Status Penelitian Saat Ini dan Prospek Reagen Pengolahan Mineral Tanah Jarang

Reagen Pengolahan Mineral Tanah Jarang: Kolektor, Depresan, Pembuih & Agen Pelindian untuk Pemulihan yang Efisien dan Berkelanjutan

Unsur tanah jarang (REE) memiliki berbagai sifat fisik dan kimia yang luar biasa, yang membuatnya penting dalam berbagai aplikasi, mulai dari elektronik hingga keperluan militer. REE diakui sebagai mineral penting oleh negara-negara seperti Tiongkok, Amerika Serikat, Jepang, dan Australia. Akan tetapi, mineral tanah jarang memiliki variasi yang melimpah tetapi kadarnya rendah dan sering kali berkaitan erat dengan mineral pengotor yang serupa. Pemurniannya sangat bergantung pada kemajuan dalam reagen pemrosesan mineral.

Artikel ini ditujukan untuk pengolahan sumber daya tanah jarang yang efisien. Artikel ini merangkum keadaan terkini penelitian dan pengembangan reagen flotasi untuk bijih tanah jarang berbasis mineral, termasuk kolektor, depresan , aktivator, dan pembuih , beserta mekanisme flotasinya. Reagen pengolahan kimia untuk bijih tanah jarang tipe ion, termasuk agen pelarut dan agen pengendap, juga dibahas, meliputi status penelitian dan mekanisme pelarutannya. Lebih lanjut, keadaan terkini kolektor flotasi tanah jarang dievaluasi, dan arah penelitian masa depan untuk reagen pengolahan mineral tanah jarang dianalisis. Tinjauan ini bertujuan untuk memberikan referensi bagi perusahaan dan profesional yang terlibat dalam pengolahan mineral tanah jarang dan pengembangan reagen.

0 Pendahuluan

Unsur tanah jarang (REE) meliputi skandium, itrium, dan semua 15 lantanida, yang berjumlah total 17 unsur. Unsur-unsur ini menunjukkan berbagai sifat fisik dan kimia yang luar biasa, yang membuatnya penting dalam berbagai sektor sipil dan militer, termasuk industri medis, energi, dan pertahanan. Mereka sering disebut sebagai "vitamin industri," "unsur ajaib," "hormon pertanian," dan "logam perang," yang diakui sebagai mineral penting oleh negara-negara seperti Amerika Serikat, Tiongkok, Jepang, Australia, Kanada, dan Uni Eropa. Menurut Survei Geologi Amerika Serikat (USGS), pada tahun 2022, cadangan oksida tanah jarang (REO) global mencapai sekitar 120 juta ton, terutama terkonsentrasi di Tiongkok (36.7%), Vietnam (18.3%), Brasil (17.5%), Rusia (17.5%), India (5.8%), dan Australia (3.3%).

Tambang tanah jarang utama di dunia meliputi endapan Bayan Obo, Maoniuping, dan Ganzhou di Tiongkok, tambang Mountain Pass di AS, tambang Araxa dan Minasu di Brasil, endapan Strange Lake di Kanada, endapan Mount Weld di Australia, dan endapan Zandkopsdrift di Afrika Selatan. Selain itu, provinsi-provinsi selatan Tiongkok, termasuk Jiangxi, Guangdong, Fujian, dan Yunnan, merupakan rumah bagi lebih dari 170 endapan tanah jarang dengan penyerapan ion berkualitas tinggi, yang berfungsi sebagai sumber utama global unsur tanah jarang sedang dan berat.

Lebih dari 250 jenis mineral tanah jarang telah diidentifikasi, dengan bastnasit ((Ce, La)(CO3)F), monasit ((Ce, La)PO4), xenotim (YPO4), itrialit (Y2FeBe(SiO4)2O2), dan fergusonit (YNbO4) yang mencakup lebih dari 95% dari total bijih tanah jarang berbasis mineral. Namun, bijih-bijih ini sering dikaitkan dengan kuarsa, fluorit, barit, feldspar, kalsit, dan mineral pengotor silikat lainnya, sehingga menghasilkan bijih bermutu rendah yang sulit dipisahkan. Dengan demikian, pemurnian bijih tanah jarang sering kali memerlukan kombinasi pemisahan gravitasi, pemisahan magnetik, dan flotasi untuk meningkatkan bijih bermutu rendah menjadi konsentrat bermutu peleburan industri. Dalam kasus bijih tanah jarang penyerapan ion, unsur-unsur tanah jarang diserap sebagai ion pada permukaan mineral atau dalam lapisan kristal, yang memerlukan pemrosesan kimia untuk mengekstrak oksida tanah jarang.

Baik itu bijih tanah jarang berbasis mineral atau tipe ion, penerapan reagen pengayaan sangat penting dalam menentukan mutu produk, tingkat pemulihan tanah jarang , efisiensi produksi, biaya, dan dampak lingkungan.

Artikel ini berfokus pada peningkatan efisiensi sumber daya tanah jarang, dengan memberikan gambaran terperinci tentang jenis, mekanisme, dan kemajuan penelitian reagen flotasi (kolektor, pembuih, regulator) untuk bijih tanah jarang berbasis mineral, serta reagen peningkatan kimia (agen pelindian, agen pengendapan) untuk bijih tanah jarang tipe ion. Artikel ini juga menyajikan arah masa depan untuk penelitian dan pengembangan dalam reagen pemrosesan mineral tanah jarang, yang bertujuan untuk memberikan referensi bagi perusahaan dan peneliti yang terlibat dalam pemisahan tanah jarang atau pengembangan reagen industri.

1 Kolektor Flotasi Tanah Jarang

Kolektor memainkan peran penting dalam flotasi tanah jarang dengan mengubah sifat hidrofobisitas permukaan mineral target, membuatnya lebih mudah menempel pada gelembung dan meningkatkan sifat flotasinya. Berdasarkan gugus fungsi, kolektor untuk flotasi tanah jarang dapat diklasifikasikan menjadi asam hidroksamat, asam lemak, asam fosfonat, dan reagen lainnya.1.1 Kolektor Asam Hidroksamat

Kolektor asam hidroksamat, yang dikembangkan pada tahun 1980-an, merupakan reagen yang paling umum digunakan dalam flotasi tanah jarang. Asam hidroksamat, yang juga dikenal sebagai oksim, ada dalam dua bentuk isomer: oksim (struktur keto) dan asam hidroksamat (struktur enol), dengan oksim yang dominan. Kedua isomer tersebut terdisosiasi untuk membentuk anion yang identik selama flotasi.

Kolektor asam hidroksamat umum yang digunakan dalam flotasi tanah jarang meliputi asam alkil hidroksamat C7-C9, asam 2-hidroksi-3-naftohidroksamat (H205), asam 1-hidroksi-2-naftohidroksamat (H203), asam hidroksamat salisilat (L102), asam sikloalkil hidroksamat, asam benziloksamat, asam oktil malonat hidroksamat (OMHA), dan produk asam hidroksamat yang dimodifikasi atau dicampur lainnya, seperti H316 (H205 yang dimodifikasi), P8 (terutama asam hidroksinaftohidroksamat), LF8# (98% asam hidroksinaftohidroksamat), dan kolektor 103 (asam hidroksamat salisilat). Sementara asam hidroksamat menunjukkan selektivitas yang baik untuk unsur tanah jarang, mereka sering memerlukan pemanasan selama flotasi, yang menyebabkan biaya energi yang lebih tinggi, dan sintesisnya juga bisa mahal.

1.2 Kolektor Asam Lemak

Kolektor asam lemak telah digunakan dalam flotasi tanah jarang sejak tahun 1950-an ketika asam oleat berhasil diaplikasikan di Mountain Pass di Amerika Serikat. Di Cina, studi sistematis tentang penggunaan asam oleat dan sabun parafin teroksidasi untuk flotasi tanah jarang dimulai pada tahun 1960-an.

Pengumpul asam lemak berasal dari minyak nabati atau hewani alami, biasanya terdiri dari campuran asam karboksilat atau garam jenuh dan tak jenuh C10-C20. Reagen umum meliputi asam oleat, natrium oleat, minyak tall, sabun parafin teroksidasi, minyak buah Bacchus, ftalat, asam naftenat, dan turunan minyak bumi teroksidasi. Namun, pengumpul asam lemak memiliki selektivitas yang lebih rendah untuk mineral tanah jarang dan sering kali memerlukan penambahan depresan dan penyesuaian suhu untuk mencapai pemisahan yang efektif.

Flotasi mineral tanah jarang menggunakan asam lemak diyakini melibatkan kombinasi penyerapan fisik, penyerapan kimia, dan reaksi kimia permukaan.

1.3 Kolektor Asam Fosfonat

Kolektor asam fosfonat (—P=O) dan fosfonat (—O—P=O) menunjukkan kinerja flotasi yang lebih baik untuk mineral logam dibandingkan dengan kolektor hidroksamat dan asam lemak. Namun, kolektor asam fosfonat umumnya memiliki selektivitas yang lebih rendah.

Kolektor asam fosfonat yang saat ini digunakan dalam flotasi tanah jarang meliputi asam stirena fosfonat, asam p-toluena fosfonat, asam benzil fosfonat, asam α-hidroksibenzil fosfonat, dan produk komersial seperti P538 dan Flotinor 1682.

1.4 Kolektor Lainnya

Selain asam hidroksamat, asam lemak, dan asam fosfonat, berbagai kolektor baru sedang dieksplorasi untuk meningkatkan efisiensi dan selektivitas flotasi tanah jarang. Beberapa di antaranya termasuk sulfonat, tiofosfat, dan garam amonium kuarterner.

• Sulfonat : Sulfonat dilaporkan menunjukkan selektivitas dan kinerja yang baik dalam proses flotasi, tetapi penerapannya dalam flotasi mineral tanah jarang masih dalam tahap awal.

• Tiofosfat : Kolektor ini sering digunakan dalam flotasi mineral sulfida, tetapi penelitian tentang penerapannya dalam flotasi unsur tanah jarang masih terus dilakukan.

• Garam Amonium Kuaterner : Senyawa ini telah diteliti karena kemampuannya untuk mengapungkan mineral non-sulfida, dan beberapa keberhasilan telah dilaporkan dalam flotasi unsur tanah jarang. Senyawa ini bekerja melalui daya tarik elektrostatik dengan permukaan mineral yang bermuatan negatif.

Para peneliti terus-menerus bereksperimen dengan reagen baru untuk meningkatkan efektivitas flotasi mineral tanah jarang, dengan fokus pada peningkatan tingkat pemulihan dan pengurangan dampak lingkungan dari bahan kimia ini.

2 Depresan untuk Flotasi Tanah Jarang

Zat depresan sangat penting dalam flotasi mineral tanah jarang untuk menghambat mineral gangue secara selektif, sehingga meningkatkan selektivitas dan hasil mineral tanah jarang yang menjadi target. Mineral gangue utama yang terkait dengan bijih tanah jarang, seperti kuarsa, kalsit, dan barit, sering kali menunjukkan perilaku flotasi yang serupa, sehingga penghambatan selektifnya menjadi penting.

Depresan umum dalam flotasi tanah jarang meliputi gelas air (natrium silikat), natrium fluorida, tanin, dan pati.

2.1 Natrium Silikat (Kaca Air)

Natrium silikat, yang umumnya dikenal sebagai gelas air, merupakan salah satu depresan yang paling banyak digunakan dalam flotasi tanah jarang. Natrium silikat digunakan untuk menghambat mineral silikat seperti kuarsa dan feldspar. Mekanisme aksi depresan natrium silikat secara umum dikaitkan dengan pembentukan lapisan silika pada permukaan mineral gangue, yang mencegah penyerapan kolektor.

Kaca air merupakan depresan yang efektif dan murah, tetapi kinerjanya dapat dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti pH, konsentrasi ion, dan dosis reagen. Para peneliti tengah meneliti silikat yang dimodifikasi dan aditif kimia lainnya untuk meningkatkan selektivitas kaca air.

2.2 Natrium Fluorida

Natrium fluorida digunakan untuk menekan kalsit dalam proses flotasi tanah jarang. Efek penekanannya didasarkan pada reaksi antara ion fluorida dan ion kalsium, yang membentuk lapisan kalsium fluorida yang tidak larut pada permukaan mineral, yang mencegah penyerapan kolektor.

Namun, natrium fluorida merupakan zat yang sangat beracun, dan penggunaannya dapat menimbulkan masalah lingkungan dan keselamatan. Oleh karena itu, para peneliti secara aktif mencari alternatif yang lebih aman.

2.3 Tanin dan Pati

Tanin dan pati merupakan contoh depresan organik yang digunakan dalam flotasi tanah jarang. Tanin, yang berasal dari bahan tanaman, digunakan untuk menekan mineral pengotor seperti barit dan fluorit. Mekanismenya melibatkan pengkompleksan dengan ion logam pada permukaan mineral, sehingga mengurangi ikatan kolektor.

Pati umumnya digunakan sebagai depresan untuk hematit dan mineral lain yang mengandung besi dalam flotasi mineral tanah jarang. Interaksi antara pati dan mineral biasanya bersifat fisik, dengan molekul pati yang teradsorpsi ke permukaan mineral, mencegah aksi kolektor.

2.4 Depresan Baru

Pengembangan depresan baru merupakan bidang penelitian yang sedang berlangsung dalam flotasi tanah jarang. Reagen baru ini bertujuan untuk meningkatkan selektivitas dan mengurangi dampak lingkungan dari proses flotasi. Contoh pengembangan terkini meliputi pati yang dimodifikasi, polimer sintetis, dan depresan organik yang dapat terurai secara hayati.

3 Frothers untuk Flotasi Tanah Jarang

Pembuih berperan penting dalam menciptakan buih yang stabil dalam sel flotasi, yang memungkinkan pemisahan mineral tanah jarang dari bahan pengotor. Pembuih memengaruhi ukuran gelembung, stabilitas buih, dan kinetika flotasi. Pembuih yang paling umum digunakan dalam flotasi tanah jarang adalah reagen berbasis alkohol dan berbasis eter.

3.1 Pembuih Berbasis Alkohol

Pembuih berbahan dasar alkohol, seperti metil isobutil karbinol (MIBC) dan minyak pinus, banyak digunakan dalam flotasi mineral, termasuk flotasi tanah jarang. Pembuih ini membantu menghasilkan gelembung kecil dan stabil yang meningkatkan flotasi partikel halus.

Pembuih berbahan dasar alkohol relatif murah dan efektif, tetapi kinerjanya dapat bervariasi tergantung pada faktor-faktor seperti pH, komposisi mineral, dan interaksi reagen.

3.2 Alat Pembuih Berbasis Eter

Pembuih berbasis eter, seperti eter polipropilena glikol (misalnya, DF-250), juga umum digunakan dalam flotasi tanah jarang. Pembuih ini cenderung menghasilkan gelembung yang lebih halus dan buih yang lebih stabil dibandingkan dengan pembuih berbasis alkohol. Namun, pembuih berbasis eter bisa lebih mahal dan mungkin memerlukan kontrol dosis yang tepat.

3.3 Pengocok Busa Baru

Penelitian terhadap frother baru untuk flotasi tanah jarang difokuskan pada peningkatan selektivitas dan stabilitas buih sambil meminimalkan dampak lingkungan. Ini termasuk frother yang dapat terurai secara hayati dan frother dengan ketahanan yang lebih baik terhadap keberadaan minyak dan kontaminan lain dalam bubur flotasi.

4 Reagen Pelindian untuk Bijih Tanah Jarang yang Diadsorpsi Ion

Bijih tanah jarang yang mengalami penyerapan ion bersifat unik karena unsur-unsur tanah jarang diserap pada permukaan mineral lempung, bukan terkunci dalam struktur mineral. Bijih-bijih ini biasanya diproses menggunakan pelindian, bukan flotasi. Agen pelindian memainkan peran penting dalam proses ini dengan melepaskan ion-ion tanah jarang dari permukaan lempung.

4.1 Pelindian Amonium Sulfat

Amonium sulfat merupakan agen pelindian yang paling umum digunakan untuk bijih tanah jarang yang mengalami penyerapan ion. Ion-ion amonium dalam larutan bertukar dengan ion-ion tanah jarang pada permukaan mineral lempung, melepaskannya ke dalam larutan. Metode ini banyak digunakan karena biayanya yang relatif rendah dan sederhana.

Namun, pencucian amonium sulfat dapat menyebabkan masalah lingkungan yang signifikan, terutama dalam hal pencemaran ion amonium. Berbagai upaya tengah dilakukan untuk mengembangkan alternatif yang lebih ramah lingkungan.

4.2 Pelindian Natrium Klorida dan Magnesium Sulfat

Natrium klorida dan magnesium sulfat telah diteliti sebagai alternatif amonium sulfat. Reagen ini bekerja melalui mekanisme pertukaran ion yang sama tetapi memiliki keuntungan karena tidak terlalu berbahaya bagi lingkungan. Akan tetapi, reagen ini cenderung kurang efektif dalam hal tingkat pemulihan, dan penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mengoptimalkan penggunaannya.

4.3 Agen Pencucian Organik

Agen pelindian organik, seperti asam sitrat dan EDTA, sedang dieksplorasi sebagai alternatif yang ramah lingkungan untuk reagen pelindian anorganik konvensional. Senyawa organik ini dapat secara efektif mengkelat ion tanah jarang, sehingga lebih mudah diekstraksi dari bijih. Namun, biaya reagen ini merupakan faktor pembatas untuk adopsi yang luas.

5 Agen Pengendap untuk Bijih Tanah Jarang yang Diadsorpsi Ion

Setelah ion tanah jarang larut dalam larutan, ion tersebut perlu diendapkan dan dipulihkan. Zat pengendap digunakan untuk membentuk senyawa tanah jarang yang dapat dipisahkan dari larutan pelarutan.

5.1 Amonium Bikarbonat

Amonium bikarbonat umumnya digunakan untuk mengendapkan ion tanah jarang dari larutan pelindian sebagai karbonat tanah jarang. Reagen ini efektif dan relatif murah, tetapi dapat menghasilkan air limbah yang mengandung amonium dalam jumlah besar, yang menimbulkan tantangan lingkungan.

5.2 Asam Oksalat

Asam oksalat banyak digunakan untuk mengendapkan unsur tanah jarang sebagai oksalat tanah jarang, yang kemudian dapat dikalsinasi untuk menghasilkan oksida tanah jarang. Asam oksalat sangat efektif tetapi harganya bisa lebih mahal daripada amonium bikarbonat. Selain itu, penanganan asam oksalat memerlukan tindakan pengamanan yang cermat karena sifatnya yang beracun.

5.3 Agen Pengendap Baru

Penelitian terus dilakukan untuk mengembangkan agen pengendap yang lebih selektif dan ramah lingkungan untuk pemulihan tanah jarang. Ini termasuk asam organik, reagen yang dapat terurai secara hayati, dan resin penukar ion.

6 Arah dan Prospek Masa Depan

Masa depan reagen pemrosesan mineral tanah jarang terletak pada pengembangan reagen yang lebih selektif, efisien, dan ramah lingkungan. Bidang-bidang utama untuk penelitian di masa mendatang meliputi:

• Pengembangan reagen ramah lingkungan : Dampak lingkungan dari reagen flotasi dan pelindian merupakan perhatian utama, khususnya dalam konteks pengolahan logam tanah jarang. Terdapat kebutuhan yang semakin meningkat untuk pengembangan reagen yang dapat terurai secara hayati dan tidak beracun yang dapat menggantikan bahan kimia tradisional seperti amonium sulfat dan asam oksalat.

• Peningkatan selektivitas : Kolektor, depresan, dan pembuih baru diperlukan untuk meningkatkan selektivitas flotasi logam tanah jarang, terutama untuk bijih berkualitas rendah dan kompleks. Ini termasuk eksplorasi struktur molekuler baru dan modifikasi reagen yang ada.

• Pengurangan biaya : Biaya tinggi beberapa reagen pengolahan logam tanah jarang, khususnya asam hidroksamat dan asam fosfonat, merupakan faktor pembatas untuk penggunaannya secara luas. Penelitian di masa mendatang harus fokus pada sintesis alternatif yang lebih terjangkau atau pada peningkatan efisiensi reagen yang ada untuk mengurangi kebutuhan dosis.

• Keberlanjutan lingkungan : Dengan meningkatnya regulasi di seluruh dunia yang bertujuan untuk mengurangi dampak lingkungan dari operasi pertambangan, pengembangan teknologi pengolahan logam tanah jarang yang ramah lingkungan menjadi semakin penting. Ini termasuk meminimalkan penggunaan bahan kimia berbahaya dan mengurangi produksi limbah dan polusi.

Kesimpulannya, pemrosesan mineral tanah jarang sangat bergantung pada penggunaan reagen kimia, dan penelitian yang sedang berlangsung sangat penting untuk meningkatkan efisiensi, selektivitas, dan keberlanjutan reagen ini. Pengembangan reagen baru yang lebih ramah lingkungan akan sangat penting bagi masa depan pemurnian tanah jarang, karena permintaan global untuk mineral penting ini terus meningkat.