Status Penyelidikan Semasa dan Prospek Reagen Pemprosesan Mineral Nadir Bumi

Reagen Pemprosesan Mineral Nadir Bumi: Pengumpul, Depresan, Frother & Ejen Lesap untuk Pemulihan yang Cekap dan Mampan

Unsur nadir bumi (REE) mempunyai pelbagai sifat fizikal dan kimia yang luar biasa, menjadikannya kritikal dalam pelbagai aplikasi, daripada elektronik kepada kegunaan ketenteraan. Ia diiktiraf sebagai mineral penting oleh negara-negara seperti China, Amerika Syarikat, Jepun, dan Australia. Walau bagaimanapun, mineral nadir bumi mempunyai pelbagai jenis tetapi gred rendah dan selalunya berkait rapat dengan mineral gangue yang serupa. Benefisiasi mereka sangat bergantung pada kemajuan dalam reagen pemprosesan mineral.

Artikel ini menjurus kepada pemanfaatan sumber nadir bumi yang cekap. Ia meringkaskan keadaan semasa penyelidikan dan pembangunan reagen pengapungan untuk bijih nadir bumi berasaskan mineral, termasuk pengumpul, depressants, pengaktif, dan frothers, bersama dengan mekanisme pengapungan mereka. Reagen benefisiasi kimia untuk bijih nadir bumi jenis ion, termasuk agen larut lesap dan agen pencetus, juga dibincangkan, meliputi status penyelidikan dan mekanisme larut lesap mereka. Tambahan pula, keadaan semasa pengapungan nadir bumi pengumpul dinilai, dan hala tuju penyelidikan masa depan untuk Pemprosesan mineral nadir bumi reagen dianalisis. Kajian semula ini bertujuan untuk memberi rujukan kepada syarikat dan profesional yang terlibat dalam pemprosesan mineral nadir bumi dan pembangunan reagen.

0 Pengenalan

Unsur nadir bumi (REE) termasuk skandium, yttrium, dan kesemua 15 lantanida, berjumlah 17 unsur. Unsur-unsur ini mempamerkan pelbagai sifat fizikal dan kimia yang luar biasa, menjadikannya kritikal dalam pelbagai sektor awam dan ketenteraan, termasuk industri perubatan, tenaga dan pertahanan. Mereka sering dirujuk sebagai "vitamin industri," "elemen ajaib," "hormon pertanian," dan "logam perang," yang diiktiraf sebagai mineral kritikal oleh negara-negara seperti Amerika Syarikat, China, Jepun, Australia, Kanada dan Kesatuan Eropah. Menurut Kajian Geologi Amerika Syarikat (USGS), sehingga 2022, rizab nadir bumi oksida (REO) global berjumlah kira-kira 120 juta tan, terutamanya tertumpu di China (36.7%), Vietnam (18.3%), Brazil (17.5%), Rusia (17.5%), India (5.8%), dan Australia (3.3%).

Lombong nadir bumi utama di dunia termasuk deposit Bayan Obo, Maoniuping dan Ganzhou China, lombong Mountain Pass di AS, lombong Araxa dan Minasu di Brazil, deposit Strange Lake di Kanada, deposit Mount Weld di Australia dan deposit Zandkopsdrift di Afrika Selatan. Selain itu, wilayah selatan China, termasuk Jiangxi, Guangdong, Fujian dan Yunnan, adalah rumah kepada lebih 170 mendapan nadir bumi penjerapan ion berkualiti tinggi, berfungsi sebagai sumber utama global unsur nadir bumi sederhana dan berat.

Lebih daripada 250 jenis mineral nadir bumi telah dikenal pasti, dengan bastnäsite ((Ce, La)(CO3)F), monazite ((Ce, La)PO4), xenotime (YPO4), yttrialite (Y2FeBe(SiO4)2O2), dan fergusonite (YNbO4) menyumbang lebih 95% daripada jumlah mineral berasaskan nadir bumi. Walau bagaimanapun, bijih ini sering dikaitkan dengan kuarza, fluorit, barit, feldspar, kalsit, dan mineral gangue silikat yang lain, mengakibatkan bijih gred rendah yang sukar untuk dipisahkan. Oleh itu, benefisiasi bijih nadir bumi selalunya memerlukan gabungan pemisahan graviti, pemisahan magnetik, dan pengapungan untuk menaik taraf bijih gred rendah kepada pekat gred peleburan industri. Dalam kes bijih nadir bumi penjerapan ion, unsur nadir bumi diserap sebagai ion pada permukaan mineral atau dalam lapisan kristal, yang memerlukan pemprosesan kimia untuk mengekstrak oksida nadir bumi.

Sama ada berurusan dengan bijih nadir bumi berasaskan mineral atau jenis ion, penggunaan reagen benefisiasi adalah penting dalam menentukan gred produk, pemulihan nadir bumi kadar, kecekapan pengeluaran, kos, dan kesan alam sekitar.

Artikel ini memberi tumpuan kepada pemanfaatan sumber nadir bumi yang cekap, menawarkan gambaran keseluruhan terperinci tentang jenis, mekanisme dan kemajuan penyelidikan reagen pengapungan (pengumpul, pembuih, pengawal selia) untuk bijih nadir bumi berasaskan mineral, serta reagen benefisiasi kimia (agen larut lesap, agen pemendakan) untuk bijih nadir bumi jenis ion. Ia juga membentangkan hala tuju masa depan untuk penyelidikan dan pembangunan dalam reagen pemprosesan mineral nadir bumi, bertujuan untuk menyediakan rujukan bagi syarikat dan penyelidik yang terlibat dalam pemisahan nadir bumi atau pembangunan reagen industri.

1 Pengumpul Pengapungan Nadir Bumi

Pengumpul memainkan peranan penting dalam pengapungan nadir bumi dengan mengubah hidrofobisiti permukaan mineral sasaran, menjadikannya lebih mudah untuk melekat pada buih dan meningkatkan sifat pengapungannya. Berdasarkan kumpulan berfungsi, pengumpul untuk pengapungan nadir bumi boleh dikelaskan kepada asid hidroksamik, asid lemak, asid fosfonik dan reagen lain.1.1 Pengumpul Asid Hidroksamik

Pengumpul asid hidroksamik, yang dibangunkan pada tahun 1980-an, adalah reagen yang paling biasa digunakan dalam pengapungan nadir bumi. Asid hidroksamik, juga dikenali sebagai oksim, wujud dalam dua bentuk isomer: oksim (struktur keto) dan asid hidroksamat (struktur enol), dengan oksim menjadi dominan. Kedua-dua isomer berpisah untuk membentuk anion yang sama semasa pengapungan.

Pengumpul asid hidroksamik biasa yang digunakan dalam pengapungan nadir bumi termasuk asid hidroksamik alkil C7-C9, asid 2-hidroksi-3-naftohidroksamat (H205), asid 1-hidroksi-2-naftohidroksamat (H203), asid hidroksamat salisilik (L102), asid maloksamik cycloalkyl hydroxamic, dan asid oksamik hidroksimik lain. produk asid hidroksamik yang diubah suai atau bercampur, seperti H316 (H205 yang diubah suai), P8 (terutamanya asid hydroxynaphthohydroxamic), LF8# (98% asid hydroxynaphthohydroxamic), dan pengumpul 103 (asid hidroksamik salisilik). Walaupun asid hidroksamik menunjukkan selektiviti yang baik untuk unsur nadir bumi, ia sering memerlukan pemanasan semasa pengapungan, yang membawa kepada kos tenaga yang lebih tinggi, dan sintesisnya juga boleh mahal.

1.2 Pengumpul Asid Lemak

Pengumpul asid lemak telah digunakan dalam pengapungan nadir bumi sejak tahun 1950-an apabila asid oleik berjaya digunakan pada Mountain Pass di Amerika Syarikat. Di China, kajian sistematik mengenai penggunaan asid oleik dan sabun parafin teroksida untuk pengapungan nadir bumi bermula pada 1960-an.

Pengumpul asid lemak berasal daripada minyak sayuran atau haiwan semulajadi, biasanya terdiri daripada campuran asid atau garam karboksilik tepu dan tak tepu C10-C20. Reagen biasa termasuk asid oleik, natrium oleat, minyak tinggi, sabun parafin teroksida, minyak buah Bacchus, phthalates, asid naphthenic, dan derivatif petroleum teroksida. Walau bagaimanapun, pengumpul asid lemak mempunyai selektiviti yang lebih rendah untuk mineral nadir bumi dan selalunya memerlukan penambahan depresan dan pelarasan suhu untuk mencapai pemisahan yang berkesan.

Pengapungan mineral nadir bumi menggunakan asid lemak dipercayai melibatkan gabungan penjerapan fizikal, penjerapan kimia, dan tindak balas kimia permukaan.

1.3 Pengumpul Asid Fosfonik

Pengumpul asid fosfonik (—P=O) dan fosfonat (—O—P=O) mempamerkan prestasi pengapungan yang lebih kuat untuk mineral logam berbanding pengumpul asid hidroksamik dan lemak. Walau bagaimanapun, pengumpul asid fosfonik umumnya mempunyai selektiviti yang lebih rendah.

Pengumpul asid fosfonik yang digunakan pada masa ini dalam pengapungan nadir bumi termasuk asid fosfonik stirena, asid fosfonik p-toluene, asid fosfonik benzil, asid fosfonik α-hydroxybenzyl, dan produk komersial seperti P538 dan Flotinor 1682.

1.4 Pengumpul Lain

Selain daripada asid hidroksamik, asid lemak dan asid fosfonik, pelbagai pengumpul novel sedang diterokai untuk meningkatkan kecekapan pengapungan nadir bumi dan selektiviti. Sebahagian daripadanya termasuk sulfonat, tio-fosfat, dan garam ammonium kuaterner.

• Sulfonat: Sulfonat telah dilaporkan menunjukkan selektiviti dan prestasi yang baik dalam proses pengapungan, tetapi penggunaannya dalam pengapungan mineral nadir bumi masih di peringkat awal.

• Tio-fosfat: Pengumpul ini selalunya digunakan dalam pengapungan mineral sulfida, tetapi penyelidikan mengenai penggunaannya dalam pengapungan nadir bumi sedang dijalankan.

• Garam Ammonium Kuaternari: Sebatian ini telah diterokai untuk keupayaannya mengapungkan mineral bukan sulfida, dan beberapa kejayaan telah dilaporkan dalam pengapungan nadir bumi. Mereka beroperasi melalui tarikan elektrostatik dengan permukaan mineral bercas negatif.

Penyelidik sentiasa bereksperimen dengan reagen baharu untuk meningkatkan keberkesanan pengapungan mineral nadir bumi, memfokuskan pada kedua-dua meningkatkan kadar pemulihan dan mengurangkan kesan alam sekitar bahan kimia ini.

2 Depresan untuk Pengapungan Nadir Bumi

Depresan adalah penting dalam pengapungan mineral nadir bumi untuk menghalang mineral gangue secara selektif, dengan itu meningkatkan selektiviti dan hasil mineral nadir bumi sasaran. Mineral gangue utama yang dikaitkan dengan bijih nadir bumi, seperti kuarza, kalsit, dan barit, sering menunjukkan tingkah laku pengapungan yang serupa, menjadikan perencatan terpilihnya penting.

Depresan biasa dalam pengapungan nadir bumi termasuk gelas air (natrium silikat), natrium fluorida, tanin, dan kanji.

2.1 Natrium Silikat (Kaca Air)

Natrium silikat, biasanya dikenali sebagai kaca air, adalah salah satu depresan yang paling banyak digunakan dalam pengapungan nadir bumi. Ia digunakan untuk menghalang mineral silikat seperti kuarza dan feldspar. Mekanisme tindakan kemurungan natrium silikat biasanya dikaitkan dengan pembentukan lapisan silika pada permukaan mineral gangue, yang menghalang penjerapan pengumpul.

Gelas air ialah depresan yang berkesan dan kos rendah, tetapi prestasinya boleh dipengaruhi oleh faktor seperti pH, kepekatan ion, dan dos reagen. Penyelidik sedang meneroka silikat diubah suai dan bahan tambahan kimia lain untuk meningkatkan selektiviti kaca air.

2.2 Natrium Fluorida

Natrium fluorida digunakan untuk menekan kalsit dalam proses pengapungan nadir bumi. Kesan kemurungannya adalah berdasarkan tindak balas antara ion fluorida dan ion kalsium, membentuk filem kalsium fluorida yang tidak larut pada permukaan mineral, yang menghalang penjerapan pengumpul.

Walau bagaimanapun, natrium fluorida adalah bahan yang sangat toksik, dan penggunaannya boleh menimbulkan kebimbangan alam sekitar dan keselamatan. Akibatnya, penyelidik secara aktif mencari alternatif yang lebih selamat.

2.3 Tannin dan Kanji

Tannin dan kanji adalah contoh depresan organik yang digunakan dalam pengapungan nadir bumi. Tannin, yang berasal daripada bahan tumbuhan, digunakan untuk menekan mineral gangue seperti barit dan fluorit. Mekanisme mereka melibatkan kompleksasi dengan ion logam pada permukaan mineral, mengurangkan lampiran pengumpul.

Kanji biasanya digunakan sebagai depresan untuk hematit dan mineral galas besi lain dalam pengapungan mineral nadir bumi. Interaksi antara kanji dan mineral biasanya berbentuk fizikal, dengan molekul kanji terserap ke permukaan mineral, menghalang tindakan pengumpul.

2.4 Depresan Baharu

Pembangunan depresan baharu adalah bidang penyelidikan yang berterusan dalam pengapungan nadir bumi. Reagen baru ini bertujuan untuk meningkatkan selektiviti dan mengurangkan kesan alam sekitar proses pengapungan. Contoh perkembangan terkini termasuk kanji yang diubah suai, polimer sintetik dan depresan organik terbiodegradasi.

3 Frothers untuk Pengapungan Nadir Bumi

Frother memainkan peranan penting dalam mencipta buih yang stabil dalam sel pengapungan, membolehkan pengasingan mineral nadir bumi daripada bahan gangue. Frother mempengaruhi saiz buih, kestabilan buih dan kinetik pengapungan. Frother yang paling biasa digunakan dalam pengapungan nadir bumi ialah reagen berasaskan alkohol dan berasaskan eter.

3.1 Frothers Berasaskan Alkohol

Frother berasaskan alkohol, seperti metil isobutyl carbinol (MIBC) dan minyak pain, digunakan secara meluas dalam pengapungan mineral, termasuk pengapungan nadir bumi. Frothers ini membantu menghasilkan buih kecil dan stabil yang meningkatkan pengapungan zarah halus.

Frother berasaskan alkohol agak murah dan berkesan, tetapi prestasinya boleh berbeza-beza bergantung pada faktor seperti pH, komposisi mineral dan interaksi reagen.

3.2 Frother Berasaskan Eter

Frother berasaskan eter, seperti eter polipropilena glikol (cth, DF-250), juga biasa digunakan dalam pengapungan nadir bumi. Buih ini cenderung menghasilkan buih yang lebih halus dan buih yang lebih stabil berbanding dengan buih berasaskan alkohol. Walau bagaimanapun, frother berasaskan eter boleh menjadi lebih mahal dan mungkin memerlukan kawalan dos yang tepat.

3.3 Frothers Novel

Penyelidikan ke dalam frother baharu untuk pengapungan nadir bumi memfokuskan pada meningkatkan selektiviti dan kestabilan buih sambil meminimumkan kesan alam sekitar. Ini termasuk pembuih dan pembuih biodegradasi dengan ketahanan yang lebih baik terhadap kehadiran minyak dan bahan cemar lain dalam buburan pengapungan.

4 Reagen Lesap untuk Bijih Nadir Bumi Penyerapan Ion

Bijih nadir bumi penjerapan ion adalah unik kerana unsur nadir bumi terserap pada permukaan mineral tanah liat dan bukannya terkunci dalam struktur mineral. Bijih ini biasanya diproses menggunakan larut lesap dan bukannya pengapungan. Agen larut lesap memainkan peranan penting dalam proses ini dengan menyahserap ion nadir bumi daripada permukaan tanah liat.

4.1 Pencairan Ammonium Sulfat

Ammonium sulfat adalah agen larut lesap yang paling biasa digunakan untuk bijih nadir bumi penjerapan ion. Ion ammonium dalam larutan bertukar dengan ion nadir bumi pada permukaan mineral tanah liat, melepaskannya ke dalam larutan. Kaedah ini digunakan secara meluas kerana kosnya yang agak rendah dan mudah.

Walau bagaimanapun, larut lesap ammonium sulfat boleh menyebabkan isu alam sekitar yang ketara, terutamanya dari segi pencemaran ion ammonium. Usaha sedang dibuat untuk membangunkan alternatif yang lebih mesra alam.

4.2 Pencucian Natrium Klorida dan Magnesium Sulfat

Natrium klorida dan magnesium sulfat telah disiasat sebagai alternatif kepada ammonium sulfat. Reagen ini berfungsi melalui mekanisme pertukaran ion yang serupa tetapi mempunyai kelebihan kerana kurang berbahaya kepada alam sekitar. Walau bagaimanapun, mereka cenderung kurang berkesan dari segi kadar pemulihan, dan penyelidikan lanjut diperlukan untuk mengoptimumkan penggunaannya.

4.3 Agen Lesap Organik

Ejen larut lesap organik, seperti asid sitrik dan EDTA, sedang diterokai sebagai alternatif mesra alam kepada reagen larut lesap bukan organik konvensional. Sebatian organik ini boleh mengelat ion nadir bumi dengan berkesan, menjadikannya lebih mudah untuk diekstrak daripada bijih. Walau bagaimanapun, kos reagen ini adalah faktor pengehad untuk penggunaan meluas mereka.

5 Ejen Mendakan untuk Bijih Nadir Bumi Penjerapan Ion

Sebaik sahaja ion nadir bumi dilarutkan menjadi larutan, ia perlu dimendakan dan dipulihkan. Agen pemendakan digunakan untuk membentuk sebatian nadir bumi yang boleh diasingkan daripada larutan larut lesap.

5.1 Ammonium Bikarbonat

Ammonium bikarbonat biasanya digunakan untuk memendakan ion nadir bumi daripada larutan larut lesap sebagai karbonat nadir bumi. Reagen ini berkesan dan kos yang agak rendah, tetapi ia boleh menghasilkan sejumlah besar air sisa yang mengandungi ammonium, yang menimbulkan cabaran alam sekitar.

5.2 Asid Oksalik

Asid oksalik digunakan secara meluas untuk memendakan unsur nadir bumi sebagai oksalat nadir bumi, yang kemudiannya boleh dikalsinkan untuk menghasilkan oksida nadir bumi. Asid oksalik sangat berkesan tetapi boleh lebih mahal daripada ammonium bikarbonat. Selain itu, pengendalian asid oksalik memerlukan langkah keselamatan yang berhati-hati kerana ketoksikannya.

5.3 Ejen Pemendapan Baharu

Penyelidikan sedang dijalankan untuk membangunkan lebih banyak agen pemendakan yang selektif dan jinak alam sekitar untuk pemulihan nadir bumi. Ini termasuk asid organik, reagen terbiodegradasi, dan resin pertukaran ion.

6 Hala Tuju dan Prospek Masa Depan

Masa depan reagen pemprosesan mineral nadir bumi terletak pada pembangunan reagen yang lebih selektif, cekap dan mesra alam. Bidang utama untuk penyelidikan masa depan termasuk:

• Pembangunan reagen hijau: Kesan alam sekitar reagen pengapungan dan larut lesap adalah kebimbangan utama, terutamanya dalam konteks pemprosesan nadir bumi. Terdapat keperluan yang semakin meningkat untuk pembangunan reagen terbiodegradasi, bukan toksik yang boleh menggantikan bahan kimia tradisional seperti ammonium sulfat dan asid oksalik.

• Penambahbaikan dalam pemilihan: Pengumpul, depresan dan frother baharu diperlukan untuk meningkatkan selektiviti pengapungan nadir bumi, terutamanya untuk bijih gred rendah dan kompleks. Ini termasuk penerokaan struktur molekul baru dan pengubahsuaian reagen sedia ada.

• Pengurangan kos: Kos yang tinggi bagi beberapa reagen pemprosesan nadir bumi, terutamanya asid hidroksamik dan asid fosfonik, adalah faktor pengehad untuk penggunaannya yang meluas. Penyelidikan masa depan harus memberi tumpuan kepada sintesis alternatif yang lebih berpatutan atau meningkatkan kecekapan reagen sedia ada untuk mengurangkan keperluan dos.

• Kelestarian alam sekitar: Dengan peningkatan peraturan di seluruh dunia yang bertujuan untuk mengurangkan kesan alam sekitar operasi perlombongan, pembangunan teknologi pemprosesan nadir bumi yang mampan terhadap alam sekitar menjadi lebih penting. Ini termasuk meminimumkan penggunaan bahan kimia berbahaya dan mengurangkan penjanaan sisa dan pencemaran.

Kesimpulannya, pemprosesan mineral nadir bumi sangat bergantung kepada penggunaan reagen kimia, dan penyelidikan berterusan adalah penting untuk meningkatkan kecekapan, selektiviti, dan kemampanan reagen ini. Pembangunan reagen baharu yang lebih hijau akan menjadi kritikal untuk masa depan benefisiasi nadir bumi, kerana permintaan global untuk mineral kritikal ini terus meningkat.