2.2 Фтарыд натрыю

Фтарыд натрыю выкарыстоўваецца для дэпрэсіі кальцыту ў працэсах флотации рэдказямельных элементаў. Яго дэпрэсіўны эфект заснаваны на рэакцыі паміж іёнамі фтору і іёнамі кальцыя, якія ўтвараюць на паверхні мінерала нерастваральную плёнку фтарыду кальцыя, якая перашкаджае адсорбцыі калектара.

Аднак фтарыд натрыю з'яўляецца вельмі таксічным рэчывам, і яго выкарыстанне можа выклікаць праблемы з навакольным асяроддзем і бяспекай. У выніку даследчыкі актыўна шукаюць больш бяспечныя альтэрнатывы.

2.3 Дубільныя рэчывы і крухмал

Дубільныя рэчывы і крухмал - прыклады арганічных дэпрэсантаў, якія выкарыстоўваюцца пры флотации рэдказямельных элементаў. Дубільныя рэчывы, атрыманыя з раслінных матэрыялаў, выкарыстоўваюцца для дэпрэсіі жыльных мінералаў, такіх як барыт і флюарыт. Іх механізм уключае комплексообразование з іёнамі металу на паверхні мінерала, памяншаючы прымацаванне калектара.

Крухмал звычайна выкарыстоўваецца ў якасці дэпрэсанта для гематыту і іншых жалезазмяшчальных мінералаў пры флотации рэдказямельных мінералаў. Узаемадзеянне паміж крухмалам і мінераламі, як правіла, фізічнае, малекулы крухмалу адсарбуюцца на паверхні мінерала, прадухіляючы дзеянне калектара.

2.4 Новыя дэпрэсанты

Распрацоўка новых дэпрэсантаў з'яўляецца пастаяннай сферай даследаванняў у галіне флотации рэдказямельных элементаў. Гэтыя новыя рэагенты накіраваны на павышэнне селектыўнасці і зніжэнне ўздзеяння працэсу флотации на навакольнае асяроддзе. Прыклады нядаўніх распрацовак ўключаюць мадыфікаваны крухмал, сінтэтычныя палімеры і біяраскладальныя арганічныя дэпрэсанты.

3 пенаўтваральнікі для рэдказямельнай флотацыі

Пенаўтваральнікі гуляюць важную ролю ў стварэнні стабільнай пены ў камерах флотации, дазваляючы аддзяляць рэдказямельныя мінералы ад жыльных матэрыялаў. Пенаўтваральнікі ўплываюць на памер бурбалак, стабільнасць пены і кінэтыку флотацыі. Найбольш часта выкарыстоўваюцца ўспеньвальнікі пры флотации рэдказямельных элементаў - гэта рэагенты на аснове спірту і эфіру.

3.1 Спіртавыя пенаўтваральнікі

Пенатваральнікі на спіртавой аснове, такія як метылавы ізабутылакарбінол (MIBC) і сасновы алей, шырока выкарыстоўваюцца ў флотацыі карысных выкапняў, у тым ліку рэдказямельных. Гэтыя ўспеньвальнікі дапамагаюць ствараць невялікія, стабільныя бурбалкі, якія ўзмацняюць флотацию дробных часціц.

Пенообразователи на спіртавой аснове адносна недарагія і эфектыўныя, але іх прадукцыйнасць можа вар'іравацца ў залежнасці ад такіх фактараў, як pH, мінеральны склад і ўзаемадзеянне рэагентаў.

3.2 Эфірныя пенаўтваральнікі

Успеньвальнікі на аснове эфіраў, такія як простыя эфіры поліпрапіленгліколя (напрыклад, DF-250), таксама звычайна выкарыстоўваюцца пры флотации рэдказямельных элементаў. Гэтыя пены, як правіла, вырабляюць больш дробныя бурбалкі і больш устойлівую пену ў параўнанні з пенаўтваральнікамі на спіртавой аснове. Аднак успеньвальнікі на аснове эфіру могуць быць даражэйшымі і могуць патрабаваць дакладнага кантролю дазоўкі.

3.3 Раман Фратэрс

Даследаванне новых пенаўтваральнікаў для флотации рэдказямельных элементаў сканцэнтравана на паляпшэнні селектыўнасці і стабільнасці пены пры мінімізацыі ўздзеяння на навакольнае асяроддзе. Яны ўключаюць у сябе біяраскладальныя пенаўтваральнікі і пенаўтваральнікі з палепшанай устойлівасцю да прысутнасці алеяў і іншых забруджвальных рэчываў у флотационной суспензіі.

4 Рэагенты для вымывання рэдказямельных руд іённай адсорбцыі

Іённа-адсарбцыйныя рэдказямельныя руды ўнікальныя тым, што рэдказямельныя элементы адсарбуюцца на паверхні гліністых мінералаў, а не замыкаюцца ў мінеральных структурах. Гэтыя руды звычайна апрацоўваюцца з дапамогай вылугавання, а не флотации. Вымывальнікі гуляюць важную ролю ў гэтым працэсе, дэсарбуючы рэдказямельныя іёны з гліняных паверхняў.

4.1 Вылугаванне сульфатам амонія

Сульфат амонія з'яўляецца найбольш часта выкарыстоўваным вымывальнікам для іённа-адсорбцыйных рэдказямельных руд. Іёны амонія ў растворы абменьваюцца з рэдказямельнымі іёнамі на паверхні гліністых мінералаў, вызваляючы іх у раствор. Гэты метад шырока выкарыстоўваецца з-за адносна нізкай кошту і прастаты.

Аднак вымыванне сульфату амонія можа выклікаць значныя экалагічныя праблемы, у прыватнасці, з пункту гледжання забруджвання іёнамі амонія. Робяцца намаганні па распрацоўцы больш экалагічна чыстых альтэрнатыў.

4.2 Вылугаванне хларыдам натрыю і сульфатам магнію

Хларыд натрыю і сульфат магнію былі даследаваны ў якасці альтэрнатывы сульфату амонія. Гэтыя рэагенты дзейнічаюць праз падобныя механізмы іённага абмену, але маюць перавагу меншай шкоды для навакольнага асяроддзя. Аднак яны, як правіла, менш эфектыўныя з пункту гледжання хуткасці аднаўлення, і для аптымізацыі іх выкарыстання неабходныя дадатковыя даследаванні.

4.3 Арганічныя вымывальнікі

Арганічныя вымывальнікі, такія як цытрынавая кіслата і ЭДТА, разглядаюцца як экалагічна чыстыя альтэрнатывы звычайным неарганічным вымывальнікам. Гэтыя арганічныя злучэнні могуць эфектыўна хелатировать рэдказямельныя іёны, палягчаючы іх здабычу з руды. Аднак кошт гэтых рэагентаў з'яўляецца абмежавальным фактарам для іх шырокага распаўсюджвання.

5 ападкаў для іённа-адсорбцыйных рэдказямельных руд

Пасля таго, як рэдказямельныя іёны вымываюцца ў раствор, іх трэба асаджаць і аднаўляць. Асаджвальнікі выкарыстоўваюцца для адукацыі рэдказямельных злучэнняў, якія можна вылучыць з раствора для вышчалачвання.

5.1 Бікарбанат амонія

Бікарбанат амонія звычайна выкарыстоўваецца для асаджэння рэдказямельных іёнаў з вымывальных раствораў у выглядзе рэдказямельных карбанатаў. Гэты рэагент эфектыўны і адносна недарагі, але ён можа вырабляць вялікія аб'ёмы сцёкавых вод, якія змяшчаюць амоній, што стварае экалагічныя праблемы.

5.2 Шчаўевая кіслата

Шчаўевая кіслата шырока выкарыстоўваецца для асаджэння рэдказямельных элементаў у выглядзе рэдказямельных аксалатаў, якія затым могуць быць кальцыніраваны для атрымання рэдказямельных аксідаў. Шчаўевая кіслата вельмі эфектыўная, але можа быць даражэй, чым бікарбанат амонія. Акрамя таго, абыходжанне са шчаўевай кіслатой патрабуе дбайных мер бяспекі з-за яе таксічнасці.

5.3 Новыя асаджвальнікі

Працягваюцца даследаванні па распрацоўцы больш селектыўных і экалагічна бяспечных асаджальных агентаў для аднаўлення рэдказямельных элементаў. Сюды ўваходзяць арганічныя кіслоты, біяраскладальныя рэагенты і іонаабменныя смалы.

6 Будучыя напрамкі і перспектывы

Будучыня рэагентаў для апрацоўкі рэдказямельных мінералаў заключаецца ў распрацоўцы больш выбарчых, эфектыўных і экалагічна чыстых рэагентаў. Асноўныя вобласці для будучых даследаванняў ўключаюць:

• Распрацоўка зялёных рэагентаў: Уздзеянне флотационных рэагентаў і рэагентаў для вылугавання на навакольнае асяроддзе выклікае вялікую заклапочанасць, асабліва ў кантэксце апрацоўкі рэдказямельных элементаў. Расце патрэба ў распрацоўцы біяраскладальных нетоксичных рэагентаў, якія могуць замяніць традыцыйныя хімікаты, такія як сульфат амонію і шчаўевая кіслата.

• Паляпшэнне селектыўнасці: Новыя калектары, дэпрэсанты і ўспеньвальнікі неабходныя для паляпшэння селектыўнасці рэдказямельнай флотацыі, асабліва для нізкаякасных і складаных руд. Гэта ўключае ў сябе вывучэнне новых малекулярных структур і мадыфікацыю існуючых рэагентаў.

• Зніжэнне выдаткаў: Высокі кошт некаторых рэдказямельных рэагентаў, асабліва гідраксамавых кіслот і фосфонавых кіслот, з'яўляецца абмежавальным фактарам для іх шырокага выкарыстання. Будучыя даследаванні павінны быць сканцэнтраваны на сінтэзе больш даступных альтэрнатыў або на павышэнні эфектыўнасці існуючых рэагентаў для зніжэння патрабаванняў да дазоўкі.

• Экалагічная ўстойлівасць: З ростам правілаў ва ўсім свеце, накіраваных на памяншэнне ўздзеяння горназдабыўных работ на навакольнае асяроддзе, распрацоўка экалагічна ўстойлівых тэхналогій апрацоўкі рэдказямельных элементаў становіцца ўсё больш важнай. Гэта ўключае ў сябе мінімізацыю выкарыстання шкодных хімічных рэчываў і скарачэнне вытворчасці адходаў і забруджвання.

У заключэнне можна сказаць, што апрацоўка рэдказямельных мінералаў у значнай ступені залежыць ад выкарыстання хімічных рэагентаў, і бягучыя даследаванні неабходныя для павышэння эфектыўнасці, селектыўнасці і ўстойлівасці гэтых рэагентаў. Распрацоўка новых, больш экалагічных рэагентаў будзе мець вырашальнае значэнне для будучыні ўзбагачэння рэдказямельных элементаў, паколькі сусветны попыт на гэтыя важныя мінералы працягвае расці.