Kasalukuyang Status ng Pananaliksik at Mga Prospect ng Rare Earth Mineral Processing Reagents

Rare Earth Mineral Processing Reagents: Collectors, Depressants, Frothers & Leaching Agents para sa Mahusay at Sustainable Recovery

Ang mga rare earth elements (REEs) ay nagtataglay ng isang hanay ng mga pambihirang katangiang pisikal at kemikal, na ginagawa itong kritikal sa iba't ibang mga aplikasyon, mula sa electronics hanggang sa paggamit ng militar. Ang mga ito ay kinikilala bilang mahahalagang mineral ng mga bansa tulad ng China, United States, Japan, at Australia. Gayunpaman, ang mga mineral na bihirang lupa ay sagana sa pagkakaiba-iba ngunit mababa ang grado at kadalasang malapit na nauugnay sa mga katulad na mineral na gangue. Ang kanilang benepisyasyon ay lubos na umaasa sa mga pagsulong sa mga reagents sa pagproseso ng mineral.

Ang artikulong ito ay nakatuon sa mahusay na benepisyo ng mga mapagkukunan ng bihirang lupa. Binubuod nito ang kasalukuyang kalagayan ng pananaliksik at pagpapaunlad ng mga flotation reagents para sa mga mineral-based na rare earth ores, kabilang ang mga collectors, depressants, mga activator, at mga frother, kasama ang kanilang mga mekanismo ng lutang. Ang chemical beneficiation reagents para sa ion-type rare earth ores, kabilang ang mga ahente ng leaching at mga precipitating agent, ay tinatalakay din, na sumasaklaw sa kanilang katayuan sa pananaliksik at mga mekanismo ng leaching. Higit pa rito, ang kasalukuyang estado ng rare earth flotation sinusuri ang mga kolektor, at mga direksyon sa pananaliksik sa hinaharap para sa Rare earth mineral processing sinusuri ang mga reagents. Nilalayon ng pagsusuri na ito na magbigay ng sanggunian para sa mga kumpanya at propesyonal na nakikibahagi sa pagpoproseso ng mineral na bihirang lupa at pagbuo ng reagent.

0 Panimula

Ang mga rare earth elements (REE) ay kinabibilangan ng scandium, yttrium, at lahat ng 15 lanthanides, na may kabuuang 17 elemento. Ang mga elementong ito ay nagpapakita ng isang hanay ng mga pambihirang katangiang pisikal at kemikal, na ginagawa itong kritikal sa iba't ibang sektor ng sibilyan at militar, kabilang ang mga industriyang medikal, enerhiya, at pagtatanggol. Ang mga ito ay madalas na tinutukoy bilang "industrial vitamins," "miracle elements," "agricultural hormones," at "war metals," na kinikilala bilang mga kritikal na mineral ng mga bansa tulad ng United States, China, Japan, Australia, Canada, at European Union. Ayon sa United States Geological Survey (USGS), noong 2022, ang global rare earth oxide (REO) reserves ay nasa humigit-kumulang 120 milyong tonelada, pangunahing nakakonsentra sa China (36.7%), Vietnam (18.3%), Brazil (17.5%), Russia (17.5%), India (5.8%), at Australia (3.3%).

Kabilang sa mga pangunahing minahan ng bihirang lupa sa mundo ang mga deposito ng Bayan Obo, Maoniuping, at Ganzhou ng China, ang minahan ng Mountain Pass sa US, ang mga minahan ng Araxa at Minasu sa Brazil, ang deposito ng Strange Lake sa Canada, ang deposito ng Mount Weld sa Australia, at ang deposito ng Zandkopsdrift sa South Africa. Bukod pa rito, ang mga katimugang probinsya ng China, kabilang ang Jiangxi, Guangdong, Fujian, at Yunnan, ay tahanan ng mahigit 170 de-kalidad na ion-adsorption rare earth deposits, na nagsisilbing pandaigdigang pangunahing pinagmumulan ng medium at heavy rare earth elements.

Mahigit sa 250 uri ng mga rare earth mineral ang natukoy, na may bastnäsite ((Ce, La)(CO3)F), monazite ((Ce, La)PO4), xenotime (YPO4), yttrialite (Y2FeBe(SiO4)2O2), at fergusonite (YNbO4) accounting para sa higit sa 95% ng kabuuang mineral-based earth. Gayunpaman, ang mga ores na ito ay madalas na nauugnay sa quartz, fluorite, barite, feldspar, calcite, at iba pang mineral na silicate na gangue, na nagreresulta sa mga mababang uri ng ores na mahirap paghiwalayin. Dahil dito, ang beneficiation ng mga rare earth ores ay kadalasang nangangailangan ng kumbinasyon ng gravity separation, magnetic separation, at flotation upang i-upgrade ang mga low-grade ores sa mga industrial smelting-grade concentrates. Sa kaso ng ion-adsorption rare earth ores, ang mga rare earth na elemento ay na-adsorbed bilang mga ion sa ibabaw ng mineral o sa loob ng mga kristal na layer, na nangangailangan ng pagproseso ng kemikal upang mag-extract ng mga rare earth oxide.

Nakikitungo man sa mineral-based o ion-type na rare earth ores, ang paggamit ng mga beneficiation reagents ay mahalaga sa pagtukoy ng grado ng produkto, pagbawi ng bihirang lupa mga rate, kahusayan sa produksyon, gastos, at epekto sa kapaligiran.

Nakatuon ang artikulong ito sa mahusay na benepisyo ng mga rare earth resources, na nag-aalok ng detalyadong pangkalahatang-ideya ng mga uri, mekanismo, at pag-unlad ng pananaliksik ng mga flotation reagents (collectors, frothers, regulators) para sa mineral-based rare earth ores, pati na rin ang chemical beneficiation reagents (leaching agents, precipitating agents) para sa ion-type rare earth ores. Naglalahad din ito ng mga direksyon sa hinaharap para sa pananaliksik at pagpapaunlad sa mga rare earth na mineral processing reagents, na naglalayong magbigay ng sanggunian para sa mga kumpanya at mananaliksik na nakikibahagi sa rare earth separation o industrial reagent development.

1 Rare Earth Flotation Collectors

Ang mga kolektor ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa rare earth flotation sa pamamagitan ng pagbabago sa ibabaw ng hydrophobicity ng mga target na mineral, na ginagawang mas madaling ilakip ang mga ito sa mga bula at pagpapabuti ng kanilang mga katangian ng flotation. Batay sa mga functional na grupo, ang mga collectors para sa rare earth flotation ay maaaring uriin sa hydroxamic acids, fatty acids, phosphonic acids, at iba pang reagents.1.1 Hydroxamic Acid Collectors

Ang mga kolektor ng hydroxamic acid, na binuo noong 1980s, ay ang pinakakaraniwang ginagamit na reagents sa rare earth flotation. Ang mga hydroxamic acid, na kilala rin bilang mga oxime, ay umiiral sa dalawang isomeric na anyo: oxime (keto structure) at hydroxamic acid (enol structure), na ang oxime ang nangingibabaw. Ang parehong mga isomer ay naghihiwalay upang bumuo ng magkatulad na mga anion sa panahon ng flotation.

Ang mga karaniwang kolektor ng hydroxamic acid na ginagamit sa rare earth flotation ay kinabibilangan ng C7-C9 alkyl hydroxamic acid, 2-hydroxy-3-naphthohydroxamic acid (H205), 1-hydroxy-2-naphthohydroxamic acid (H203), salicylic hydroxamic acid (L102), cycloalkyl hydroxamic acid, hydroxamic acid, at iba pang hydroxamic acid. binago o pinaghalong hydroxamic acid na mga produkto, gaya ng H316 (isang binagong H205), P8 (pangunahing hydroxynaphthohydroxamic acid), LF8# (98% hydroxynaphthohydroxamic acid), at collector 103 (salicylic hydroxamic acid). Habang ang mga hydroxamic acid ay nagpapakita ng mahusay na pagpili para sa mga bihirang elemento ng lupa, madalas silang nangangailangan ng pag-init sa panahon ng flotation, na humahantong sa mas mataas na mga gastos sa enerhiya, at ang kanilang synthesis ay maaari ding maging mahal.

1.2 Mga Tagakolekta ng Fatty Acid

Ang mga fatty acid collectors ay ginamit sa rare earth flotation mula noong 1950s nang matagumpay na nailapat ang oleic acid sa Mountain Pass sa United States. Sa China, ang sistematikong pag-aaral sa paggamit ng oleic acid at oxidized paraffin soap para sa rare earth flotation ay nagsimula noong 1960s.

Ang mga fatty acid collectors ay nagmula sa natural na mga langis ng gulay o hayop, na karaniwang binubuo ng pinaghalong C10-C20 saturated at unsaturated carboxylic acids o salts. Kasama sa mga karaniwang reagents ang oleic acid, sodium oleate, tall oil, oxidized paraffin soap, Bacchus fruit oil, phthalates, naphthenic acid, at oxidized petroleum derivatives. Gayunpaman, ang mga kolektor ng fatty acid ay may mas mababang selectivity para sa mga mineral na bihirang lupa at kadalasang nangangailangan ng pagdaragdag ng mga depressant at pagsasaayos ng temperatura upang makamit ang epektibong paghihiwalay.

Ang paglutang ng mga mineral na bihirang lupa gamit ang mga fatty acid ay pinaniniwalaang may kasamang kumbinasyon ng physical adsorption, chemical adsorption, at surface chemical reactions.

1.3 Mga Tagakolekta ng Phosphonic Acid

Ang mga kolektor ng Phosphonic acid (—P=O) at phosphonate (—O—P=O) ay nagpapakita ng mas malakas na pagganap ng flotation para sa mga metal na mineral kumpara sa mga kolektor ng hydroxamic at fatty acid. Gayunpaman, ang mga kolektor ng phosphonic acid sa pangkalahatan ay may mas mababang selectivity.

Ang kasalukuyang ginagamit na mga kolektor ng phosphonic acid sa rare earth flotation ay kinabibilangan ng styrene phosphonic acid, p-toluene phosphonic acid, benzyl phosphonic acid, α-hydroxybenzyl phosphonic acid, at mga komersyal na produkto tulad ng P538 at Flotinor 1682.

1.4 Iba pang mga Kolektor

Maliban sa mga hydroxamic acid, fatty acid, at phosphonic acid, ang iba't ibang mga kolektor ng nobela ay ginalugad upang pahusayin ang kahusayan at pagkapili ng rare earth flotation. Ang ilan sa mga ito ay kinabibilangan ng mga sulfonate, thio-phosphate, at quaternary ammonium salts.

• Sulfonate: Ang mga sulfonate ay naiulat na nagpapakita ng mahusay na pagpili at pagganap sa mga proseso ng flotation, ngunit ang kanilang aplikasyon sa rare earth mineral flotation ay nasa maagang yugto pa rin nito.

• Thio-phosphates: Ang mga kolektor na ito ay kadalasang ginagamit sa sulfide mineral flotation, ngunit ang pagsasaliksik sa kanilang aplikasyon sa rare earth flotation ay nagpapatuloy.

• Quaternary Ammonium Salts: Ang mga compound na ito ay na-explore para sa kanilang kakayahang lumutang ng mga non-sulfide na mineral, at ilang tagumpay ang naiulat sa rare earth flotation. Gumagana ang mga ito sa pamamagitan ng electrostatic attraction na may negatibong sisingilin na mga ibabaw ng mineral.

Ang mga mananaliksik ay patuloy na nag-eeksperimento sa mga bagong reagents upang mapahusay ang pagiging epektibo ng rare earth mineral flotation, na tumutuon sa parehong pagpapabuti ng mga rate ng pagbawi at pagbabawas ng epekto sa kapaligiran ng mga kemikal na ito.

2 Depressant para sa Rare Earth Flotation

Ang mga depressant ay mahalaga sa rare earth mineral flotation para sa piling pag-iwas sa mga mineral na gangue, sa gayo'y pagpapabuti ng selectivity at yield ng target na rare earth minerals. Ang mga pangunahing mineral ng gangue na nauugnay sa mga rare earth ores, tulad ng quartz, calcite, at barite, ay madalas na nagpapakita ng mga katulad na pag-uugali ng flotation, na ginagawang mahalaga ang kanilang selective inhibition.

Ang mga karaniwang depressant sa rare earth flotation ay kinabibilangan ng water glass (sodium silicate), sodium fluoride, tannins, at starch.

2.1 Sodium Silicate (Water Glass)

Ang sodium silicate, na karaniwang kilala bilang water glass, ay isa sa mga pinaka-tinatanggap na ginagamit na mga depressant sa rare earth flotation. Ito ay ginagamit upang pagbawalan ang mga silicate na mineral tulad ng quartz at feldspar. Ang mekanismo ng depressive action ng sodium silicate ay karaniwang nauugnay sa pagbuo ng isang silica layer sa ibabaw ng mga mineral na gangue, na pumipigil sa collector adsorption.

Ang water glass ay isang epektibo at murang depressant, ngunit ang pagganap nito ay maaaring maimpluwensyahan ng mga salik gaya ng pH, konsentrasyon ng ion, at dosis ng reagent. Sinasaliksik ng mga mananaliksik ang mga binagong silicate at iba pang mga kemikal na additives upang mapabuti ang selectivity ng water glass.

2.2 Sodium Fluoride

Ang sodium fluoride ay ginagamit upang i-depress ang calcite sa mga proseso ng rare earth flotation. Ang depressive effect nito ay batay sa reaksyon sa pagitan ng fluoride ions at calcium ions, na bumubuo ng hindi matutunaw na calcium fluoride film sa ibabaw ng mineral, na pumipigil sa collector adsorption.

Gayunpaman, ang sodium fluoride ay isang lubhang nakakalason na substance, at ang paggamit nito ay maaaring magdulot ng mga alalahanin sa kapaligiran at kaligtasan. Bilang resulta, ang mga mananaliksik ay aktibong naghahanap ng mas ligtas na mga alternatibo.

2.3 Tannin at Starch

Ang mga tannin at starch ay mga halimbawa ng mga organic na depressant na ginagamit sa rare earth flotation. Ang mga tannin, na nagmula sa mga materyales ng halaman, ay ginagamit upang i-depress ang mga mineral na gangue tulad ng barite at fluorite. Ang kanilang mekanismo ay nagsasangkot ng kumplikado sa mga metal ions sa ibabaw ng mineral, na binabawasan ang attachment ng kolektor.

Ang almirol ay karaniwang ginagamit bilang isang depressant para sa hematite at iba pang mineral na nagdadala ng bakal sa flotation ng mga mineral na bihirang lupa. Ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng almirol at mineral ay karaniwang pisikal, na ang mga molekula ng almirol ay nag-adsorbing sa ibabaw ng mineral, na pumipigil sa pagkilos ng kolektor.

2.4 Mga Bagong Depressant

Ang pagbuo ng mga bagong depressant ay isang patuloy na lugar ng pananaliksik sa rare earth flotation. Ang mga nobelang reagents na ito ay naglalayong mapabuti ang selectivity at bawasan ang epekto sa kapaligiran ng proseso ng flotation. Kasama sa mga halimbawa ng kamakailang mga pag-unlad ang mga binagong starch, synthetic polymers, at biodegradable organic depressants.

3 Frothers para sa Rare Earth Flotation

Ang mga frother ay may mahalagang papel sa paglikha ng stable na froth sa mga flotation cell, na nagbibigay-daan sa paghihiwalay ng mga rare earth mineral mula sa gangue materials. Naiimpluwensyahan ng mga frother ang laki ng bubble, katatagan ng froth, at flotation kinetics. Ang pinakakaraniwang ginagamit na frother sa rare earth flotation ay alcohol-based at ether-based reagents.

3.1 Mga Frother na Nakabatay sa Alkohol

Ang mga frother na nakabatay sa alkohol, tulad ng methyl isobutyl carbinol (MIBC) at pine oil, ay malawakang ginagamit sa mineral flotation, kabilang ang rare earth flotation. Ang mga frother na ito ay nakakatulong upang makabuo ng maliliit at matatag na mga bula na nagpapahusay sa paglutang ng mga pinong particle.

Ang mga frother na nakabatay sa alkohol ay medyo mura at epektibo, ngunit maaaring mag-iba ang performance ng mga ito depende sa mga salik gaya ng pH, komposisyon ng mineral, at mga pakikipag-ugnayan ng reagent.

3.2 Mga Frother na Nakabatay sa Eter

Ang mga frother na nakabatay sa eter, tulad ng mga polypropylene glycol ether (hal., DF-250), ay karaniwang ginagamit din sa rare earth flotation. Ang mga frother na ito ay may posibilidad na makagawa ng mas pinong mga bula at mas matatag na froth kumpara sa mga frother na nakabatay sa alkohol. Gayunpaman, ang mga frother na nakabatay sa eter ay maaaring mas mahal at maaaring mangailangan ng tumpak na kontrol sa dosis.

3.3 Mga Novel Frother

Ang pananaliksik sa mga bagong frother para sa rare earth flotation ay nakatuon sa pagpapabuti ng selectivity at froth stability habang pinapaliit ang epekto sa kapaligiran. Kabilang dito ang mga biodegradable frother at frother na may pinahusay na resistensya sa pagkakaroon ng mga langis at iba pang mga contaminant sa flotation slurry.

4 Leaching Reagents para sa Ion-Adsorption Rare Earth Ores

Ang ion-adsorption rare earth ores ay natatangi dahil ang mga rare earth na elemento ay na-adsorb sa ibabaw ng mga mineral na luad sa halip na naka-lock sa mga istrukturang mineral. Ang mga ores na ito ay karaniwang pinoproseso gamit ang leaching sa halip na flotation. Ang mga ahente ng leaching ay gumaganap ng isang kritikal na papel sa prosesong ito sa pamamagitan ng pag-desorbing ng mga rare earth ions mula sa mga ibabaw ng luad.

4.1 Pag-leaching ng Ammonium Sulfate

Ang ammonium sulfate ay ang pinakakaraniwang ginagamit na leaching agent para sa ion-adsorption rare earth ores. Ang mga ammonium ions sa solusyon ay nakikipagpalitan sa mga rare earth ions sa ibabaw ng mga mineral na luad, na naglalabas ng mga ito sa solusyon. Ang pamamaraang ito ay malawakang ginagamit dahil sa medyo mababang gastos at pagiging simple nito.

Gayunpaman, ang pag-leaching ng ammonium sulfate ay maaaring magdulot ng mga makabuluhang isyu sa kapaligiran, lalo na sa mga tuntunin ng polusyon ng ammonium ion. Ang mga pagsusumikap ay ginagawa upang makabuo ng mga alternatibong pangkalikasan.

4.2 Sodium Chloride at Magnesium Sulfate Leaching

Ang sodium chloride at magnesium sulfate ay sinisiyasat bilang mga alternatibo sa ammonium sulfate. Gumagana ang mga reagents na ito sa pamamagitan ng mga katulad na mekanismo ng pagpapalitan ng ion ngunit may kalamangan na hindi gaanong nakakapinsala sa kapaligiran. Gayunpaman, malamang na hindi gaanong epektibo ang mga ito sa mga tuntunin ng mga rate ng pagbawi, at kailangan ng karagdagang pananaliksik upang ma-optimize ang kanilang paggamit.

4.3 Organic Leaching Ahente

Ang mga organikong ahente ng leaching, tulad ng citric acid at EDTA, ay ginagalugad bilang mga alternatibong pangkalikasan sa mga kumbensyonal na inorganikong leaching reagents. Ang mga organikong compound na ito ay epektibong nakaka-chelate ng mga rare earth ions, na ginagawang mas madaling makuha ang mga ito mula sa ore. Gayunpaman, ang halaga ng mga reagents na ito ay isang limitasyon na kadahilanan para sa kanilang malawakang pag-aampon.

5 Precipitating Agents para sa Ion-Adsorption Rare Earth Ores

Kapag ang mga bihirang earth ions ay na-leach sa solusyon, kailangan nilang ma-precipitate at mabawi. Ang mga precipitating agent ay ginagamit upang bumuo ng mga rare earth compound na maaaring ihiwalay mula sa leach solution.

5.1 Ammonium Bikarbonate

Ang ammonium bikarbonate ay karaniwang ginagamit upang mamuo ang mga rare earth ions mula sa mga solusyon sa leach bilang rare earth carbonates. Ang reagent na ito ay epektibo at medyo mura, ngunit maaari itong gumawa ng malalaking volume ng wastewater na naglalaman ng ammonium, na nagdudulot ng mga hamon sa kapaligiran.

5.2 Oxalic Acid

Ang oxalic acid ay malawakang ginagamit upang mamuo ang mga bihirang elemento ng lupa bilang mga rare earth oxalates, na maaaring i-calcine upang makagawa ng mga rare earth oxide. Ang oxalic acid ay lubos na epektibo ngunit maaaring mas mahal kaysa sa ammonium bikarbonate. Bukod pa rito, ang paghawak ng oxalic acid ay nangangailangan ng maingat na mga hakbang sa kaligtasan dahil sa toxicity nito.

5.3 Mga Bagong Precipitating Ahente

Ang pananaliksik ay nagpapatuloy upang bumuo ng mas mapili at nakaka-kapaligiran na mga ahente sa pag-uudyok para sa rare earth recovery. Kabilang dito ang mga organic acid, biodegradable reagents, at ion-exchange resins.

6 Mga Direksyon at Prospect sa Hinaharap

Ang kinabukasan ng mga rare earth mineral processing reagents ay nakasalalay sa pagbuo ng mas pumipili, mahusay, at environment friendly na reagents. Ang mga pangunahing lugar para sa hinaharap na pananaliksik ay kinabibilangan ng:

• Pag-unlad ng mga berdeng reagents: Ang epekto sa kapaligiran ng mga flotation at leaching reagents ay isang pangunahing alalahanin, lalo na sa konteksto ng pagpoproseso ng bihirang lupa. Mayroong lumalaking pangangailangan para sa pagbuo ng mga biodegradable, hindi nakakalason na reagents na maaaring palitan ang mga tradisyonal na kemikal tulad ng ammonium sulfate at oxalic acid.

• Pagpapabuti sa pagpili: Ang mga bagong collector, depressant, at frother ay kailangan para mapahusay ang selectivity ng rare earth flotation, lalo na para sa low-grade at complex ores. Kabilang dito ang paggalugad ng mga bagong istrukturang molekular at ang pagbabago ng mga umiiral na reagents.

• Pagbawas ng gastos: Ang mataas na halaga ng ilang rare earth processing reagents, partikular na ang mga hydroxamic acid at phosphonic acid, ay isang limiting factor para sa kanilang malawakang paggamit. Ang hinaharap na pananaliksik ay dapat tumuon sa synthesis ng mas abot-kayang mga alternatibo o sa pagpapabuti ng kahusayan ng mga umiiral na reagents upang mabawasan ang mga kinakailangan sa dosis.

• Pagpapanatili ng kapaligiran: Sa pagtaas ng mga regulasyon sa buong mundo na naglalayong bawasan ang epekto sa kapaligiran ng mga operasyon ng pagmimina, nagiging mas mahalaga ang pagpapaunlad ng napapanatiling kapaligiran na mga teknolohiya sa pagpoproseso ng bihirang lupa. Kabilang dito ang pagliit ng paggamit ng mga nakakapinsalang kemikal at pagbabawas ng pagbuo ng basura at polusyon.

Sa konklusyon, ang pagpoproseso ng mineral na bihirang lupa ay lubos na nakadepende sa paggamit ng mga kemikal na reagents, at ang patuloy na pananaliksik ay mahalaga upang mapabuti ang kahusayan, selectivity, at sustainability ng mga reagents na ito. Ang pagbuo ng mga bago, mas berdeng reagents ay magiging kritikal para sa kinabukasan ng bihirang lupa beneficiation, habang ang pandaigdigang pangangailangan para sa mga kritikal na mineral na ito ay patuloy na tumataas.