Statusi aktual i kërkimit dhe perspektivat e reagentëve të përpunimit të mineraleve të rralla të tokës

Reagentë për përpunimin e mineraleve të tokës së rrallë: mbledhës, depresantë, shkumëzues dhe agjentë kullues për rikuperim efikas dhe të qëndrueshëm

Elementet e tokës së rrallë (REE) zotërojnë një sërë vetive të jashtëzakonshme fizike dhe kimike, duke i bërë ato kritike në aplikime të ndryshme, nga elektronika në përdorime ushtarake. Ato njihen si minerale thelbësore nga vende të tilla si Kina, Shtetet e Bashkuara, Japonia dhe Australia. Megjithatë, mineralet e rralla të tokës janë të bollshme në shumëllojshmëri, por në shkallë të ulët dhe shpesh janë të lidhura ngushtë me minerale të ngjashme gangue. Përfitimi i tyre mbështetet shumë në përparimet në reagentët e përpunimit të mineraleve.

Ky artikull është i orientuar drejt përfitimit efikas të burimeve të tokës së rrallë. Ai përmbledh gjendjen aktuale të kërkimit dhe zhvillimit të reagentët e flotacionit për mineralet e tokës të rralla me bazë minerale, duke përfshirë kolektorët, depresionues, aktivizuesit dhe shkumëzues, së bashku me mekanizmat e tyre të flotacionit. Reagentët e përftimit kimik për xeheroret e tokës së rrallë të tipit jon, duke përfshirë agjentë kullues dhe agjentët precipitues, janë diskutuar gjithashtu, duke mbuluar statusin e tyre të kërkimit dhe mekanizmat e kullimit. Për më tepër, gjendja aktuale e flotacion i tokës së rrallë mbledhësit vlerësohen, dhe drejtimet e kërkimit të ardhshëm për Përpunimi i mineraleve të tokës së rrallë analizohen reagentët. Ky rishikim synon të sigurojë një referencë për kompanitë dhe profesionistët e angazhuar në përpunimin e mineraleve të tokës së rrallë dhe zhvillimin e reagentëve.

0 Hyrje

Elementet e rralla të tokës (REE) përfshijnë skandiumin, itrin dhe të 15 lantanidet, me gjithsej 17 elementë. Këta elementë shfaqin një sërë vetive të jashtëzakonshme fizike dhe kimike, duke i bërë ato kritike në sektorë të ndryshëm civilë dhe ushtarakë, duke përfshirë industrinë mjekësore, energjetike dhe të mbrojtjes. Ato shpesh quhen "vitamina industriale", "elemente mrekulli", "hormonet bujqësore" dhe "metalet e luftës", të njohura si minerale kritike nga vende si Shtetet e Bashkuara, Kina, Japonia, Australia, Kanadaja dhe Bashkimi Evropian. Sipas Shërbimit Gjeologjik të Shteteve të Bashkuara (USGS), që nga viti 2022, rezervat globale të oksidit të tokës së rrallë (REO) janë afërsisht 120 milionë tonë, të përqendruara kryesisht në Kinë (36.7%), Vietnam (18.3%), Brazil (17.5%), Rusi (17.5%), Indi (5.8%) dhe Australi (3.3%) dhe Australi.

Minierat kryesore të tokës së rralla në botë përfshijnë depozitat Bayan Obo, Maoniuping dhe Ganzhou të Kinës, minierën Mountain Pass në SHBA, minierat Araxa dhe Minasu në Brazil, depozitën e Liqenit të çuditshëm në Kanada, depozitën Mount Weld në Australi dhe depozitën Zandkopsdrift në Afrikën e Jugut. Për më tepër, provincat jugore të Kinës, duke përfshirë Jiangxi, Guangdong, Fujian dhe Yunnan, janë shtëpia e mbi 170 depozitave të tokave të rralla me përthithje të joneve me cilësi të lartë, duke shërbyer si burimi kryesor global i elementeve tokësore të rralla të mesme dhe të rënda.

Janë identifikuar më shumë se 250 lloje të mineraleve të tokës së rrallë, me bastnäsite ((Ce, La)(CO3)F), monazite ((Ce, La)PO4), ksenotim (YPO4), yttrialit (Y2FeBe(SiO4)2O2) dhe fergusonit (YNbO4) që përbëjnë mbi 95% të mineraleve totale të tokës. Megjithatë, këto xehe shpesh shoqërohen me kuarc, fluorit, barit, feldspat, kalcit dhe minerale të tjera silikate, duke rezultuar në xehe me cilësi të ulët që janë sfiduese për t'u ndarë. Si i tillë, përftimi i xeheve të tokës së rralla shpesh kërkon një kombinim të ndarjes së gravitetit, ndarjes magnetike dhe flotacionit për të përmirësuar mineralet me cilësi të ulët në koncentrate industriale të shkallës së shkrirjes. Në rastin e xeheve të tokave të rralla me thithjen e joneve, elementët e tokës së rrallë absorbohen si jone në sipërfaqet minerale ose brenda shtresave kristalore, duke kërkuar përpunim kimik për nxjerrjen e oksideve të tokës së rrallë.

Pavarësisht nëse kemi të bëjmë me minerale të tokës të rralla me bazë minerale ose të tipit jon, aplikimi i reagentëve përfitues është thelbësor në përcaktimin e klasës së produktit, rikuperimi i tokës së rrallë normat, efikasiteti i prodhimit, kostot dhe ndikimi mjedisor.

Ky artikull fokusohet në përfitimin efikas të burimeve të tokës së rralla, duke ofruar një përmbledhje të detajuar të llojeve, mekanizmave dhe përparimit të kërkimit të reagentëve të flotacionit (mbledhës, shkumës, rregullator) për mineralet e tokës të rralla me bazë minerale, si dhe reagentët kimikë të përftimit (agjentët kullues, agjentët precipitues për reagentët e tokës. Ai gjithashtu paraqet drejtimet e ardhshme për kërkimin dhe zhvillimin e reagentëve të përpunimit të mineraleve të tokës së rrallë, duke synuar të sigurojë një referencë për kompanitë dhe studiuesit e angazhuar në ndarjen e tokës së rrallë ose zhvillimin e reagentëve industrialë.

1 Mbledhësit e flotacionit të tokës së rrallë

Mbledhësit luajnë një rol vendimtar në flotacionin e tokës së rrallë duke ndryshuar hidrofobicitetin sipërfaqësor të mineraleve të synuar, duke i bërë më të lehtë ngjitjen me flluska dhe duke përmirësuar vetitë e tyre të flotacionit. Bazuar në grupet funksionale, kolektorët për notimin e tokës së rrallë mund të klasifikohen në acide hidroksamike, acide yndyrore, acide fosfonike dhe reagjentë të tjerë.1.1 Mbledhësit e acidit hidroksamik

Kolektorët e acidit hidroksamik, të zhvilluar në vitet 1980, janë reagentët më të përdorur në flotacionin e tokës së rrallë. Acidet hidroksamike, të njohura edhe si oksime, ekzistojnë në dy forma izomere: oksim (struktura keto) dhe acid hidroksamik (struktura enol), me oksimën që dominon. Të dy izomerët disociohen për të formuar anione identike gjatë flotacionit.

Kolektorët e zakonshëm të acidit hidroksamik të përdorur në flotacionin e tokës së rrallë përfshijnë acidin hidroksamik C7-C9 alkil, acidin 2-hidroksi-3-nafthohidroksamik (H205), acidin 1-hidroksi-2-naftohidroksamik (H203), acidin salicilik hidroksamik (L102), acidin hidroksilokal, acid cikloksamik acid hidroksamik (OMHA) dhe produkte të tjera të modifikuara ose të përziera të acidit hidroksamik, të tilla si H316 (një H205 i modifikuar), P8 (kryesisht acid hidroksinafthohidroksamik), LF8# (98% acid hidroksinafthohidroksamik) dhe kolektor 103 (acidi hidroksamik salicilik). Ndërsa acidet hidroksamike tregojnë selektivitet të mirë për elementët e tokës së rrallë, ato shpesh kërkojnë ngrohje gjatë flotacionit, duke çuar në kosto më të larta të energjisë dhe sinteza e tyre gjithashtu mund të jetë e shtrenjtë.

1.2 Mbledhësit e acideve yndyrore

Mbledhësit e acideve yndyrore janë përdorur në flotacionin e tokës së rrallë që nga vitet 1950 kur acidi oleik u aplikua me sukses në Mountain Pass në Shtetet e Bashkuara. Në Kinë, studimet sistematike mbi përdorimin e acidit oleik dhe sapunit të parafinës të oksiduar për flotimin e tokës së rrallë filluan në vitet 1960.

Mbledhësit e acideve yndyrore rrjedhin nga vajra natyralë bimore ose shtazore, zakonisht të përbëra nga një përzierje e acideve ose kripërave karboksilike të ngopura dhe të pangopura C10-C20. Reagentët e zakonshëm përfshijnë acidin oleik, oleatin e natriumit, vajin e lartë, sapunin parafine të oksiduar, vajin e frutave Bacchus, ftalatet, acidin naftenik dhe derivatet e naftës të oksiduar. Megjithatë, mbledhësit e acideve yndyrore kanë selektivitet më të ulët për mineralet e tokës së rrallë dhe shpesh kërkojnë shtimin e depresantëve dhe rregullimet e temperaturës për të arritur ndarje efektive.

Flotacioni i mineraleve të tokës së rrallë duke përdorur acide yndyrore besohet se përfshin një kombinim të adsorbimit fizik, adsorbimit kimik dhe reaksioneve kimike sipërfaqësore.

1.3 Mbledhësit e acidit fosfonik

Kolektorët e acidit fosfonik (—P=O) dhe fosfonateve (—O—P=O) shfaqin performancë më të fortë flotacioni për mineralet metalike në krahasim me kolektorët e acideve hidroksamike dhe yndyrore. Sidoqoftë, mbledhësit e acidit fosfonik në përgjithësi kanë selektivitet më të ulët.

Kolektorët e acidit fosfonik të përdorur aktualisht në flotacionin e tokës së rrallë përfshijnë acidin fosfonik stiren, acid fosfonik p-toluen, acid benzil fosfonik, acid α-hidroksibenzil fosfonik dhe produkte komerciale si P538 dhe Flotinor 1682.

1.4 Koleksionistë të tjerë

Përveç acideve hidroksamike, acideve yndyrore dhe acideve fosfonike, një shumëllojshmëri koleksionistësh të rinj janë duke u eksploruar për të përmirësuar efikasitetin dhe selektivitetin e flotimit të tokës së rrallë. Disa prej tyre përfshijnë sulfonate, tio-fosfate dhe kripëra kuaternare të amonit.

• Sulfonatet: Sulfonatet janë raportuar të shfaqin selektivitet dhe performancë të mirë në proceset e flotimit, por aplikimi i tyre në flotimin e mineraleve të tokës së rrallë është ende në fazat e hershme.

• Tio-fosfatet: Këta kolektorë përdoren shpesh në flotimin e mineraleve sulfide, por kërkimet për aplikimin e tyre në flotacionin e tokës së rrallë po vazhdojnë.

• Kripërat kuaternare të amonit: Këto komponime janë eksploruar për aftësinë e tyre për të notuar mineralet josulfide dhe është raportuar njëfarë suksesi në flotacionin e tokës së rrallë. Ato veprojnë përmes tërheqjes elektrostatike me sipërfaqe minerale të ngarkuara negativisht.

Studiuesit po eksperimentojnë vazhdimisht me reagentë të rinj për të rritur efektivitetin e flotimit të mineraleve të tokës së rrallë, duke u fokusuar si në përmirësimin e shkallës së rikuperimit ashtu edhe në uljen e ndikimit mjedisor të këtyre kimikateve.

2 Depresantë për Flotacionin e Tokës së rrallë

Depresantët janë thelbësorë në flotacionin e mineraleve të tokës së rrallë për të frenuar në mënyrë selektive mineralet gangue, duke përmirësuar kështu selektivitetin dhe rendimentin e mineraleve të synuara të tokës së rralla. Mineralet kryesore të gangut të lidhur me mineralet e rralla të tokës, të tilla si kuarci, kalciti dhe bariti, shpesh shfaqin sjellje të ngjashme flotacioni, duke e bërë frenimin e tyre selektiv vendimtar.

Depresantët e zakonshëm në flotacionin e tokës së rrallë përfshijnë gotën e ujit (silikat natriumi), fluorid natriumi, taninet dhe niseshte.

2.1 Silikat natriumi (qelqi me ujë)

Silikati i natriumit, i njohur zakonisht si xhami i ujit, është një nga depresantët më të përdorur në flotacionin e tokës së rrallë. Përdoret për të frenuar mineralet silikate si kuarci dhe feldspat. Mekanizmi i veprimit depresiv të silikatit të natriumit në përgjithësi i atribuohet formimit të një shtrese silice në sipërfaqen e mineraleve të gangut, e cila parandalon adsorbimin kolektor.

Xhami i ujit është një depresant efektiv dhe me kosto të ulët, por performanca e tij mund të ndikohet nga faktorë të tillë si pH, përqendrimi i joneve dhe doza e reagentit. Studiuesit po eksplorojnë silikate të modifikuara dhe aditivë të tjerë kimikë për të përmirësuar selektivitetin e xhamit të ujit.

2.2 Fluori i natriumit

Fluori i natriumit përdoret për të ulur kalcitin në proceset e flotacionit të tokës së rrallë. Efekti i tij depresiv bazohet në reagimin midis joneve të fluorit dhe joneve të kalciumit, duke formuar një shtresë të patretshme fluoridi kalciumi në sipërfaqen e mineralit, i cili parandalon adsorbimin e kolektorit.

Megjithatë, fluori i natriumit është një substancë shumë toksike dhe përdorimi i tij mund të paraqesë shqetësime mjedisore dhe të sigurisë. Si rezultat, studiuesit po kërkojnë në mënyrë aktive alternativa më të sigurta.

2.3 Taninet dhe niseshte

Taninet dhe niseshteja janë shembuj të depresantëve organikë të përdorur në flotacionin e tokës së rrallë. Taninet, që rrjedhin nga materialet bimore, përdoren për të shtypur mineralet e gangut si bariti dhe fluori. Mekanizmi i tyre përfshin kompleksimin me jonet metalike në sipërfaqen minerale, duke reduktuar ngjitjen e kolektorit.

Niseshteja përdoret zakonisht si një depresant për hematitin dhe mineralet e tjera që përmbajnë hekur në notimin e mineraleve të tokës së rrallë. Ndërveprimi midis niseshtës dhe mineraleve është zakonisht fizik, me molekulat e niseshtës që absorbohen në sipërfaqen e mineralit, duke parandaluar veprimin e kolektorit.

2.4 Depresivë të rinj

Zhvillimi i depresantëve të rinj është një fushë e vazhdueshme e kërkimit në flotacionin e tokës së rrallë. Këta reagentë të rinj synojnë të përmirësojnë selektivitetin dhe të zvogëlojnë ndikimin mjedisor të procesit të flotimit. Shembuj të zhvillimeve të fundit përfshijnë niseshte të modifikuara, polimere sintetike dhe depresantë organikë të biodegradueshëm.

3 Frothers për Flotacionin e Tokës së rrallë

Shkumëzat luajnë një rol jetik në krijimin e shkumës së qëndrueshme në qelizat e flotacionit, duke mundësuar ndarjen e mineraleve të rralla të tokës nga materialet e gangut. Shkumëzat ndikojnë në madhësinë e flluskave, stabilitetin e shkumës dhe kinetikën e notimit. Shkumëzat më të përdorura në flotacionin e tokës së rrallë janë reagentë me bazë alkooli dhe eter.

3.1 Frothers me bazë alkooli

Flotuesit me bazë alkooli, si metilizobutil karbinoli (MIBC) dhe vaji i pishës, përdoren gjerësisht në flotimin e mineraleve, duke përfshirë flotimin e tokës së rrallë. Këto shkumëzues ndihmojnë në gjenerimin e flluskave të vogla dhe të qëndrueshme që përmirësojnë notimin e grimcave të imëta.

Shkumëzat me bazë alkooli janë relativisht të lira dhe efektive, por performanca e tyre mund të ndryshojë në varësi të faktorëve të tillë si pH, përbërja minerale dhe ndërveprimet e reagentëve.

3.2 Frothers bazuar në Eter

Shkumërat me bazë eterike, të tilla si eteret e polipropilen glikolit (p.sh., DF-250), përdoren gjithashtu zakonisht në flotacionin e tokës së rrallë. Këto shkumëza kanë tendencë të prodhojnë flluska më të imta dhe shkumë më të qëndrueshme në krahasim me shkumëzat me bazë alkooli. Megjithatë, shkumëzat me bazë eter mund të jenë më të shtrenjta dhe mund të kërkojnë kontroll të saktë të dozës.

3.3 Nove Frothers

Kërkimi në shkumëzat e reja për flotacion të tokës së rrallë fokusohet në përmirësimin e selektivitetit dhe stabilitetit të shkumës duke minimizuar ndikimin mjedisor. Këto përfshijnë shkumëzues të biodegradueshëm dhe shkumës me rezistencë të përmirësuar ndaj pranisë së vajrave dhe ndotësve të tjerë në slurin e flotacionit.

4 Reagentët e kullimit për mineralet e rralla të tokës me përthithje joni

Xeherorët e tokës së rrallë me përthithje jonike janë unike në atë që elementët e tokës së rrallë absorbohen në sipërfaqen e mineraleve të argjilës në vend që të mbyllen në strukturat minerale. Këto xehe zakonisht përpunohen duke përdorur shpëlarje dhe jo flotacion. Agjentët kullues luajnë një rol kritik në këtë proces duke thithur jonet e rralla të tokës nga sipërfaqet e argjilës.

4.1 Shpëlarja e sulfatit të amonit

Sulfati i amonit është agjenti kullues më i përdorur për mineralet e tokës të rralla me thithjen e joneve. Jonet e amonit në tretësirë ​​shkëmbehen me jonet e tokës së rrallë në sipërfaqen e mineraleve të argjilës, duke i lëshuar ato në tretësirë. Kjo metodë përdoret gjerësisht për shkak të kostos së saj relativisht të ulët dhe thjeshtësisë.

Megjithatë, shpëlarja e sulfatit të amonit mund të shkaktojë probleme të rëndësishme mjedisore, veçanërisht në aspektin e ndotjes së joneve të amonit. Po bëhen përpjekje për të zhvilluar alternativa më miqësore me mjedisin.

4.2 Shpëlarja e klorurit të natriumit dhe sulfatit të magnezit

Kloruri i natriumit dhe sulfati i magnezit janë hetuar si alternativa ndaj sulfatit të amonit. Këta reagentë funksionojnë përmes mekanizmave të ngjashëm të shkëmbimit të joneve, por kanë avantazhin e të qenit më pak të dëmshëm për mjedisin. Megjithatë, ato priren të jenë më pak efektive për sa i përket shkallës së rikuperimit dhe nevojiten kërkime të mëtejshme për të optimizuar përdorimin e tyre.

4.3 Agjentët organikë të kullimit

Agjentët organikë të kullimit, të tilla si acidi citrik dhe EDTA, janë duke u eksploruar si alternativa miqësore me mjedisin ndaj reagentëve konvencionalë të shpëlarjes inorganike. Këto komponime organike mund të kelojnë në mënyrë efektive jonet e tokës së rrallë, duke i bërë më të lehtë nxjerrjen e tyre nga minerali. Megjithatë, kostoja e këtyre reagentëve është një faktor kufizues për adoptimin e tyre të gjerë.

5 Agjentë precipitues për mineralet e rralla të tokës me përthithje joni

Pasi jonet e rralla të tokës janë kulluar në tretësirë, ato duhet të precipitohen dhe rikuperohen. Agjentët precipitues përdoren për të formuar përbërje toke të rralla që mund të ndahen nga tretësira e kullimit.

5.1 Bikarbonat amonit

Bikarbonati i amonit përdoret zakonisht për të precipituar jonet e tokës së rralla nga solucionet e kullimit si karbonate të tokës së rrallë. Ky reagent është efektiv dhe relativisht me kosto të ulët, por mund të prodhojë vëllime të mëdha të ujërave të zeza që përmbajnë amoni, gjë që paraqet sfida mjedisore.

5.2 Acidi oksalik

Acidi oksalik përdoret gjerësisht për të precipituar elementë të tokës së rrallë si oksalate të tokës së rrallë, të cilat më pas mund të kalcinohen për të prodhuar okside të rralla të tokës. Acidi oksalik është shumë efektiv, por mund të jetë më i shtrenjtë se bikarbonati i amonit. Për më tepër, trajtimi i acidit oksalik kërkon masa të kujdesshme sigurie për shkak të toksicitetit të tij.

5.3 Agjentët e rinj precipitues

Kërkimet po vazhdojnë për të zhvilluar agjentë precipitues më selektivë dhe të mirë ndaj mjedisit për rikuperimin e tokës së rrallë. Këto përfshijnë acide organike, reagentë të biodegradueshëm dhe rrëshira jon-këmbyese.

6 Drejtimet dhe Perspektivat e Ardhshme

E ardhmja e reagentëve të përpunimit të mineraleve të tokës së rrallë qëndron në zhvillimin e reagentëve më selektivë, efikasë dhe miqësorë me mjedisin. Fushat kryesore për kërkime të ardhshme përfshijnë:

• Zhvillimi i reagentëve të gjelbër: Ndikimi mjedisor i reagentëve të flotacionit dhe shpëlarjes është një shqetësim i madh, veçanërisht në kontekstin e përpunimit të tokës së rrallë. Ekziston një nevojë në rritje për zhvillimin e reagentëve të biodegradueshëm, jo ​​toksikë që mund të zëvendësojnë kimikatet tradicionale si sulfati i amonit dhe acidi oksalik.

• Përmirësimi i selektivitetit: Nevojiten kolektorë të rinj, depresantë dhe shkumëzues për të përmirësuar selektivitetin e flotacionit të tokës së rrallë, veçanërisht për xeherorët me cilësi të ulët dhe komplekse. Kjo përfshin eksplorimin e strukturave të reja molekulare dhe modifikimin e reagentëve ekzistues.

• Ulja e kostos: Kostoja e lartë e disa reagentëve të përpunimit të tokës së rrallë, veçanërisht acidet hidroksamike dhe acidet fosfonike, është një faktor kufizues për përdorimin e tyre të gjerë. Hulumtimet e ardhshme duhet të fokusohen në sintezën e alternativave më të përballueshme ose në përmirësimin e efikasitetit të reagentëve ekzistues për të reduktuar kërkesat për doza.

• Qendrueshmeria mjedisore: Me rritjen e rregulloreve në mbarë botën që synojnë reduktimin e ndikimit mjedisor të operacioneve minerare, zhvillimi i teknologjive të përpunimit të tokave të rralla të qëndrueshme për mjedisin po bëhet më i rëndësishëm. Kjo përfshin minimizimin e përdorimit të kimikateve të dëmshme dhe reduktimin e gjenerimit të mbetjeve dhe ndotjes.

Si përfundim, përpunimi i mineraleve të tokës së rrallë varet shumë nga përdorimi i reagentëve kimikë dhe kërkimi i vazhdueshëm është thelbësor për të përmirësuar efikasitetin, selektivitetin dhe qëndrueshmërinë e këtyre reagentëve. Zhvillimi i reagentëve të rinj, më të gjelbër do të jetë kritik për të ardhmen e përfitimit të tokës së rrallë, pasi kërkesa globale për këto minerale kritike vazhdon të rritet.