Retzemju minerālu apstrādes reaģentu pašreizējais izpētes stāvoklis un perspektīvas

Retzemju minerālu apstrādes reaģenti: savācēji, depresanti, putotāji un izskalošanas līdzekļi efektīvai un ilgtspējīgai reģenerācijai

Retzemju elementiem (REE) ir virkne ārkārtēju fizikālu un ķīmisku īpašību, kas padara tos par kritiskiem dažādos lietojumos, sākot no elektronikas līdz militārām vajadzībām. Tos par būtiskiem minerāliem atzīst tādas valstis kā Ķīna, ASV, Japāna un Austrālija. Tomēr retzemju minerāli ir daudzveidīgi, bet zemas kvalitātes, un tie bieži ir cieši saistīti ar līdzīgiem minerāliem. To ieguve lielā mērā ir atkarīga no minerālu apstrādes reaģentu sasniegumiem.

Šis raksts ir paredzēts retzemju resursu efektīvai izmantošanai. Tajā ir apkopots pašreizējais pētniecības un attīstības stāvoklis flotācijas reaģenti retzemju rūdām uz minerālu bāzes, tostarp kolektoriem, nomācoši līdzekļi, aktivatori un putotājikopā ar to flotācijas mehānismiem. Ķīmiskie bagātināšanas reaģenti jonu tipa retzemju rūdām, ieskaitot izskalošanās līdzekļi un izgulsnēšanas līdzekļi, tiek apspriesti arī, aptverot to izpētes statusu un izskalošanās mehānismus. Turklāt pašreizējais stāvoklis retzemju flotācija tiek izvērtēti kolekcionāri un turpmākie pētniecības virzieni Retzemju minerālu apstrāde reaģenti tiek analizēti. Šī pārskata mērķis ir sniegt atsauci uzņēmumiem un profesionāļiem, kas nodarbojas ar retzemju minerālu apstrādi un reaģentu izstrādi.

0 Ievads

Retzemju elementi (REE) ietver skandiju, itriju un visus 15 lantanīdus, kopā 17 elementus. Šiem elementiem piemīt virkne izcilu fizikālo un ķīmisko īpašību, kas padara tos par kritiskiem dažādās civilās un militārās nozarēs, tostarp medicīnas, enerģētikas un aizsardzības nozarēs. Tos bieži dēvē par "rūpnieciskajiem vitamīniem", "brīnuma elementiem", "lauksaimniecības hormoniem" un "kara metāliem", ko par kritiskām minerālvielām atzinušas tādas valstis kā ASV, Ķīna, Japāna, Austrālija, Kanāda un Eiropas Savienība. Saskaņā ar Amerikas Savienoto Valstu Ģeoloģijas dienesta (USGS) datiem 2022. gadā pasaules retzemju oksīdu (REO) rezerves ir aptuveni 120 miljoni tonnu, galvenokārt koncentrējoties Ķīnā (36.7%), Vjetnamā (18.3%), Brazīlijā (17.5%), Krievijā (17.5%), Indijā (5.8%) un Austrālijā (3.3%).

Pasaules lielākās retzemju raktuves ir Ķīnas Bayan Obo, Maoniuping un Ganzhou atradnes, Mountain Pass raktuves ASV, Araxa un Minasu raktuves Brazīlijā, Strange Lake atradne Kanādā, Mount Weld atradne Austrālijā un Zandkopsdrift atradne Dienvidāfrikā. Turklāt Ķīnas dienvidu provincēs, tostarp Dzjansji, Guandunas, Fudzjanas un Junaņas, atrodas vairāk nekā 170 augstas kvalitātes jonu adsorbcijas retzemju nogulsnes, kas kalpo kā globāls primārais vidēja un smaga retzemju elementu avots.

Ir identificēti vairāk nekā 250 retzemju minerālu veidi, no kuriem vairāk nekā 3-4% retzemju minerālu veido vairāk nekā 4-2% no retzemju minerāliem. Tomēr šīs rūdas bieži ir saistītas ar kvarcu, fluorītu, barītu, laukšpatu, kalcītu un citiem silikāta sēņu minerāliem, kā rezultātā rodas zemas kvalitātes rūdas, kuras ir grūti atdalīt. Retzemju rūdu bagātināšanai bieži ir nepieciešama gravitācijas atdalīšana, magnētiskā atdalīšana un flotācija, lai zemas kvalitātes rūdas pārveidotu par rūpnieciskiem kausēšanas koncentrātiem. Jonu adsorbcijas retzemju rūdu gadījumā retzemju elementi tiek adsorbēti kā joni uz minerālu virsmām vai kristāla slāņos, kas prasa ķīmisku apstrādi, lai iegūtu retzemju oksīdus.

Neatkarīgi no tā, vai runa ir par minerālu vai jonu tipa retzemju rūdām, bagātināšanas reaģentu izmantošana ir ļoti svarīga, lai noteiktu produkta kvalitāti, retzemju atgūšana cenas, ražošanas efektivitāte, izmaksas un ietekme uz vidi.

Šis raksts ir vērsts uz retzemju resursu efektīvu ieguvi, piedāvājot detalizētu pārskatu par flotācijas reaģentu veidiem, mehānismiem un izpētes gaitu uz minerālu bāzes retzemju rūdām, kā arī ķīmisko bagātināšanas reaģentu (izskalošanas aģenti, izgulsnēšanas aģenti) retzemju vai ēzes jonu tipa retzemju rūdām. Tajā ir arī izklāstīti turpmākie virzieni retzemju minerālu apstrādes reaģentu izpētei un attīstībai, lai sniegtu atsauci uzņēmumiem un pētniekiem, kas nodarbojas ar retzemju atdalīšanu vai rūpniecisko reaģentu izstrādi.

1 retzemju flotācijas kolektori

Kolekcionāriem ir izšķiroša nozīme retzemju flotācijā, mainot mērķa minerālu virsmas hidrofobitāti, atvieglojot to pievienošanu burbuļiem un uzlabojot to flotācijas īpašības. Pamatojoties uz funkcionālajām grupām, retzemju flotācijas kolektorus var klasificēt hidroksāmskābēs, taukskābēs, fosfonskābēs un citos reaģentos.1.1. Hidroksamskābes savācēji

Hidroksamskābes kolektori, kas izstrādāti 1980. gados, ir retzemju flotācijā visbiežāk izmantotie reaģenti. Hidroksamīnskābes, kas pazīstamas arī kā oksīmi, pastāv divās izomēru formās: oksīma (keto struktūra) un hidroksamīnskābes (enola struktūra), kur dominē oksīms. Abi izomēri flotācijas laikā disociējas, veidojot identiskus anjonus.

Parasti retzemju flotācijā izmantotie hidroksamskābes savācēji ir C7-C9 alkilhidroksamīnskābe, 2-hidroksi-3-naftohidroksamīnskābe (H205), 1-hidroksi-2-naftohidroksamīnskābe (H203), salicilhidroksamīnskābe (L102), ciklomikoalkilskābe, malonoksāmskābe, malonoksamīnskābe. hidroksamīnskābe (OMHA) un citi modificēti vai jaukti hidroksamīnskābes produkti, piemēram, H316 (modificēts H205), P8 (galvenokārt hidroksinaftohidroksamīnskābe), LF8# (98% hidroksinaftohidroksamīnskābe) un kolektors 103 (salicilhidroksamīnskābe). Lai gan hidroksāmskābēm ir laba selektivitāte pret retzemju elementiem, tās bieži vien ir jāuzsilda flotācijas laikā, tādējādi palielinot enerģijas izmaksas, un to sintēze var būt arī dārga.

1.2. Taukskābju savācēji

Taukskābju savācēji retzemju flotācijā ir izmantoti kopš 1950. gadiem, kad oleīnskābe tika veiksmīgi uzklāta uz Mountain Pass Amerikas Savienotajās Valstīs. Ķīnā sistemātiski pētījumi par oleīnskābes un oksidētās parafīna ziepju izmantošanu retzemju flotācijai sākās pagājušā gadsimta 1960. gados.

Taukskābju savācējus iegūst no dabīgām augu vai dzīvnieku eļļām, kas parasti sastāv no C10-C20 piesātināto un nepiesātināto karbonskābju vai sāļu maisījuma. Parastie reaģenti ir oleīnskābe, nātrija oleāts, taleļļa, oksidētas parafīna ziepes, Bacchus augļu eļļa, ftalāti, naftēnskābe un oksidēti naftas atvasinājumi. Tomēr taukskābju savācējiem ir zemāka selektivitāte pret retzemju minerāliem, un, lai panāktu efektīvu atdalīšanu, bieži vien ir jāpievieno depresanti un jāpielāgo temperatūra.

Tiek uzskatīts, ka retzemju minerālu flotācija, izmantojot taukskābes, ietver fizikālās adsorbcijas, ķīmiskās adsorbcijas un virsmas ķīmisko reakciju kombināciju.

1.3. Fosfonskābes savācēji

Fosfonskābes (-P=O) un fosfonātu (-O-P=O) savācējiem ir lielāka flotācijas veiktspēja metāliskajiem minerāliem, salīdzinot ar hidroksāma un taukskābju savācējiem. Tomēr fosfonskābes kolektoriem parasti ir zemāka selektivitāte.

Pašlaik retzemju flotācijā izmantotie fosfonskābes kolektori ietver stirola fosfonskābi, p-toluola fosfonskābi, benzilfosfonskābi, α-hidroksibenzilfosfonskābi un komerciālus produktus, piemēram, P538 un Flotinor 1682.

1.4. Citi kolekcionāri

Izņemot hidroksamskābes, taukskābes un fosfonskābes, tiek pētīti dažādi jauni kolektori, lai uzlabotu retzemju flotācijas efektivitāti un selektivitāti. Daži no tiem ietver sulfonātus, tiofosfātus un kvaternāros amonija sāļus.

• SulfonātiIr ziņots, ka sulfonātiem ir laba selektivitāte un veiktspēja flotācijas procesos, taču to izmantošana retzemju minerālu flotācijā joprojām ir sākuma stadijā.

• Tiofosfāti: Šos kolektorus bieži izmanto sulfīdu minerālu flotācijā, taču turpinās pētījumi par to pielietojumu retzemju flotācijā.

• Kvartāra amonija sāļi: Ir pētīta šo savienojumu spēja peldēt minerālus, kas nav sulfīds, un ir ziņots par dažiem panākumiem retzemju flotācijā. Tie darbojas, izmantojot elektrostatisko pievilcību ar negatīvi lādētām minerālu virsmām.

Pētnieki pastāvīgi eksperimentē ar jauniem reaģentiem, lai uzlabotu retzemju minerālu flotācijas efektivitāti, koncentrējoties gan uz reģenerācijas ātruma uzlabošanu, gan uz šo ķīmisko vielu ietekmes uz vidi samazināšanu.

2 Depresanti retzemju flotācijai

Depresanti ir būtiski retzemju minerālu flotācijā, lai selektīvi inhibētu sēņu minerālus, tādējādi uzlabojot mērķa retzemju minerālu selektivitāti un ražu. Galvenie sēņu minerāli, kas saistīti ar retzemju rūdām, piemēram, kvarcs, kalcīts un barīts, bieži uzrāda līdzīgu flotācijas izturēšanos, padarot to selektīvu inhibēšanu ļoti svarīgu.

Parasti retzemju flotācijas depresanti ir ūdens stikls (nātrija silikāts), nātrija fluorīds, tanīni un ciete.

2.1. Nātrija silikāts (ūdens stikls)

Nātrija silikāts, plaši pazīstams kā ūdens stikls, ir viens no visplašāk izmantotajiem retzemju flotācijas līdzekļiem. To lieto, lai inhibētu silikātu minerālus, piemēram, kvarcu un laukšpatu. Nātrija silikāta depresīvās iedarbības mehānisms parasti tiek attiecināts uz silīcija dioksīda slāņa veidošanos uz virves minerālu virsmas, kas novērš kolektora adsorbciju.

Ūdens stikls ir efektīvs, zemu izmaksu depresants, taču tā darbību var ietekmēt tādi faktori kā pH, jonu koncentrācija un reaģenta deva. Pētnieki pēta modificētos silikātus un citas ķīmiskās piedevas, lai uzlabotu ūdens stikla selektivitāti.

2.2. Nātrija fluorīds

Nātrija fluorīdu izmanto, lai nospiestu kalcītu retzemju flotācijas procesos. Tā depresīvā iedarbība balstās uz reakciju starp fluorīda joniem un kalcija joniem, veidojot uz minerāla virsmas nešķīstošu kalcija fluorīda plēvi, kas novērš kolektora adsorbciju.

Tomēr nātrija fluorīds ir ļoti toksiska viela, un tā lietošana var radīt bažas par vidi un drošību. Rezultātā pētnieki aktīvi meklē drošākas alternatīvas.

2.3. Tanīni un ciete

Tanīni un ciete ir organisko depresantu piemēri, ko izmanto retzemju flotācijā. Tanīnus, kas iegūti no augu materiāliem, izmanto, lai nomāktu minerālus, piemēram, barītu un fluorītu. To mehānisms ietver kompleksu veidošanu ar metāla joniem uz minerālu virsmas, samazinot kolektora piestiprināšanu.

Cieti parasti izmanto kā hematīta un citu dzelzi saturošu minerālu nomācošu līdzekli retzemju minerālu flotācijā. Cietes un minerālvielu mijiedarbība parasti ir fiziska, cietes molekulām adsorbējoties uz minerālu virsmas, novēršot kolektora darbību.

2.4. Jauni depresanti

Jaunu depresantu izstrāde ir nepārtraukta retzemju flotācijas pētījumu joma. Šo jauno reaģentu mērķis ir uzlabot flotācijas procesa selektivitāti un samazināt ietekmi uz vidi. Jaunāko notikumu piemēri ir modificētas cietes, sintētiskie polimēri un bioloģiski noārdāmie organiskie depresanti.

3 putotāji retzemju flotācijai

Putotājiem ir būtiska nozīme stabilu putu veidošanā flotācijas šūnās, kas ļauj atdalīt retzemju minerālus no sēņu materiāliem. Putotāji ietekmē burbuļa izmēru, putu stabilitāti un flotācijas kinētiku. Retzemju flotācijā visbiežāk izmantotie putotāji ir reaģenti uz spirta un ētera bāzes.

3.1. Uz spirta bāzes izgatavoti putotāji

Uz spirta bāzes izgatavotie putotāji, piemēram, metilizobutilkarbinols (MIBC) un priežu eļļa, tiek plaši izmantoti minerālu flotācijā, tostarp retzemju flotācijā. Šie putotāji palīdz radīt mazus, stabilus burbuļus, kas uzlabo smalko daļiņu flotāciju.

Uz spirta bāzes izgatavoti putotāji ir salīdzinoši lēti un efektīvi, taču to veiktspēja var atšķirties atkarībā no tādiem faktoriem kā pH, minerālu sastāvs un reaģentu mijiedarbība.

3.2. Uz ētera bāzes veidoti putotāji

Retzemju flotācijā parasti izmanto arī putotājus uz ētera bāzes, piemēram, polipropilēnglikola ēteri (piemēram, DF-250). Šie putotāji mēdz radīt smalkākus burbuļus un stabilākas putas, salīdzinot ar putotājiem uz spirta bāzes. Tomēr ētera bāzes putotāji var būt dārgāki, un tiem var būt nepieciešama precīza devas kontrole.

3.3. Romānu putotāji

Jaunu retzemju flotācijas putotāju izpēte ir vērsta uz selektivitātes un putu stabilitātes uzlabošanu, vienlaikus samazinot ietekmi uz vidi. Tie ietver bioloģiski noārdāmus putotājus un putotājus ar uzlabotu izturību pret eļļu un citu piesārņotāju klātbūtni flotācijas suspensijā.

4 Retzemju rūdu jonu adsorbcijas reaģenti

Jonu adsorbcijas retzemju rūdas ir unikālas ar to, ka retzemju elementi tiek adsorbēti uz māla minerālu virsmas, nevis bloķēti minerālu struktūrās. Šīs rūdas parasti apstrādā, izmantojot izskalošanu, nevis flotāciju. Izskalošanās aģentiem ir izšķiroša nozīme šajā procesā, desorbējot retzemju jonus no māla virsmām.

4.1. Amonija sulfāta izskalošana

Amonija sulfāts ir visbiežāk izmantotais retzemju rūdu jonu adsorbcijas izskalošanas līdzeklis. Amonija joni šķīdumā apmainās ar retzemju joniem uz māla minerālu virsmas, izdalot tos šķīdumā. Šī metode tiek plaši izmantota tās salīdzinoši zemo izmaksu un vienkāršības dēļ.

Tomēr amonija sulfāta izskalošanās var izraisīt ievērojamas vides problēmas, jo īpaši attiecībā uz amonija jonu piesārņojumu. Tiek pieliktas pūles, lai izstrādātu videi draudzīgākas alternatīvas.

4.2. Nātrija hlorīda un magnija sulfāta izskalošanās

Nātrija hlorīds un magnija sulfāts ir pētīti kā alternatīvas amonija sulfātam. Šie reaģenti darbojas, izmantojot līdzīgus jonu apmaiņas mehānismus, taču to priekšrocība ir mazāk kaitīga videi. Tomēr tie mēdz būt mazāk efektīvi atkopšanas ātruma ziņā, un ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai optimizētu to izmantošanu.

4.3. Organiskie izskalošanās līdzekļi

Organiskie izskalošanās līdzekļi, piemēram, citronskābe un EDTA, tiek pētīti kā videi draudzīgas alternatīvas parastajiem neorganiskajiem izskalošanās reaģentiem. Šie organiskie savienojumi var efektīvi helātus veidot retzemju jonus, padarot tos vieglāk ekstrahējamus no rūdas. Tomēr šo reaģentu izmaksas ir ierobežojošs faktors to plašajai ieviešanai.

5 izgulsnēšanas līdzekļi jonu adsorbcijas retzemju rūdām

Kad retzemju joni ir izskaloti šķīdumā, tie ir jāizgulsnējas un jāatgūst. Izgulsnēšanas līdzekļus izmanto, lai veidotu retzemju savienojumus, kurus var atdalīt no izskalojuma šķīduma.

5.1 Amonija bikarbonāts

Amonija bikarbonātu parasti izmanto retzemju jonu izgulsnēšanai no izskalojuma šķīdumiem kā retzemju karbonātus. Šis reaģents ir efektīvs un salīdzinoši zemas izmaksas, taču tas var radīt lielu daudzumu amoniju saturošu notekūdeņu, kas rada vides problēmas.

5.2. Skābeņskābe

Skābeņskābi plaši izmanto retzemju elementu izgulsnēšanai kā retzemju oksalātus, kurus pēc tam var kalcinēt, lai iegūtu retzemju oksīdus. Skābeņskābe ir ļoti efektīva, taču tā var būt dārgāka nekā amonija bikarbonāts. Turklāt, rīkojoties ar skābeņskābi, ir nepieciešami rūpīgi drošības pasākumi tās toksicitātes dēļ.

5.3. Jauni izgulsnēšanas līdzekļi

Notiek pētījumi, lai izstrādātu selektīvākus un videi labvēlīgākus izgulsnēšanas līdzekļus retzemju reģenerācijai. Tie ietver organiskās skābes, bioloģiski noārdāmus reaģentus un jonu apmaiņas sveķus.

6 Nākotnes virzieni un perspektīvas

Retzemju minerālu apstrādes reaģentu nākotne ir selektīvāku, efektīvāku un videi draudzīgāku reaģentu izstrādē. Galvenās jomas turpmākajiem pētījumiem ir:

• Zaļo reaģentu izstrāde: Flotācijas un izskalošanās reaģentu ietekme uz vidi ir nopietna problēma, jo īpaši retzemju apstrādes kontekstā. Pieaug vajadzība izstrādāt bioloģiski noārdāmus, netoksiskus reaģentus, kas var aizstāt tradicionālās ķīmiskās vielas, piemēram, amonija sulfātu un skābeņskābi.

• Selektivitātes uzlabošana: Ir nepieciešami jauni kolektori, depresanti un putotāji, lai uzlabotu retzemju flotācijas selektivitāti, īpaši zemas kvalitātes un sarežģītām rūdām. Tas ietver jaunu molekulāro struktūru izpēti un esošo reaģentu modifikācijas.

• Izmaksu samazināšana: Dažu retzemju apstrādes reaģentu, īpaši hidroksāmskābju un fosfonskābju, augstās izmaksas ir ierobežojošs faktors to plašā izmantošanā. Turpmākajos pētījumos jākoncentrējas uz pieejamāku alternatīvu sintēzi vai esošo reaģentu efektivitātes uzlabošanu, lai samazinātu prasības par devām.

• Vides ilgtspēja: visā pasaulē pieaugot noteikumiem, kuru mērķis ir samazināt ieguves darbību ietekmi uz vidi, videi draudzīgu retzemju apstrādes tehnoloģiju attīstība kļūst arvien svarīgāka. Tas ietver kaitīgu ķīmisko vielu izmantošanas samazināšanu un atkritumu un piesārņojuma samazināšanu.

Noslēgumā jāsaka, ka retzemju minerālu apstrāde ir ļoti atkarīga no ķīmisko reaģentu izmantošanas, un nepārtraukta izpēte ir būtiska, lai uzlabotu šo reaģentu efektivitāti, selektivitāti un ilgtspējību. Jaunu, zaļāku reaģentu izstrāde būs kritiska retzemju bagātināšanas nākotnei, jo globālais pieprasījums pēc šiem kritiskajiem minerāliem turpina pieaugt.