Huidige navorsingstatus en vooruitsigte van seldsame aardmineraalverwerkingsreagense

Seldsame Aarde Mineraalverwerkingsreagense: Versamelaars, depressante, skuimers en logingsmiddels vir doeltreffende en volhoubare herstel

Skaars aardelemente (REE's) beskik oor 'n reeks buitengewone fisiese en chemiese eienskappe, wat hulle krities maak in verskeie toepassings, van elektronika tot militêre gebruike. Hulle word erken as noodsaaklike minerale deur lande soos China, die Verenigde State, Japan en Australië. Seldsame aardminerale is egter volop in verskeidenheid maar laag in graad en word dikwels nou geassosieer met soortgelyke gangminerale. Hul veredeling berus grootliks op vooruitgang in mineraalverwerkingsreagense.

Hierdie artikel is gerig op die doeltreffende benutting van seldsame aardhulpbronne. Dit som die huidige stand van navorsing en ontwikkeling van flotasie reagense vir mineraalgebaseerde seldsame aarderts, insluitend versamelaars, depressante, aktiveerders, en skuimers, saam met hul flotasiemeganismes. Die chemiese veredelingsreagense vir ioontipe seldsame aarderts, insluitend logingsmiddels en presipiterende middels, word ook bespreek, wat hul navorsingstatus en logingsmeganismes dek. Verder is die huidige stand van seldsame aarde flotasie versamelaars word geëvalueer, en toekomstige navorsingsrigtings vir Mineraalverwerking van seldsame aard reagense word ontleed. Hierdie resensie het ten doel om 'n verwysing te verskaf vir maatskappye en professionele persone wat betrokke is by seldsame aardmineraalverwerking en reagensontwikkeling.

0 Inleiding

Skaars aardelemente (REE's) sluit in skandium, yttrium en al 15 lantaniede, altesaam 17 elemente. Hierdie elemente vertoon 'n reeks buitengewone fisiese en chemiese eienskappe, wat hulle van kritieke belang maak in verskeie burgerlike en militêre sektore, insluitend mediese, energie en verdedigingsnywerhede. Daar word dikwels na hulle verwys as "industriële vitamiene", "wonderelemente", "landbouhormone" en "oorlogsmetale", wat deur lande soos die Verenigde State, China, Japan, Australië, Kanada en die Europese Unie as kritieke minerale erken word. Volgens die Verenigde State se Geologiese Opname (USGS), vanaf 2022, staan ​​die wêreldwye seldsame aardoksied (REO) reserwes op ongeveer 120 miljoen ton, hoofsaaklik gekonsentreer in China (36.7%), Viëtnam (18.3%), Brasilië (17.5%), Rusland (17.5%), Indië (5.8%) en Australië (3.3%).

Die wêreld se belangrikste seldsame aardmyne sluit in China se Bayan Obo-, Maoniuping- en Ganzhou-afsettings, die Mountain Pass-myn in die VSA, die Araxa- en Minasu-myne in Brasilië, die Strange Lake-afsetting in Kanada, die Mount Weld-afsetting in Australië, en die Zandkopsdrift-afsetting in Suid-Afrika. Boonop is China se suidelike provinsies, insluitend Jiangxi, Guangdong, Fujian en Yunnan, die tuiste van meer as 170 hoë-gehalte ioon-adsorpsie seldsame aarde neerslae, wat dien as die globale primêre bron van medium en swaar seldsame aarde elemente.

Meer as 250 soorte seldsame aardminerale is geïdentifiseer, met bastnäsiet ((Ce, La)(CO3)F), monasiet ((Ce, La)PO4), xenotime (YPO4), yttrialiet (Y2FeBe(SiO4)2O2), en fergusoniet (YNbO4) wat die totaal van meer as 95% uitmaak. Hierdie ertse word egter dikwels geassosieer met kwarts-, fluoriet-, bariet-, veldspaat-, kalsiet- en ander silikaatgangminerale, wat lei tot laegraadse ertse wat moeilik is om te skei. As sodanig vereis die veredeling van seldsame aarderts dikwels 'n kombinasie van swaartekragskeiding, magnetiese skeiding en flotasie om laegraadse ertse op te gradeer na industriële smeltgraadkonsentrate. In die geval van ioon-adsorpsie seldsame aarderts, word seldsame aardelemente as ione op minerale oppervlaktes of binne kristallae geadsorbeer, wat chemiese verwerking vereis om seldsame aardoksiede te onttrek.

Of dit nou met mineraalgebaseerde of ioontipe seldsame aarderts te doen het, die toepassing van veredelingsreagense is deurslaggewend in die bepaling van produkgraad, seldsame aarde herstel tariewe, produksiedoeltreffendheid, koste en omgewingsimpak.

Hierdie artikel fokus op die doeltreffende veredeling van seldsame aardhulpbronne, en bied 'n gedetailleerde oorsig van die tipes, meganismes en navorsingsvordering van flotasiereagense (versamelaars, skuimers, reguleerders) vir mineraalgebaseerde seldsame aarderts, sowel as chemiese veredelingsreagense (logingsmiddels, presipitasiemiddels) vir ioontipe seldsame aarderts. Dit bied ook toekomstige rigtings vir navorsing en ontwikkeling in seldsame aardmineraalverwerkingsreagense, wat daarop gemik is om 'n verwysing te verskaf vir maatskappye en navorsers wat betrokke is by seldsame aardskeiding of industriële reagensontwikkeling.

1 Skaars Aarde Flotasie-versamelaars

Versamelaars speel 'n deurslaggewende rol in seldsame aardflotasie deur die oppervlakhidrofobisiteit van teikenminerale te verander, wat dit makliker maak om aan borrels te heg en hul flotasie-eienskappe te verbeter. Gebaseer op funksionele groepe, kan versamelaars vir seldsame aardflotasie geklassifiseer word in hidroksamiese sure, vetsure, fosfonsure en ander reagense.1.1 Hidroksamiensuurversamelaars

Hidroxamiensuurversamelaars, wat in die 1980's ontwikkel is, is die reagense wat die meeste in seldsame aardflotasie gebruik word. Hidroksamiese sure, ook bekend as oksieme, bestaan ​​in twee isomere vorme: oksiem (ketostruktuur) en hidroksamiensuur (enolstruktuur), met oksiem wat oorheersend is. Beide isomere dissosieer om identiese anione te vorm tydens flotasie.

Algemene hidroksamiensuurversamelaars wat in seldsame aardflotasie gebruik word, sluit in C7-C9 alkielhidroksamiensuur, 2-hidroksi-3-naftohidroksamiensuur (H205), 1-hidroksi-2-naftohidroksamiensuur (H203), salisielhidroksamiensuur (L102), sikloalkielhidroksielsuur, hidroksamiensuur, hidroksielsuur, (OMHA), en ander gemodifiseerde of gemengde hidroksamiensuurprodukte, soos H316 ('n gemodifiseerde H205), P8 (hoofsaaklik hidroksinaftohidroksamiensuur), LF8# (98% hidroksinaftohidroksamiensuur), en versamelaar 103 (salisielhidroksamiensuur). Terwyl hidroksamiensure goeie selektiwiteit vir seldsame aardelemente toon, benodig hulle dikwels verhitting tydens flotasie, wat lei tot hoër energiekoste, en hul sintese kan ook duur wees.

1.2 Vetsuurversamelaars

Vetsuurversamelaars is sedert die 1950's in seldsame aardflotasie gebruik toe oliesuur suksesvol op Bergpas in die Verenigde State toegedien is. In China het sistematiese studies oor die gebruik van oliesuur en geoksideerde paraffienseep vir seldsame aardflotasie in die 1960's begin.

Vetsuurversamelaars is afkomstig van natuurlike plantaardige of dierlike olies, tipies saamgestel uit 'n mengsel van C10-C20 versadigde en onversadigde karboksielsure of soute. Algemene reagense sluit in oliesuur, natriumoleaat, langolie, geoksideerde paraffienseep, Bacchus-vrugteolie, ftalate, nafteensuur en geoksideerde petroleumderivate. Vetsuurversamelaars het egter laer selektiwiteit vir seldsame aardminerale en vereis dikwels die byvoeging van onderdrukkers en temperatuuraanpassings om effektiewe skeiding te verkry.

Daar word geglo dat die flotasie van seldsame aardminerale met behulp van vetsure 'n kombinasie van fisiese adsorpsie, chemiese adsorpsie en oppervlak chemiese reaksies behels.

1.3 Fosfonsuurversamelaars

Fosfonsuur (—P=O) en fosfonaat (—O—P=O) versamelaars vertoon sterker flotasieprestasie vir metaalminerale in vergelyking met hidroksamiese en vetsuurversamelaars. Fosfonsuurversamelaars het egter oor die algemeen laer selektiwiteit.

Fosfonsuurversamelaars wat tans in seldsame aardflotasie gebruik word, sluit in stireenfosfonsuur, p-tolueenfosfonsuur, bensielfosfonsuur, α-hidroksielbensielfosfonsuur en kommersiële produkte soos P538 en Flotinor 1682.

1.4 Ander Versamelaars

Behalwe hidroksamiensure, vetsure en fosfonsure, word 'n verskeidenheid nuwe versamelaars ondersoek om die doeltreffendheid en selektiwiteit van seldsame aardflotasie te verbeter. Sommige hiervan sluit sulfonate, tiofosfate en kwaternêre ammoniumsoute in.

• Sulfonate: Sulfonate toon goeie selektiwiteit en werkverrigting in flotasieprosesse, maar die toepassing daarvan in seldsame aardmineraalflotasie is nog in sy vroeë stadiums.

• Tiofosfate: Hierdie versamelaars word dikwels in sulfiedmineraalflotasie gebruik, maar navorsing oor die toepassing daarvan in seldsame aardflotasie is aan die gang.

• Kwaternêre Ammoniumsoute: Hierdie verbindings is ondersoek vir hul vermoë om nie-sulfiedminerale te dryf, en 'n mate van sukses is in seldsame aardflotasie gerapporteer. Hulle werk deur elektrostatiese aantrekking met negatief gelaaide minerale oppervlaktes.

Navorsers eksperimenteer voortdurend met nuwe reagense om die doeltreffendheid van seldsame aardmineraalflotasie te verbeter, en fokus op beide die verbetering van herwinningskoerse en die vermindering van die omgewingsimpak van hierdie chemikalieë.

2 Depressante vir Skaars Aarde Flotasie

Depressante is noodsaaklik in seldsame aardmineraalflotasie vir selektiewe inhibering van gangminerale, om sodoende die selektiwiteit en opbrengs van die teiken seldsame aardminerale te verbeter. Die primêre gangminerale wat met seldsame aarderts geassosieer word, soos kwarts, kalsiet en bariet, vertoon dikwels soortgelyke flotasiegedrag, wat hul selektiewe inhibisie van kardinale belang maak.

Algemene depressante in seldsame aardflotasie sluit in waterglas (natriumsilikaat), natriumfluoried, tanniene en stysel.

2.1 Natriumsilikaat (Waterglas)

Natriumsilikaat, algemeen bekend as waterglas, is een van die mees gebruikte depressante in seldsame aardflotasie. Dit word gebruik om silikaatminerale soos kwarts en veldspaat te inhibeer. Die meganisme van natriumsilikaat se depressiewe werking word oor die algemeen toegeskryf aan die vorming van 'n silikalaag op die oppervlak van die gangminerale, wat versamelaar-adsorpsie verhoed.

Waterglas is 'n effektiewe, laekoste-depressant, maar die werkverrigting daarvan kan beïnvloed word deur faktore soos pH, ioonkonsentrasie en reagensdosering. Navorsers ondersoek gemodifiseerde silikate en ander chemiese bymiddels om die selektiwiteit van waterglas te verbeter.

2.2 Natriumfluoried

Natriumfluoried word gebruik om kalsiet in seldsame aardflotasieprosesse te onderdruk. Die depressiewe effek daarvan is gebaseer op die reaksie tussen fluoriedione en kalsiumione, wat 'n onoplosbare kalsiumfluoriedfilm op die mineraaloppervlak vorm, wat versamelaar-adsorpsie verhoed.

Natriumfluoried is egter 'n hoogs giftige stof, en die gebruik daarvan kan omgewings- en veiligheidskwessies inhou. Gevolglik is navorsers aktief op soek na veiliger alternatiewe.

2.3 Tanniene en Stysel

Tanniene en stysel is voorbeelde van organiese depressante wat in seldsame aardflotasie gebruik word. Tanniene, afkomstig van plantmateriaal, word gebruik om gang-minerale soos bariet en fluoriet te onderdruk. Hul meganisme behels kompleksering met metaalione op die minerale oppervlak, wat versamelaaraanhegting verminder.

Stysel word algemeen gebruik as 'n depressant vir hematiet en ander ysterhoudende minerale in die flotasie van seldsame aardminerale. Die interaksie tussen stysel en minerale is tipies fisies, met die styselmolekules wat op die mineraaloppervlak geadsorbeer word, wat versamelaaraksie voorkom.

2.4 Nuwe depressante

Die ontwikkeling van nuwe depressante is 'n voortdurende navorsingsgebied in seldsame aardflotasie. Hierdie nuwe reagense het ten doel om die selektiwiteit te verbeter en die omgewingsimpak van die flotasieproses te verminder. Voorbeelde van onlangse ontwikkelings sluit in gemodifiseerde stysels, sintetiese polimere en bioafbreekbare organiese depressante.

3 Skuimers vir Skaars Aarde Flotasie

Skuimers speel 'n belangrike rol in die skep van stabiele skuim in flotasieselle, wat die skeiding van seldsame aardminerale van gangmateriaal moontlik maak. Skuimers beïnvloed die borrelgrootte, skuimstabiliteit en flotasiekinetika. Die skuimers wat die meeste in seldsame aardflotasie gebruik word, is alkohol- en eter-gebaseerde reagense.

3.1 Alkohol-gebaseerde skuimers

Alkoholgebaseerde skuimers, soos metielisobutielkarbinol (MIBC) en denneolie, word wyd gebruik in mineraalflotasie, insluitend seldsame aardflotasie. Hierdie skuimers help om klein, stabiele borrels te genereer wat die flotasie van fyn deeltjies verbeter.

Alkoholgebaseerde skuimers is relatief goedkoop en doeltreffend, maar hul werkverrigting kan wissel na gelang van faktore soos pH, mineraalsamestelling en reagensinteraksies.

3.2 Eter-gebaseerde skuimers

Eter-gebaseerde skuimers, soos polipropileenglikol-eters (bv. DF-250), word ook algemeen in seldsame aardflotasie gebruik. Hierdie skuimers is geneig om fyner borrels en meer stabiele skuims te produseer in vergelyking met alkohol-gebaseerde skuimers. Eter-gebaseerde skuimers kan egter duurder wees en kan presiese dosisbeheer vereis.

3.3 Roman Schuimers

Navorsing na nuwe skuimers vir seldsame aardflotasie fokus op die verbetering van selektiwiteit en skuimstabiliteit terwyl die omgewingsimpak tot die minimum beperk word. Dit sluit in bio-afbreekbare skuimers en skuimers met verbeterde weerstand teen die teenwoordigheid van olies en ander kontaminante in die flotasie-flot.

4 logingsreagense vir ioon-adsorpsie seldsame aarderts

Ioon-adsorpsie seldsame aarderts is uniek deurdat die seldsame aardelemente op die oppervlak van kleiminerale geadsorbeer word eerder as om in minerale strukture opgesluit te word. Hierdie ertse word tipies verwerk deur loging eerder as flotasie. Logingsmiddels speel 'n kritieke rol in hierdie proses deur die seldsame aardione van die klei-oppervlaktes te desorbeer.

4.1 Ammoniumsulfaatloging

Ammoniumsulfaat is die mees gebruikte logingsmiddel vir ioon-adsorpsie seldsame aarderts. Die ammoniumione in oplossing ruil uit met die seldsame aardione op die oppervlak van die kleiminerale, wat hulle in oplossing vrystel. Hierdie metode word wyd gebruik as gevolg van die relatief lae koste en eenvoud daarvan.

Ammoniumsulfaatloging kan egter aansienlike omgewingskwessies veroorsaak, veral in terme van ammoniumioonbesoedeling. Pogings word aangewend om meer omgewingsvriendelike alternatiewe te ontwikkel.

4.2 Natriumchloried en Magnesiumsulfaatloging

Natriumchloried en magnesiumsulfaat is as alternatiewe vir ammoniumsulfaat ondersoek. Hierdie reagense werk deur soortgelyke ioonuitruilmeganismes, maar het die voordeel dat dit minder skadelik vir die omgewing is. Hulle is egter geneig om minder effektief te wees in terme van herstelkoerse, en verdere navorsing is nodig om die gebruik daarvan te optimaliseer.

4.3 Organiese logingsmiddels

Organiese logingsmiddels, soos sitroensuur en EDTA, word ondersoek as omgewingsvriendelike alternatiewe vir konvensionele anorganiese logingsreagense. Hierdie organiese verbindings kan effektief seldsame aardione chelaat, wat dit makliker maak om uit die erts te onttrek. Die koste van hierdie reagense is egter 'n beperkende faktor vir hul wydverspreide aanvaarding.

5 Presipiterende middels vir ioon-adsorpsie seldsame aarderts

Sodra seldsame aardione in oplossing geloog is, moet hulle neerslag en herwin word. Presipiterende middels word gebruik om seldsame aardverbindings te vorm wat van die loogoplossing geskei kan word.

5.1 Ammoniumbikarbonaat

Ammoniumbikarbonaat word algemeen gebruik om seldsame aard-ione uit loogoplossings as seldsame aardkarbonate te presipiteer. Hierdie reagens is effektief en relatief laekoste, maar dit kan groot volumes ammoniumbevattende afvalwater produseer, wat omgewingsuitdagings inhou.

5.2 Oksaalsuur

Oksaalsuur word wyd gebruik om seldsame aardelemente as seldsame aardoksalate te presipiteer, wat dan gekalsineer kan word om seldsame aardoksiede te produseer. Oksaalsuur is hoogs effektief, maar kan duurder wees as ammoniumbikarbonaat. Daarbenewens vereis die hantering van oksaalsuur versigtige veiligheidsmaatreëls weens die toksisiteit daarvan.

5.3 Nuwe neerslagmiddels

Navorsing is aan die gang om meer selektiewe en omgewingsvriendelike presipitasiemiddels vir seldsame aardherwinning te ontwikkel. Dit sluit in organiese sure, bioafbreekbare reagense en ioonuitruilharse.

6 Toekomstige rigtings en vooruitsigte

Die toekoms van seldsame aardmineraalverwerkingsreagense lê in die ontwikkeling van meer selektiewe, doeltreffende en omgewingsvriendelike reagense. Sleutelareas vir toekomstige navorsing sluit in:

• Ontwikkeling van groen reagense: Die omgewingsimpak van flotasie- en logingsreagense is 'n groot bekommernis, veral in die konteks van seldsame aardverwerking. Daar is 'n groeiende behoefte aan die ontwikkeling van bioafbreekbare, nie-giftige reagense wat tradisionele chemikalieë soos ammoniumsulfaat en oksaalsuur kan vervang.

• Verbetering in selektiwiteit: Nuwe versamelaars, depressante en skuimers is nodig om die selektiwiteit van seldsame aardflotasie te verbeter, veral vir laegraadse en komplekse ertse. Dit sluit die verkenning van nuwe molekulêre strukture en die modifikasie van bestaande reagense in.

• Koste vermindering: Die hoë koste van sommige seldsame aard-verwerkingsreagense, veral hidroksamiensure en fosfonsure, is 'n beperkende faktor vir hul wydverspreide gebruik. Toekomstige navorsing moet fokus op die sintese van meer bekostigbare alternatiewe of op die verbetering van die doeltreffendheid van bestaande reagense om dosisvereistes te verminder.

• Omgewingsvolhoubaarheid: Met toenemende regulasies regoor die wêreld wat daarop gemik is om die omgewingsimpak van mynbedrywighede te verminder, word die ontwikkeling van omgewingsvolhoubare seldsame aardverwerkingstegnologie al hoe belangriker. Dit sluit in die vermindering van die gebruik van skadelike chemikalieë en die vermindering van die generering van afval en besoedeling.

Ten slotte is die verwerking van seldsame aardmineraal sterk afhanklik van die gebruik van chemiese reagense, en deurlopende navorsing is noodsaaklik om die doeltreffendheid, selektiwiteit en volhoubaarheid van hierdie reagense te verbeter. Die ontwikkeling van nuwe, groener reagense sal van kritieke belang wees vir die toekoms van seldsame aarde-benefisie, aangesien die wêreldwye vraag na hierdie kritieke minerale aanhou styg.