Hali ya Sasa ya Utafiti na Matarajio ya Vitendanishi Adimu vya Uchakataji wa Madini ya Dunia

Vitendanishi Adimu vya Uchakataji wa Madini ya Dunia: Watoza, Vifadhaiko, Frothers & Mawakala wa Usafishaji kwa Urejeshaji Bora na Endelevu.

Vipengele adimu vya dunia (REEs) vina anuwai ya sifa za kipekee za kimwili na kemikali, na kuzifanya kuwa muhimu katika matumizi mbalimbali, kutoka kwa vifaa vya elektroniki hadi matumizi ya kijeshi. Zinatambuliwa kama madini muhimu na nchi kama vile Uchina, Merika, Japan na Australia. Hata hivyo, madini adimu ya ardhi yana wingi wa aina mbalimbali lakini ya chini katika daraja na mara nyingi yanahusishwa kwa karibu na madini ya gangue sawa. Manufaa yao yanategemea sana maendeleo katika vitendanishi vya usindikaji wa madini.

Makala haya yanalenga kunufaisha vyema rasilimali za dunia adimu. Inatoa muhtasari wa hali ya sasa ya utafiti na maendeleo ya vitendanishi vya kuelea kwa madini adimu ya madini, pamoja na wakusanyaji, unyogovu, vianzishaji, na ndugu, pamoja na mifumo yao ya kuelea. Vitendanishi vya manufaa vya kemikali kwa madini adimu ya aina ya ion, ikiwa ni pamoja na mawakala wa leaching na mawakala wa mvua, pia hujadiliwa, kufunika hali yao ya utafiti na njia za leaching. Zaidi ya hayo, hali ya sasa ya kuelea kwa ardhi adimu watoza tathmini, na maelekezo ya utafiti wa siku zijazo Usindikaji wa madini adimu duniani vitendanishi vinachambuliwa. Ukaguzi huu unalenga kutoa marejeleo kwa makampuni na wataalamu wanaojishughulisha na uchakataji wa madini adimu na uundaji wa vitendanishi.

0 Utangulizi

Vipengele adimu vya ardhi (REEs) ni pamoja na scandium, yttrium, na lanthanides zote 15, jumla ya vipengele 17. Vipengele hivi vinaonyesha anuwai ya sifa za kipekee za kimwili na kemikali, na kuzifanya kuwa muhimu katika sekta mbalimbali za kiraia na kijeshi, ikiwa ni pamoja na sekta ya matibabu, nishati na ulinzi. Mara nyingi hujulikana kama "vitamini za viwandani," "vitu vya miujiza," "homoni za kilimo," na "metali za vita," zinazotambuliwa kama madini muhimu na mataifa kama Marekani, Uchina, Japan, Australia, Kanada na Umoja wa Ulaya. Kulingana na Utafiti wa Jiolojia wa Marekani (USGS), kufikia mwaka wa 2022, hifadhi ya kimataifa ya oksidi adimu duniani (REO) inafikia takriban tani milioni 120, iliyojikita zaidi nchini China (36.7%), Vietnam (18.3%), Brazili (17.5%), Urusi (17.5%), India (5.8%) na Australia (3.3%).

Migodi mikubwa ya madini adimu duniani ni pamoja na mabaki ya Bayan Obo, Maoniuping na Ganzhou ya China, mgodi wa Mountain Pass nchini Marekani, migodi ya Araxa na Minasu nchini Brazili, hifadhi ya Strange Lake nchini Kanada, hifadhi ya Mount Weld nchini Australia, na hifadhi ya Zandkopsdrift nchini Afrika Kusini. Zaidi ya hayo, majimbo ya kusini ya Uchina, ikiwa ni pamoja na Jiangxi, Guangdong, Fujian na Yunnan, yana hifadhi zaidi ya 170 za ubora wa juu za ion-adsorption, zinazotumika kama chanzo kikuu cha kimataifa cha vipengele vya kati na nzito vya dunia adimu.

Zaidi ya aina 250 za madini adimu zimetambuliwa, huku bastnäsite ((Ce, La)(CO3)F), monazite ((Ce, La)PO4), xenotime (YPO4), yttrialite (Y2FeBe(SiO4)2O2), na fergusonite (YNbO4) ikichangia zaidi ya 95% ya madini adimu ya ardhi. Hata hivyo, madini haya mara nyingi huhusishwa na quartz, fluorite, barite, feldspar, calcite, na madini mengine ya silicate gangue, na kusababisha ores ya chini ambayo ni changamoto kutenganisha. Kwa hivyo, manufaa ya madini adimu ya ardhi mara nyingi huhitaji mchanganyiko wa kutenganisha mvuto, utengano wa sumaku, na kuelea ili kuboresha madini ya kiwango cha chini hadi viwango vya kiwango cha kuyeyusha viwanda. Katika hali ya madini adimu ya ion-adsorption, elementi adimu za dunia hutangazwa kama ayoni kwenye nyuso za madini au ndani ya tabaka za fuwele, hivyo kuhitaji usindikaji wa kemikali ili kutoa oksidi adimu za dunia.

Iwe inashughulika na madini adimu ya madini au aina ya ion, utumiaji wa vitendanishi vya manufaa ni muhimu katika kubainisha daraja la bidhaa, ahueni ya ardhi adimu viwango, ufanisi wa uzalishaji, gharama na athari za mazingira.

Nakala hii inaangazia juu ya manufaa ya rasilimali za ardhi adimu, ikitoa muhtasari wa kina wa aina, taratibu, na maendeleo ya utafiti wa vitendanishi vya kuelea (watoza, vidhibiti, vidhibiti) vya madini adimu ya madini, pamoja na vitendanishi vya manufaa ya kemikali (mawakala wa leaching, mawakala wa mvua) kwa madini adimu ya aina ya ion. Pia inatoa maelekezo ya siku za usoni kwa ajili ya utafiti na maendeleo katika vitendanishi adimu vya uchakataji madini duniani, ikilenga kutoa marejeleo kwa makampuni na watafiti wanaojishughulisha na utenganishaji wa ardhi adimu au ukuzaji vitendanishi vya viwandani.

Watoza 1 wa Rare Earth Flotation

Watozaji wana jukumu muhimu katika kuelea kwa ardhi adimu kwa kubadilisha haidrofobu ya uso wa madini lengwa, na kuifanya iwe rahisi kushikamana na viputo na kuboresha sifa zao za kuelea. Kulingana na vikundi vya utendaji, wakusanyaji wa kuelea kwa ardhi adimu wanaweza kuainishwa katika asidi hidroksijeni, asidi ya mafuta, asidi ya fosfoniki, na vitendanishi vingine.1.1 Vitozaji vya Asidi ya Hydroxamic

Watozaji wa asidi ya Hydroxamic, zilizotengenezwa katika miaka ya 1980, ni vitendanishi vinavyotumiwa sana katika kuelea kwa ardhi adimu. Asidi za hidroksamia, pia hujulikana kama oksimu, zipo katika aina mbili za isomeri: oksimu (muundo wa keto) na asidi hidroksimasi (muundo wa enoli), huku oksimu ikiwa kuu. Isoma zote mbili hujitenga na kuunda anions zinazofanana wakati wa kuelea.

Vikusanyaji vya kawaida vya asidi hidroksamia vinavyotumika katika kuelea kwa ardhi adimu ni pamoja na C7-C9 alkili hidroksamic acid, 2-hydroxy-3-naphthohydroxamic acid (H205), 1-hydroxy-2-naphthohydroxamic acid (H203), salicylic hidroksamic acid (L102), cycloaxalkyl asidi hidroksilomic acid, hidroksiloksidi asidiloxamic, hidroksiyl bedroksiloksidi. (OMHA), na bidhaa nyinginezo zilizorekebishwa au mchanganyiko za asidi hidroksijeni, kama vile H316 (H205 iliyorekebishwa), P8 (hasa hidroksinaphthohydroxamic acid), LF8# (98% hidroksinaphthohydroxamic acid), na mtoaji 103 (salicylic hydroxamic acid). Ingawa asidi ya hidroksamia huonyesha uteuzi mzuri kwa vipengele adimu vya dunia, mara nyingi huhitaji kupokanzwa wakati wa kuelea, na hivyo kusababisha gharama kubwa za nishati, na usanisi wao pia unaweza kuwa ghali.

1.2 Wakusanyaji wa Asidi ya Mafuta

Vikusanyaji vya asidi ya mafuta vimetumika katika kuelea kwa nadra duniani tangu miaka ya 1950 wakati asidi ya oleic ilipotumiwa kwa mafanikio kwenye Mountain Pass nchini Marekani. Nchini Uchina, tafiti za utaratibu kuhusu matumizi ya asidi ya oleic na sabuni ya mafuta ya taa iliyooksidishwa kwa ajili ya kuelea kwa nadra duniani zilianza katika miaka ya 1960.

Watozaji wa asidi ya mafuta hutokana na mafuta ya asili ya mboga au wanyama, kwa kawaida hujumuisha mchanganyiko wa asidi ya kaboksili iliyojaa na isiyojaa au chumvi ya C10-C20. Vitendanishi vya kawaida ni pamoja na asidi ya oleic, oleate ya sodiamu, mafuta marefu, sabuni ya mafuta ya taa iliyooksidishwa, mafuta ya matunda ya Bacchus, phthalates, asidi ya naphthenic, na derivatives ya petroli iliyooksidishwa. Hata hivyo, watozaji wa asidi ya mafuta wana uteuzi mdogo kwa madini ya nadra ya dunia na mara nyingi huhitaji kuongezwa kwa dawa za kupunguza shinikizo na marekebisho ya joto ili kufikia utengano mzuri.

Kuelea kwa madini adimu ya ardhini kwa kutumia asidi ya mafuta inaaminika kuhusisha mchanganyiko wa adsorption ya kimwili, adsorption ya kemikali, na athari za kemikali za uso.

1.3 Watozaji wa Asidi ya Fosfoni

Vitozaji vya asidi ya fosfoni (—P=O) na fosforasi (—O—P=O) huonyesha utendaji thabiti zaidi wa kuelea kwa madini ya metali ikilinganishwa na vikusanyaji vya hidroksamiki na asidi ya mafuta. Walakini, watoza asidi ya fosforasi kwa ujumla wana uteuzi wa chini.

Vikusanyaji vya asidi ya fosfoni vinavyotumika hivi sasa katika kuelea kwa ardhi adimu ni pamoja na asidi ya fosfoni ya styrene, asidi ya fosfoni ya p-toluene, asidi ya fosfoni ya benzyl, asidi ya fosfoni ya α-hydroxybenzyl, na bidhaa za kibiashara kama vile P538 na Flotinor 1682.

1.4 Watozaji Wengine

Kando na asidi hidroksijeni, asidi ya mafuta, na asidi ya fosfoni, aina mbalimbali za wakusanyaji wa riwaya wanachunguzwa ili kuboresha ufanisi na uteuzi adimu wa kuelea kwa ardhi. Baadhi ya hizi ni pamoja na sulfonates, thio-phosphates, na chumvi za amonia za quaternary.

• Sulfonates: Sulfonati zimeripotiwa kuonyesha uteuzi mzuri na utendakazi katika michakato ya kuelea, lakini matumizi yake katika kuelea kwa madini ya adimu duniani bado iko katika hatua zake za awali.

• Thio-phosphates: Wakusanyaji hawa mara nyingi hutumika katika kuelea kwa madini ya salfaidi, lakini utafiti kuhusu matumizi yao katika kuelea kwa ardhi adimu unaendelea.

• Chumvi ya Ammoniamu ya Quaternary: Michanganyiko hii imechunguzwa kwa uwezo wake wa kuelea madini yasiyo ya sulfidi, na baadhi ya mafanikio yameripotiwa katika kuelea kwa ardhi adimu. Zinafanya kazi kupitia mvuto wa kielektroniki na nyuso za madini zenye chaji hasi.

Watafiti wanajaribu kila mara na vitendanishi vipya ili kuongeza ufanisi wa kuelea kwa madini adimu duniani, wakilenga katika kuboresha viwango vya uokoaji na kupunguza athari za kimazingira za kemikali hizi.

Dawa 2 za Kufadhaisha kwa Mtelezo Adimu wa Dunia

Dawa za kukandamiza ni muhimu katika kuelea kwa madini adimu kwa ajili ya kuzuia madini ya gangue kwa hiari, na hivyo kuboresha uteuzi na mavuno ya madini lengwa ya madini adimu. Madini ya msingi ya gangue yanayohusishwa na madini adimu ya ardhini, kama vile quartz, calcite, na barite, mara nyingi huonyesha tabia zinazofanana za kuelea, na kufanya uzuiaji wao wa kuchagua kuwa muhimu.

Vinyozi vya kawaida katika kuelea kwa ardhi adimu ni pamoja na glasi ya maji (silicate ya sodiamu), floridi ya sodiamu, tanini, na wanga.

2.1 Silikati ya Sodiamu (Kioo cha Maji)

Silikati ya sodiamu, inayojulikana kama glasi ya maji, ni mojawapo ya dawa za kukandamiza zinazotumiwa sana katika kuelea kwa ardhi adimu. Inatumika kuzuia madini ya silicate kama vile quartz na feldspar. Utaratibu wa hatua ya huzuni ya silicate ya sodiamu kwa ujumla inahusishwa na uundaji wa safu ya silika kwenye uso wa madini ya gangue, ambayo huzuia adsorption ya mtozaji.

Glasi ya maji ni dawa ya kufadhaisha na ya gharama nafuu, lakini utendaji wake unaweza kuathiriwa na mambo kama vile pH, ukolezi wa ayoni na kipimo cha vitendanishi. Watafiti wanachunguza silikati zilizobadilishwa na viungio vingine vya kemikali ili kuboresha uteuzi wa glasi ya maji.

2.2 Fluoridi ya Sodiamu

Fluoridi ya sodiamu hutumiwa kukandamiza calcite katika michakato ya nadra ya kuelea kwa ardhi. Athari yake ya unyogovu inategemea mmenyuko kati ya ioni za floridi na ioni za kalsiamu, na kutengeneza filamu ya fluoride ya kalsiamu isiyoyeyuka kwenye uso wa madini, ambayo huzuia adsorption ya mtoza.

Hata hivyo, floridi ya sodiamu ni dutu yenye sumu kali, na matumizi yake yanaweza kusababisha wasiwasi wa mazingira na usalama. Matokeo yake, watafiti wanatafuta kikamilifu njia mbadala salama.

2.3 Tannins na Wanga

Tannins na wanga ni mifano ya dawa za kikaboni zinazotumiwa katika kuelea kwa ardhi adimu. Tannins, inayotokana na vifaa vya mimea, hutumiwa kupunguza madini ya gangue kama vile barite na fluorite. Utaratibu wao unahusisha ugumu na ioni za chuma kwenye uso wa madini, kupunguza kiambatisho cha mtoza.

Wanga hutumiwa kwa kawaida kama dawa ya kukandamiza hematite na madini mengine yenye chuma katika kuelea kwa madini adimu duniani. Mwingiliano kati ya wanga na madini kwa kawaida ni wa kimaumbile, huku molekuli za wanga zikijitokeza kwenye uso wa madini, hivyo kuzuia hatua ya mkusanyaji.

2.4 Dawa Mpya za Kupunguza Unyogovu

Uundaji wa dawa mpya za kufadhaisha ni eneo linaloendelea la utafiti katika kuelea kwa ardhi adimu. Vitendanishi hivi vya riwaya vinalenga kuboresha uteuzi na kupunguza athari za mazingira za mchakato wa kuelea. Mifano ya maendeleo ya hivi majuzi ni pamoja na wanga iliyorekebishwa, polima sanisi, na dawa za kukandamiza kikaboni zinazoweza kuharibika.

3 Frothers kwa Rare Earth Flotation

Frothers huchukua jukumu muhimu katika kuunda povu thabiti katika seli zinazoelea, kuwezesha utenganisho wa madini adimu kutoka kwa nyenzo za gangue. Frothers huathiri ukubwa wa kiputo, uthabiti wa povu, na kinetiki za kuelea. Frother zinazotumika sana katika kuelea kwa ardhi adimu ni vitendanishi vinavyotokana na pombe na etha.

3.1 Frothers zinazotokana na Pombe

Vipuli vinavyotokana na pombe, kama vile methyl isobutyl carbinol (MIBC) na mafuta ya pine, hutumiwa sana katika kuelea kwa madini, ikiwa ni pamoja na kuelea kwa nadra duniani. Mapovu haya husaidia kutokeza viputo vidogo, vilivyo imara vinavyoboresha kuelea kwa chembe laini.

Vipodozi vinavyotokana na pombe ni vya bei nafuu na vina ufanisi, lakini utendakazi wao unaweza kutofautiana kulingana na vipengele kama vile pH, muundo wa madini na mwingiliano wa vitendanishi.

3.2 Frothers za Etha

Vipuli vinavyotokana na etha, kama vile etha za polipropen glikoli (kwa mfano, DF-250), pia hutumiwa kwa kawaida katika kuelea kwa nadra duniani. Mapovu haya huwa yanatokeza mapovu laini zaidi na povu dhabiti zaidi ikilinganishwa na povu zinazotokana na pombe. Hata hivyo, frother-based frothers inaweza kuwa ghali zaidi na inaweza kuhitaji udhibiti sahihi wa kipimo.

3.3 Riwaya Frothers

Utafiti kuhusu frother mpya kwa ajili ya kuelea kwa nadra duniani unalenga katika kuboresha uteuzi na uthabiti wa povu huku ukipunguza athari za mazingira. Hizi ni pamoja na frothers na frothers zinazoweza kuharibika na upinzani ulioboreshwa kwa uwepo wa mafuta na uchafu mwingine katika tope la kuelea.

Vitendanishi 4 vya Leaching kwa Ion-Adsorption Rare Earth Ores

Ore za dunia adimu za Ion-adsorption ni za kipekee kwa kuwa vitu adimu vya ardhi vinatangazwa kwenye uso wa madini ya udongo badala ya kufungiwa katika miundo ya madini. Ore hizi kawaida huchakatwa kwa kutumia leaching badala ya kuelea. Mawakala wa uvujajishaji huchukua jukumu muhimu katika mchakato huu kwa kufyonza ayoni adimu kutoka kwenye nyuso za udongo.

4.1 Usafishaji wa Sulfate ya Ammonium

Sulfate ya Ammoniamu ndio wakala wa uvujaji unaotumiwa sana kwa madini adimu ya ion-adsorption. Ioni za amonia katika kubadilishana suluhisho na ioni za adimu za ardhi kwenye uso wa madini ya udongo, na kuziachilia kuwa suluhisho. Njia hii hutumiwa sana kwa sababu ya gharama ya chini na unyenyekevu.

Hata hivyo, uchujaji wa salfati ya ammoniamu unaweza kusababisha masuala muhimu ya kimazingira, hasa kuhusiana na uchafuzi wa ioni ya amonia. Juhudi zinafanywa ili kutengeneza njia mbadala ambazo ni rafiki kwa mazingira.

4.2 Kloridi ya Sodiamu na Magnesiamu Sulfate Kutoboa

Kloridi ya sodiamu na salfati ya magnesiamu zimechunguzwa kama njia mbadala za salfati ya ammoniamu. Vitendanishi hivi hufanya kazi kwa njia sawa za kubadilishana ioni lakini vina faida ya kutokuwa na madhara kidogo kwa mazingira. Hata hivyo, huwa na ufanisi mdogo katika suala la viwango vya uokoaji, na utafiti zaidi unahitajika ili kuboresha matumizi yao.

4.3 Mawakala wa Usafishaji wa Kikaboni

Mawakala wa usafishaji wa kikaboni, kama vile asidi ya citric na EDTA, wanachunguzwa kama njia mbadala za rafiki wa mazingira kwa vitendanishi vya kawaida vya leaching. Michanganyiko hii ya kikaboni inaweza chelate ioni adimu za ardhi, na kuifanya iwe rahisi kuchimba kutoka kwa madini. Hata hivyo, gharama ya vitendanishi hivi ni kikwazo cha kupitishwa kwao kwa wingi.

Mawakala 5 wa Kunyesha kwa Madini adimu ya Dunia ya Ion-Adsorption

Mara tu ayoni adimu zinapoingizwa kwenye suluhisho, zinahitaji kuwa na mvua na kurejeshwa. Wakala wa mvua hutumiwa kuunda misombo ya nadra ya ardhi ambayo inaweza kutenganishwa na suluhisho la leach.

5.1 Bicarbonate ya Amonia

Bicarbonate ya amonia hutumiwa kwa kawaida kutoa ayoni adimu za ardhi kutoka kwa miyeyusho ya leach kama kabonati adimu za ardhini. Kitendanishi hiki ni bora na cha bei ya chini, lakini kinaweza kutoa maji taka yenye amonia, ambayo huleta changamoto za kimazingira.

5.2 Asidi ya Oxalic

Asidi ya oxalic hutumika sana kunyunyiza vitu adimu vya ardhi kama oxalates adimu za ardhini, ambazo zinaweza kukokotwa kutoa oksidi adimu za dunia. Asidi ya Oxalic ni nzuri sana lakini inaweza kuwa ghali zaidi kuliko bicarbonate ya ammoniamu. Zaidi ya hayo, utunzaji wa asidi oxalic unahitaji hatua za usalama makini kutokana na sumu yake.

5.3 Mawakala Wapya wa Kunyesha

Utafiti unaendelea ili kutengeneza mawakala madhubuti zaidi na wa kuzuia unyunyushaji wa mazingira kwa ajili ya uokoaji wa adimu wa dunia. Hizi ni pamoja na asidi za kikaboni, vitendanishi vinavyoweza kuharibika, na resini za kubadilishana ioni.

6 Maelekezo na Matarajio ya Baadaye

Mustakabali wa vitendanishi adimu vya kuchakata madini ya ardhini upo katika uundaji wa vitendanishi vinavyochagua zaidi, bora na visivyo na mazingira. Maeneo muhimu ya utafiti wa siku zijazo ni pamoja na:

• Maendeleo ya reagents ya kijani: Athari za kimazingira za vitendanishi vya kuelea na kuvuja ni jambo linalosumbua sana, hasa katika muktadha wa usindikaji adimu wa ardhi. Kuna hitaji linaloongezeka la uundaji wa vitendanishi vinavyoweza kuoza, visivyo na sumu ambavyo vinaweza kuchukua nafasi ya kemikali za kitamaduni kama vile salfati ya ammoniamu na asidi oxalic.

• Uboreshaji katika kuchagua: Watozaji wapya, dawa za kukandamiza, na frothers zinahitajika ili kuboresha uteuzi wa kuelea kwa nadra duniani, haswa kwa madini ya kiwango cha chini na changamano. Hii ni pamoja na uchunguzi wa miundo mpya ya molekuli na urekebishaji wa vitendanishi vilivyopo.

• Kupunguza gharama: Gharama ya juu ya baadhi ya vitendanishi adimu vya usindikaji wa ardhi, hasa asidi hidroksijeni na asidi ya fosfoni, ni kigezo cha kuzuia matumizi yao makubwa. Utafiti wa siku zijazo unapaswa kuzingatia usanisi wa njia mbadala za bei nafuu zaidi au kuboresha ufanisi wa vitendanishi vilivyopo ili kupunguza mahitaji ya kipimo.

• Utunzaji wa mazingira: Kwa kuongezeka kwa kanuni duniani kote zinazolenga kupunguza athari za kimazingira za shughuli za uchimbaji madini, uundaji wa teknolojia endelevu za usindikaji wa ardhi adimu unaozingatia mazingira unakuwa muhimu zaidi. Hii ni pamoja na kupunguza matumizi ya kemikali hatari na kupunguza uzalishaji wa taka na uchafuzi wa mazingira.

Kwa kumalizia, usindikaji wa madini adimu duniani unategemea sana matumizi ya vitendanishi vya kemikali, na utafiti unaoendelea ni muhimu ili kuboresha ufanisi, uteuzi na uendelevu wa vitendanishi hivi. Ukuzaji wa vitendanishi vipya, vya kijani kibichi vitakuwa muhimu kwa mustakabali wa manufaa ya dunia adimu, kwani mahitaji ya kimataifa ya madini haya muhimu yanaendelea kuongezeka.