Тековен статус на истражување и изгледи за реагенси за преработка на минерали од ретки земји

Реагенси за преработка на минерали од ретки земји: собирачи, депресанти, пена и средства за истекување за ефикасно и одржливо закрепнување

Елементите на ретките земји (РЕЕ) поседуваат низа исклучителни физички и хемиски својства, што ги прави критични во различни апликации, од електроника до воена употреба. Тие се признати како есенцијални минерали од земји како Кина, САД, Јапонија и Австралија. Сепак, минералите од ретки земји се изобилни во разновидност, но со ниска оценка и често се тесно поврзани со слични минерали од ганг. Нивната добивка во голема мера се потпира на напредокот во реагенсите за преработка на минерали.

Оваа статија е насочена кон ефикасно искористување на ресурсите на ретки земји. Ја сумира моменталната состојба на истражување и развој на реагенси за флотација за руди од ретки земји базирани на минерали, вклучувајќи колектори, депресанти, активатори и пенливи, заедно со нивните механизми за флотација. Реагенсите за хемиско збогатување за руди од ретки земји од јонски тип, вклучувајќи средства за лужење и преципитирачките агенси, исто така, се дискутирани, покривајќи го нивниот статус на истражување и механизмите за лужење. Понатаму, моменталната состојба на флотација на ретки земји колекционерите се оценуваат, и идните истражувачки насоки за Преработка на минерали од ретки земји се анализираат реагенсите. Овој преглед има за цел да обезбеди референца за компании и професионалци кои се занимаваат со преработка на минерали од ретки земји и развој на реагенси.

0 Вовед

Ретки земјени елементи (РЕЕ) вклучуваат скандиум, итриум и сите 15 лантаниди, со вкупно 17 елементи. Овие елементи покажуваат низа исклучителни физички и хемиски својства, што ги прави критични во различни цивилни и воени сектори, вклучително и медицинската, енергетската и одбранбената индустрија. Тие често се нарекуваат „индустриски витамини“, „чудесни елементи“, „земјоделски хормони“ и „воени метали“, препознаени како критични минерали од држави како САД, Кина, Јапонија, Австралија, Канада и Европската унија. Според Геолошкиот институт на Соединетите Американски Држави (USGS), од 2022 година, глобалните резерви на оксиди на ретки земји (REO) изнесуваат приближно 120 милиони тони, првенствено концентрирани во Кина (36.7%), Виетнам (18.3%), Бразил (17.5%), Русија (17.5%), Индија (5.8%) и Австралија (3.3%).

Главните светски рудници за ретки земји ги вклучуваат наоѓалиштата Бајан Обо, Маониупинг и Ганжу во Кина, рудникот за планински премин во САД, рудниците Аракса и Минасу во Бразил, наоѓалиштето Чудно езеро во Канада, наоѓалиштето Маунт Велд во Австралија и наоѓалиштето Зандкопсдрифт во Јужна Африка. Дополнително, јужните провинции на Кина, вклучувајќи ги Џиангкси, Гуангдонг, Фуџијан и Јунан, се дом на над 170 висококвалитетни депозити на ретки земји со адсорпција на јони, кои служат како глобален примарен извор на средни и тешки елементи на ретки земји.

Идентификувани се повеќе од 250 видови минерали од ретки земји, при што бастинзит ((Ce, La) (CO3)F), моназит ((Ce, La)PO4), ксенотим (YPO4), итриалит (Y2FeBe(SiO4)2O2) и фергусонит (YNbO4) сочинуваат 95% од вкупната количина на минерали на земјата. Сепак, овие руди често се поврзуваат со кварц, флуорит, барит, фелдспат, калцит и други силикатни минерали, што резултира со ниско-квалитетни руди кои се предизвик за раздвојување. Како таква, збогатувањето на рудите од ретки земји често бара комбинација од гравитациско раздвојување, магнетно одвојување и флотација за да се надградат рудите со низок степен до индустриски концентрати за топење. Во случај на јонска адсорпција на ретки земјени руди, елементите на ретката земја се адсорбираат како јони на минералните површини или во кристалните слоеви, што бара хемиска обработка за да се извлечат оксиди од ретки земји.

Без разлика дали се работи за руди за ретки земјени руди базирани на минерали или јонски тип, примената на реагенси за дотерување е од клучно значење за одредување на степенот на производот, обновување на ретки земји стапки, ефикасност на производството, трошоци и влијание врз животната средина.

Оваа статија се фокусира на ефикасното искористување на ресурсите на ретки земји, нудејќи детален преглед на видовите, механизмите и напредокот во истражувањето на реагенсите за флотација (собирачи, пенливи, регулатори) за руди од ретки земји базирани на минерали, како и реагенси за хемиско збогатување (агенси за истекување, средства за таложење на земја или за таложење на земја. Исто така, ги претставува идните насоки за истражување и развој на реагенси за преработка на минерали од ретки земји, со цел да обезбеди референца за компаниите и истражувачите кои се занимаваат со сепарација на ретки земји или развој на индустриски реагенси.

1 колектори за флотација на ретки земји

Колекторите играат клучна улога во флотацијата на ретки земји со менување на површинската хидрофобност на целните минерали, што го прави полесно да се закачат на меурчиња и ги подобрува нивните својства на флотација. Врз основа на функционалните групи, колекторите за флотација на ретки земји може да се класифицираат на хидроксамични киселини, масни киселини, фосфонски киселини и други реагенси.1.1 Собирачи на хидроксамична киселина

Колектори на хидроксамична киселина, развиени во 1980-тите, се најчесто користените реагенси во флотација на ретки земји. Хидроксамичните киселини, познати и како оксими, постојат во две изомерни форми: оксим (кето структура) и хидроксамична киселина (структура на енол), при што доминантен е оксимот. Двата изомера се дисоцираат за да формираат идентични анјони за време на флотација.

Вообичаените колектори на хидроксамична киселина што се користат при флотација на ретки земји вклучуваат C7-C9 алкил хидроксамична киселина, 2-хидрокси-3-нафтохидроксамична киселина (H205), 1-хидрокси-2-нафтохидроксамична киселина (H203), салицилна хидроксамична киселина (L102), хидроксилоксална киселина, малциклоксална киселина, хидроксамична киселина (OMHA) и други модифицирани или мешани производи на хидроксамична киселина, како што се H316 (модифициран H205), P8 (главно хидроксинафтохидроксамична киселина), LF8# (98% хидроксинафтохидроксамична киселина) и колектор 103 (салицилна хидроксамична киселина). Додека хидроксамичните киселини покажуваат добра селективност за елементите на ретки земји, тие често бараат загревање за време на флотација, што доведува до повисоки трошоци за енергија, а нивната синтеза исто така може да биде скапа.

1.2 Собирачи на масни киселини

Колектори на масни киселини се користат во флотација на ретки земји од 1950-тите кога олеинската киселина беше успешно применета на планинскиот премин во САД. Во Кина, систематските студии за употреба на олеинска киселина и оксидиран парафински сапун за флотација на ретки земји започнаа во 1960-тите.

Колектори на масни киселини се добиени од природни растителни или животински масла, типично составени од мешавина од заситени и незаситени карбоксилни киселини или соли C10-C20. Вообичаените реагенси вклучуваат олеинска киселина, натриум олеат, тал масло, оксидиран парафински сапун, овошно масло од бахус, фталати, нафтанска киселина и оксидирани нафтени деривати. Сепак, собирачите на масни киселини имаат помала селективност за минералите од ретки земји и често бараат додавање на депресанти и прилагодување на температурата за да се постигне ефективно раздвојување.

Се верува дека флотација на минерали од ретки земји со користење на масни киселини вклучува комбинација од физичка адсорпција, хемиска адсорпција и површински хемиски реакции.

1.3 Колектори на фосфонска киселина

Колекторите на фосфонска киселина (—P=O) и фосфонат (—O—P=O) покажуваат посилни перформанси на флотација за метални минерали во споредба со колекторите на хидроксамична и масна киселина. Сепак, колекторите на фосфонска киселина генерално имаат помала селективност.

Моментално користените колектори на фосфонска киселина во флотација на ретки земји вклучуваат стирен фосфонска киселина, п-толуен фосфонска киселина, бензил фосфонска киселина, α-хидроксибензил фосфонска киселина и комерцијални производи како што се P538 и Flotinor 1682.

1.4 Други колекционери

Освен хидроксамични киселини, масни киселини и фосфонски киселини, се истражуваат различни нови колектори за да се подобри ефикасноста и селективноста на флотација на ретки земји. Некои од нив вклучуваат сулфонати, тио-фосфати и кватернерни амониумови соли.

• Сулфонати: Беше пријавено дека сулфонатите покажуваат добра селективност и перформанси во процесите на флотација, но нивната примена во флотација на минерали од ретки земји се уште е во рана фаза.

• Тио-фосфати: Овие колектори често се користат во флотација на сулфидни минерали, но истражувањата за нивната примена во флотација на ретки земји се во тек.

• Квартерни амониумски соли: Овие соединенија се истражени поради нивната способност да пливаат несулфидни минерали, а забележан е одреден успех во флотацијата на ретки земји. Тие работат преку електростатско привлекување со негативно наелектризирани минерални површини.

Истражувачите постојано експериментираат со нови реагенси за да ја подобрат ефикасноста на флотацијата на минералите со ретки земји, фокусирајќи се и на подобрување на стапките на обновување и на намалување на влијанието на овие хемикалии врз животната средина.

2 Депресанти за флотација на ретки земји

Депресантите се од суштинско значење во флотацијата на минералите на ретки земји за селективно инхибирање на минералите на гангите, а со тоа ја подобруваат селективноста и приносот на целните минерали од ретки земји. Примарните минерали поврзани со ретките земјени руди, како што се кварцот, калцитот и баритот, често покажуваат слично однесување на флотација, што ја прави нивната селективна инхибиција од клучно значење.

Вообичаените депресанти во флотацијата на ретки земји вклучуваат водено стакло (натриум силикат), натриум флуорид, танини и скроб.

2.1 Натриум силикат (водено стакло)

Натриум силикат, попознат како водено стакло, е еден од најкористените депресанти во флотација на ретки земји. Се користи за инхибирање на силикатни минерали како кварц и фелдспат. Механизмот на депресивно дејство на натриум силикат генерално се припишува на формирањето на силика слој на површината на минералите на гангите, што ја спречува колекторската адсорпција.

Воденото стакло е ефикасен, евтин депресив, но неговите перформанси може да бидат под влијание на фактори како што се pH, концентрацијата на јони и дозата на реагенсот. Истражувачите истражуваат модифицирани силикати и други хемиски адитиви за да ја подобрат селективноста на водното стакло.

2.2 Натриум флуорид

Натриум флуорид се користи за намалување на калцитот во процесите на флотација на ретки земји. Неговиот депресивен ефект се заснова на реакцијата помеѓу јоните на флуорид и јоните на калциум, формирајќи нерастворлив филм од калциум флуорид на минералната површина, што ја спречува колекторската адсорпција.

Сепак, натриум флуоридот е високо токсична супстанција и неговата употреба може да предизвика загриженост за животната средина и безбедноста. Како резултат на тоа, истражувачите активно бараат побезбедни алтернативи.

2.3 Танини и скроб

Танините и скробот се примери на органски депресанти кои се користат во флотација на ретки земји. Танините, добиени од растителни материјали, се користат за потиснување на минералите како што се баритот и флуоритот. Нивниот механизам вклучува сложеност со метални јони на минералната површина, намалувајќи го прицврстувањето на колекторот.

Скробот најчесто се користи како депресант за хематит и други минерали што содржат железо во флотација на минерали од ретки земји. Интеракцијата помеѓу скробот и минералите е типично физичка, при што молекулите на скроб се апсорбираат на површината на минералот, спречувајќи го колекторското дејство.

2.4 Нови депресанти

Развојот на нови депресанти е тековно подрачје на истражување во флотација на ретки земји. Овие нови реагенси имаат за цел да ја подобрат селективноста и да го намалат влијанието врз животната средина на процесот на флотација. Примери за неодамнешни случувања вклучуваат модифицирани скроб, синтетички полимери и биоразградливи органски депресанти.

3 Frothers за флотација на ретки земји

Пенарите играат витална улога во создавањето стабилна пена во флотационите ќелии, овозможувајќи одвојување на ретките земјени минерали од гангите материјали. Пените влијаат на големината на меурот, стабилноста на пената и кинетиката на флотација. Најчесто користените пена во флотација на ретки земји се реагенси на база на алкохол и етер.

3.1 Пена на база на алкохол

Пена врз основа на алкохол, како што се метил изобутил карбинол (MIBC) и борово масло, се широко користени во флотација на минерали, вклучително и флотација на ретки земји. Овие пена помагаат да се генерираат мали, стабилни меурчиња кои ја подобруваат флотацијата на фините честички.

Пена врз основа на алкохол се релативно евтини и ефективни, но нивните перформанси може да варираат во зависност од факторите како што се pH, минералниот состав и интеракциите на реагенсот.

3.2 Frothers базирани на етер

Пена врз основа на етер, како што се етери од полипропилен гликол (на пример, DF-250), исто така најчесто се користат во флотација на ретки земји. Овие пена имаат тенденција да произведуваат пофини меурчиња и постабилни пени во споредба со пена врз основа на алкохол. Сепак, пена врз основа на етер може да бидат поскапи и може да бараат прецизна контрола на дозирањето.

3.3 Романски фродери

Истражувањата за нови пена за флотација на ретки земји се фокусираат на подобрување на селективноста и стабилноста на пената додека го минимизираат влијанието врз животната средина. Тие вклучуваат биоразградливи пена и пена со подобрена отпорност на присуство на масла и други загадувачи во флотациската кашеста маса.

4 Реагенси за лужење за јонска адсорпција на ретки земјини руди

Ретките земјени руди со јонска адсорпција се уникатни по тоа што елементите на ретката земја се адсорбираат на површината на глинените минерали наместо да бидат затворени во минерални структури. Овие руди обично се обработуваат со користење на лужење наместо со флотација. Средствата за лужење играат клучна улога во овој процес со десорбирање на ретките земјени јони од глинените површини.

4.1 Исцедување со амониум сулфат

Амониум сулфатот е најчесто користено средство за лужење за јонско-адсорпција на руди од ретки земји. Амониумските јони во растворот се разменуваат со јоните на ретки земји на површината на глинените минерали, ослободувајќи ги во раствор. Овој метод е широко користен поради неговата релативно ниска цена и едноставност.

Сепак, лужењето со амониум сулфат може да предизвика значителни еколошки проблеми, особено во однос на загадувањето со амониум јони. Се прават напори да се развијат поеколошки алтернативи.

4.2 Испуштање на натриум хлорид и магнезиум сулфат

Натриум хлорид и магнезиум сулфат се испитани како алтернативи на амониум сулфат. Овие реагенси работат преку слични механизми за размена на јони, но имаат предност што се помалку штетни за животната средина. Сепак, тие имаат тенденција да бидат помалку ефикасни во однос на стапките на закрепнување и потребни се дополнителни истражувања за да се оптимизира нивната употреба.

4.3 Органски агенси за лужење

Органските агенси за лужење, како што се лимонската киселина и ЕДТА, се истражуваат како еколошки алтернативи на конвенционалните неоргански реагенси за лужење. Овие органски соединенија можат ефикасно да хелираат јони на ретки земји, што го прави полесно да се извлечат од рудата. Сепак, цената на овие реагенси е ограничувачки фактор за нивното широко усвојување.

5 Преципитирачки агенси за јонска адсорпција на ретки земјени руди

Откако јоните на ретки земји ќе се исцедат во раствор, тие треба да се таложат и да се обноват. Средствата за таложење се користат за формирање на соединенија од ретки земји кои можат да се одвојат од растворот за истекување.

5.1 Амониум бикарбонат

Амониум бикарбонат најчесто се користи за таложење на јони на ретки земји од растворите за истекување како карбонати на ретки земји. Овој реагенс е ефикасен и релативно евтин, но може да произведе големи количини на отпадна вода што содржи амониум, што претставува еколошки предизвици.

5.2 Оксална киселина

Оксалната киселина е широко користена за таложење на ретки земјени елементи како ретки земјени оксалати, кои потоа може да се калцинираат за да се добијат оксиди од ретки земји. Оксалната киселина е многу ефикасна, но може да биде поскапа од амониум бикарбонат. Дополнително, ракувањето со оксална киселина бара внимателни безбедносни мерки поради нејзината токсичност.

5.3 Нови преципитирачки агенси

Истражувањата се во тек за да се развијат поселективни и еколошки бенигни преципитирачки агенси за обновување на ретки земји. Тие вклучуваат органски киселини, биоразградливи реагенси и смоли за размена на јони.

6 Идни насоки и перспективи

Иднината на реагенсите за преработка на минерали од ретки земји лежи во развојот на поселективни, поефикасни и еколошки реагенси. Клучните области за идни истражувања вклучуваат:

• Развој на зелени реагенси: Влијанието врз животната средина на реагенсите за флотација и лужење е голема загриженост, особено во контекст на обработката на ретки земји. Постои зголемена потреба за развој на биоразградливи, нетоксични реагенси кои можат да ги заменат традиционалните хемикалии како амониум сулфат и оксална киселина.

• Подобрување на селективноста: Потребни се нови колектори, депресанти и пена за да се подобри селективноста на флотацијата на ретки земји, особено за ниско-квалитетни и сложени руди. Ова вклучува истражување на нови молекуларни структури и модификација на постоечките реагенси.

• Намалување на трошоците: Високата цена на некои реагенси за обработка на ретки земји, особено хидроксаминските киселини и фосфонските киселини, е ограничувачки фактор за нивната широка употреба. Идните истражувања треба да се фокусираат на синтеза на подостапни алтернативи или на подобрување на ефикасноста на постоечките реагенси за да се намалат барањата за дозирање.

• Одржливост на животната средина: Со зголемувањето на регулативите ширум светот насочени кон намалување на влијанието врз животната средина од рударските операции, развојот на еколошки одржливи технологии за обработка на ретки земји станува се поважен. Ова вклучува минимизирање на употребата на штетни хемикалии и намалување на создавањето отпад и загадување.

Како заклучок, преработката на минералите со ретки земји е во голема мера зависна од употребата на хемиски реагенси, а тековните истражувања се од суштинско значење за подобрување на ефикасноста, селективноста и одржливоста на овие реагенси. Развојот на нови, позелени реагенси ќе биде критичен за иднината на придобивките од ретки земји, бидејќи глобалната побарувачка за овие критични минерали продолжува да расте.