Statws Ymchwil Presennol a Rhagolygon Adweithyddion Prosesu Mwynau Daear Prin

Adweithyddion Prosesu Mwynau Prin y Ddaear: Casglwyr, Iselyddion, Brothers ac Asiantau Trwytholchi ar gyfer Adferiad Effeithlon a Chynaliadwy

Mae gan elfennau prin y ddaear (REEs) ystod o briodweddau ffisegol a chemegol eithriadol, sy'n eu gwneud yn hollbwysig mewn amrywiol gymwysiadau, o electroneg i ddefnydd milwrol. Maent yn cael eu cydnabod fel mwynau hanfodol gan wledydd fel Tsieina, yr Unol Daleithiau, Japan ac Awstralia. Fodd bynnag, mae mwynau pridd prin yn doreithiog o ran amrywiaeth ond yn isel o ran gradd ac yn aml mae cysylltiad agos rhyngddynt a mwynau gangue tebyg. Mae eu buddioldeb yn dibynnu'n fawr ar ddatblygiadau mewn adweithyddion prosesu mwynau.

Mae'r erthygl hon wedi'i hanelu at fanteisio'n effeithlon ar adnoddau daear prin. Mae'n crynhoi cyflwr presennol ymchwil a datblygiad o adweithyddion arnofio ar gyfer mwynau pridd prin yn seiliedig ar fwynau, gan gynnwys casglwyr, iselder ysbrydysgogwyr, ysgogwyr, a brodyr, ynghyd â'u mecanweithiau arnofio. Yr adweithyddion beneficiation cemegol ar gyfer mwynau daear prin math ïon, gan gynnwys asiantau trwytholchi ac asiantau gwaddodi, hefyd yn cael eu trafod, gan gwmpasu eu statws ymchwil a'u mecanweithiau trwytholchi. Ar ben hynny, mae cyflwr presennol arnofio daear prin casglwyr yn cael ei werthuso, a chyfarwyddiadau ymchwil yn y dyfodol ar gyfer Prosesu mwynau daear prin adweithyddion yn cael eu dadansoddi. Nod yr adolygiad hwn yw darparu cyfeiriad ar gyfer cwmnïau a gweithwyr proffesiynol sy'n ymwneud â phrosesu mwynau daear prin a datblygu adweithyddion.

Cyflwyniad 0

Mae elfennau prin y ddaear (REEs) yn cynnwys scandium, yttrium, a phob un o'r 15 lanthanidau, sef cyfanswm o 17 elfen. Mae'r elfennau hyn yn arddangos ystod o briodweddau ffisegol a chemegol eithriadol, sy'n eu gwneud yn hollbwysig mewn amrywiol sectorau sifil a milwrol, gan gynnwys diwydiannau meddygol, ynni ac amddiffyn. Cyfeirir atynt yn aml fel "fitaminau diwydiannol," "elfennau gwyrth," "hormonau amaethyddol," a "metelau rhyfel," a gydnabyddir fel mwynau critigol gan genhedloedd fel yr Unol Daleithiau, Tsieina, Japan, Awstralia, Canada, a'r Undeb Ewropeaidd. Yn ôl Arolwg Daearegol yr Unol Daleithiau (USGS), o 2022, mae'r cronfeydd wrth gefn byd-eang ocsid daear prin (REO) oddeutu 120 miliwn o dunelli, wedi'u crynhoi'n bennaf yn Tsieina (36.7%), Fietnam (18.3%), Brasil (17.5%), Rwsia (17.5%), India (5.8%), ac Awstralia (3.3%).

Mae mwyngloddiau daear prin mawr y byd yn cynnwys dyddodion Bayan Obo Tsieina, Maoniuping, a Ganzhou, mwynglawdd Mountain Pass yn yr Unol Daleithiau, mwyngloddiau Araxa a Minasu ym Mrasil, blaendal Strange Lake yng Nghanada, blaendal Mount Weld yn Awstralia, a blaendal Zadkopsdrift yn Ne Affrica. Yn ogystal, mae taleithiau deheuol Tsieina, gan gynnwys Jiangxi, Guangdong, Fujian, a Yunnan, yn gartref i dros 170 o ddyddodion pridd prin arsugniad ïon o ansawdd uchel, gan wasanaethu fel prif ffynhonnell fyd-eang elfennau daear prin canolig a thrwm.

Mae mwy na 250 o fathau o fwynau pridd prin wedi'u nodi, gyda bastnäsite ((Ce, La)(CO3)F), monazite ((Ce, La)PO4), xenotime (YPO4), yttrialite (Y2FeBe(SiO4)2O2), a fergusonite (YNbO4) yn cyfrif am dros 95% o'r cyfanswm neu fwynau prin sy'n seiliedig ar y ddaear. Fodd bynnag, mae'r mwynau hyn yn aml yn gysylltiedig â chwarts, fflworit, barite, ffelsbar, calsit, a mwynau gangue silicad eraill, gan arwain at fwynau gradd isel sy'n anodd eu gwahanu. O'r herwydd, mae manteisio ar fwynau pridd prin yn aml yn gofyn am gyfuniad o wahanu disgyrchiant, gwahaniad magnetig, ac arnofio i uwchraddio mwynau gradd isel i ddwysfwydydd gradd mwyndoddi diwydiannol. Yn achos mwynau daear prin sy'n amsugno ïon, mae elfennau daear prin yn cael eu harsugno fel ïonau ar arwynebau mwynau neu o fewn haenau grisial, sy'n gofyn am brosesu cemegol i echdynnu ocsidau daear prin.

P'un a yw'n delio â mwynau daear prin sy'n seiliedig ar fwynau neu ïon, mae cymhwyso adweithyddion buddioldeb yn hanfodol wrth bennu gradd cynnyrch, adferiad daear prin cyfraddau, effeithlonrwydd cynhyrchu, costau, ac effaith amgylcheddol.

Mae'r erthygl hon yn canolbwyntio ar fuddioldeb adnoddau daear prin yn effeithlon, gan gynnig trosolwg manwl o fathau, mecanweithiau a chynnydd ymchwil adweithyddion arnofio (casglwyr, frothers, rheoleiddwyr) ar gyfer mwynau daear prin sy'n seiliedig ar fwynau, yn ogystal ag adweithyddion buddioldeb cemegol (asiantau trwytholchi, asiantau gwaddodi) ar gyfer mwynau daear prin math ïon. Mae hefyd yn cyflwyno cyfeiriadau yn y dyfodol ar gyfer ymchwil a datblygu mewn adweithyddion prosesu mwynau daear prin, gyda'r nod o ddarparu cyfeiriad i gwmnïau ac ymchwilwyr sy'n ymwneud â gwahanu daear prin neu ddatblygiad adweithydd diwydiannol.

1 Casglwyr Arnofiad Prin y Ddaear

Mae casglwyr yn chwarae rhan hanfodol mewn arnofio daear prin trwy newid hydroffobigedd arwyneb mwynau targed, gan eu gwneud yn haws i'w cysylltu â swigod a gwella eu priodweddau arnofio. Yn seiliedig ar grwpiau swyddogaethol, gellir dosbarthu casglwyr ar gyfer arnofio daear prin yn asidau hydrocsamig, asidau brasterog, asidau ffosffonig, ac adweithyddion eraill.1.1 Casglwyr Asid Hydrocsamig

Casglwyr asid hydrocsamig, a ddatblygwyd yn yr 1980au, yw'r adweithyddion a ddefnyddir amlaf mewn arnofio daear prin. Mae asidau hydrocsamig, a elwir hefyd yn ocsimau, yn bodoli mewn dwy ffurf isomerig: oxime (strwythur ceto) ac asid hydrocsamig (strwythur enol), gydag oxime yn bennaf. Mae'r ddau isomer yn daduno i ffurfio anionau unfath yn ystod arnofio.

Mae casglwyr asid hydrocsamig cyffredin a ddefnyddir mewn arnofio daear prin yn cynnwys asid hydroxamig alcyl C7-C9, asid 2-hydroxy-3-naphthohydroxamic (H205), asid 1-hydroxy-2-naphthohydroxamic (H203), asid hydroxamig salicylic (L102), asid cycloalkylonic, asid benbocsamig, hydrocsamig asid hydrocsamig (OMHA), a chynhyrchion asid hydrocsamig addasedig neu gymysg eraill, megis H316 (H205 wedi'i addasu), P8 (asid hydroxynaphthohydroxamic yn bennaf), LF8 # (98% asid hydroxynaphthohydroxamic), a chasglwr 103 (asid hydroxamig salicylic). Er bod asidau hydrocsamig yn dangos detholiad da ar gyfer elfennau daear prin, yn aml mae angen gwresogi arnynt yn ystod arnofio, gan arwain at gostau ynni uwch, a gall eu synthesis hefyd fod yn ddrud.

1.2 Casglwyr Asid Brasterog

Mae casglwyr asid brasterog wedi'u defnyddio mewn arnofio daear prin ers y 1950au pan gafodd asid oleic ei gymhwyso'n llwyddiannus i Mountain Pass yn yr Unol Daleithiau. Yn Tsieina, dechreuodd astudiaethau systematig ar y defnydd o asid oleic a sebon paraffin ocsidiedig ar gyfer arnofio daear prin yn y 1960au.

Mae casglwyr asid brasterog yn deillio o olewau llysiau neu anifeiliaid naturiol, sydd fel arfer yn cynnwys cymysgedd o asidau neu halwynau carbocsilig dirlawn ac annirlawn C10-C20. Mae adweithyddion cyffredin yn cynnwys asid oleic, oleate sodiwm, olew tal, sebon paraffin ocsidiedig, olew ffrwythau Bacchus, ffthalatau, asid naphthenig, a deilliadau petrolewm ocsidiedig. Fodd bynnag, mae casglwyr asid brasterog yn llai detholus ar gyfer mwynau daear prin ac yn aml mae angen ychwanegu iselyddion ac addasiadau tymheredd i gyflawni gwahaniad effeithiol.

Credir bod arnofio mwynau daear prin gan ddefnyddio asidau brasterog yn cynnwys cyfuniad o arsugniad corfforol, arsugniad cemegol, ac adweithiau cemegol arwyneb.

1.3 Casglwyr Asid Ffosffonig

Mae casglwyr asid ffosffonig (—P=O) a ffosffonad (—O—P=O) yn dangos perfformiad arnofio cryfach ar gyfer mwynau metelaidd o gymharu â chasglwyr asid hydrocsamig ac asid brasterog. Fodd bynnag, yn gyffredinol mae gan gasglwyr asid ffosffonig ddetholusrwydd is.

Mae casglwyr asid ffosffonig a ddefnyddir ar hyn o bryd mewn arnofio daear prin yn cynnwys asid ffosffonig styrene, asid ffosffonig p-toluene, asid ffosffonig bensyl, asid ffosffonig α-hydroxybenzyl, a chynhyrchion masnachol megis P538 a Flotinor 1682.

1.4 Casglwyr Eraill

Ar wahân i asidau hydrocsamig, asidau brasterog, ac asidau ffosffonig, mae amrywiaeth o gasglwyr newydd yn cael eu harchwilio i wella effeithlonrwydd arnofio daear prin a detholusrwydd. Mae rhai o'r rhain yn cynnwys sylffonadau, thio-ffosffadau, a halwynau amoniwm cwaternaidd.

• Sylffonadau: Adroddwyd bod sylffonadau yn arddangos detholusrwydd a pherfformiad da mewn prosesau arnofio, ond mae eu defnydd mewn arnofio mwynau pridd prin yn dal yn ei gamau cynnar.

• Thio-ffosffadau: Defnyddir y casglwyr hyn yn aml mewn arnofio mwynau sylffid, ond mae ymchwil i'w cymhwyso mewn arnofio daear prin yn parhau.

• Halwynau Amoniwm Cwaternaidd: Mae'r cyfansoddion hyn wedi'u harchwilio am eu gallu i arnofio mwynau nad ydynt yn sylffid, ac adroddwyd am rywfaint o lwyddiant mewn arnofio daear prin. Maent yn gweithredu trwy atyniad electrostatig gydag arwynebau mwynau â gwefr negyddol.

Mae ymchwilwyr yn arbrofi'n gyson ag adweithyddion newydd i wella effeithiolrwydd arnofio mwynau daear prin, gan ganolbwyntio ar wella cyfraddau adfer a lleihau effaith amgylcheddol y cemegau hyn.

2 Iselydd ar gyfer Arnofiad Prin y Ddaear

Mae iselyddion yn hanfodol mewn arnofio mwynau daear prin ar gyfer atal mwynau gangue yn ddetholus, a thrwy hynny wella detholusrwydd a chynnyrch y mwynau daear prin targed. Mae'r mwynau gangue cynradd sy'n gysylltiedig â mwynau daear prin, fel cwarts, calsit, a barit, yn aml yn arddangos ymddygiad arnofio tebyg, gan wneud eu hataliad dethol yn hanfodol.

Mae iselyddion cyffredin mewn arnofio daear prin yn cynnwys gwydr dŵr (sodiwm silicad), fflworid sodiwm, tannin, a startsh.

2.1 Sodiwm Silicad (Gwydr Dŵr)

Mae silicad sodiwm, a elwir yn gyffredin fel gwydr dŵr, yn un o'r iselyddion a ddefnyddir fwyaf mewn arnofio daear prin. Fe'i defnyddir i atal mwynau silicad fel cwarts a ffelsbar. Yn gyffredinol, priodolir mecanwaith gweithredu iselhaol sodiwm silicad i ffurfio haen silica ar wyneb y mwynau gangue, sy'n atal arsugniad casglwr.

Mae gwydr dŵr yn iselydd cost isel effeithiol, ond gall ffactorau megis pH, crynodiad ïon a dos yr adweithydd ddylanwadu ar ei berfformiad. Mae ymchwilwyr yn archwilio silicadau wedi'u haddasu ac ychwanegion cemegol eraill i wella detholedd gwydr dŵr.

2.2 Fflworid Sodiwm

Defnyddir fflworid sodiwm i iselhau calsit mewn prosesau arnofio daear prin. Mae ei effaith iselder yn seiliedig ar yr adwaith rhwng ïonau fflworid ac ïonau calsiwm, gan ffurfio ffilm fflworid calsiwm anhydawdd ar yr wyneb mwynau, sy'n atal arsugniad casglwr.

Fodd bynnag, mae fflworid sodiwm yn sylwedd gwenwynig iawn, a gall ei ddefnyddio achosi pryderon amgylcheddol a diogelwch. O ganlyniad, mae ymchwilwyr wrthi'n chwilio am ddewisiadau mwy diogel.

2.3 Tanin a Startsh

Mae tannin a startsh yn enghreifftiau o iselyddion organig a ddefnyddir mewn arnofio daear prin. Defnyddir tannin, sy'n deillio o ddeunyddiau planhigion, i iselhau mwynau gangue fel barite a fflworit. Mae eu mecanwaith yn cynnwys cymhlethdod ag ïonau metel ar yr wyneb mwynau, gan leihau ymlyniad casglwr.

Mae startsh yn cael ei ddefnyddio'n gyffredin fel iselydd ar gyfer hematite a mwynau eraill sy'n cynnwys haearn wrth arnofio mwynau pridd prin. Mae'r rhyngweithiad rhwng startsh a mwynau yn nodweddiadol yn ffisegol, gyda'r moleciwlau startsh yn amsugno ar yr wyneb mwynau, gan atal gweithredu casglwr.

2.4 Iselyddion Newydd

Mae datblygiad iselyddion newydd yn faes ymchwil parhaus mewn arnofio daear prin. Nod yr adweithyddion newydd hyn yw gwella detholusrwydd a lleihau effaith amgylcheddol y broses arnofio. Mae enghreifftiau o ddatblygiadau diweddar yn cynnwys startsh wedi'i addasu, polymerau synthetig, ac iselyddion organig bioddiraddadwy.

3 Brawd ar gyfer Arnofiad Daear Prin

Mae Frothers yn chwarae rhan hanfodol wrth greu ewyn sefydlog mewn celloedd arnofio, gan alluogi gwahanu mwynau pridd prin oddi wrth ddeunyddiau gangue. Mae Frothers yn dylanwadu ar faint swigen, sefydlogrwydd ewyn, a chineteg arnofio. Y frothers a ddefnyddir amlaf mewn arnofio daear prin yw adweithyddion sy'n seiliedig ar alcohol ac ether.

3.1 Brodyr sy'n Seiliedig ar Alcohol

Defnyddir frothers sy'n seiliedig ar alcohol, fel carbinol methyl isobutyl (MIBC) ac olew pinwydd, yn eang mewn arnofio mwynau, gan gynnwys arnofio daear prin. Mae'r frothers hyn yn helpu i gynhyrchu swigod bach, sefydlog sy'n gwella arnofio gronynnau mân.

Mae brodyr sy'n seiliedig ar alcohol yn gymharol rad ac effeithiol, ond gall eu perfformiad amrywio yn dibynnu ar ffactorau megis pH, cyfansoddiad mwynau, a rhyngweithiadau adweithyddion.

3.2 Brodyr Seiliedig ar Ether

Mae frothers sy'n seiliedig ar ether, fel etherau polypropylen glycol (ee, DF-250), hefyd yn cael eu defnyddio'n gyffredin mewn arnofio daear prin. Mae'r frothers hyn yn tueddu i gynhyrchu swigod manach a ewynau mwy sefydlog o'u cymharu â brodyr sy'n seiliedig ar alcohol. Fodd bynnag, gall brothers sy'n seiliedig ar ether fod yn ddrutach ac efallai y bydd angen rheolaeth fanwl gywir ar ddosau.

3.3 Brothers Nofel

Mae ymchwil i frothers newydd ar gyfer arnofio daear prin yn canolbwyntio ar wella detholusrwydd a sefydlogrwydd ewyn tra'n lleihau'r effaith amgylcheddol. Mae'r rhain yn cynnwys frothers bioddiraddadwy a frothers gyda gwell ymwrthedd i bresenoldeb olewau a halogion eraill yn y slyri arnofio.

4 Adweithyddion Trwytholchi ar gyfer Mwynau Daear Prin ar gyfer Arsugniad Ion

Mae mwynau pridd prin sy'n amsugno ïon yn unigryw gan fod yr elfennau pridd prin yn cael eu harsugno ar wyneb mwynau clai yn hytrach na'u cloi mewn strwythurau mwynau. Fel arfer caiff y mwynau hyn eu prosesu gan ddefnyddio trwytholchiad yn hytrach nag arnofio. Mae cyfryngau trwytholchi yn chwarae rhan hanfodol yn y broses hon trwy ddadsorbio'r ïonau pridd prin o'r arwynebau clai.

4.1 Trwytholchi Amoniwm Sylffad

Amoniwm sylffad yw'r cyfrwng trwytholchi a ddefnyddir amlaf ar gyfer mwynau pridd prin sy'n amsugno ïon. Mae'r ïonau amoniwm mewn hydoddiant yn cyfnewid â'r ïonau pridd prin ar wyneb y mwynau clai, gan eu rhyddhau i doddiant. Defnyddir y dull hwn yn eang oherwydd ei gost gymharol isel a'i symlrwydd.

Fodd bynnag, gall trwytholchi amoniwm sylffad achosi problemau amgylcheddol sylweddol, yn enwedig o ran llygredd ïon amoniwm. Mae ymdrechion yn cael eu gwneud i ddatblygu dewisiadau amgen sy'n fwy ecogyfeillgar.

4.2 Clorid Sodiwm a Magnesiwm Sylffad Trwytholchi

Mae sodiwm clorid a magnesiwm sylffad wedi'u harchwilio fel dewisiadau amgen i amoniwm sylffad. Mae'r adweithyddion hyn yn gweithio trwy fecanweithiau cyfnewid ïon tebyg ond mae ganddynt y fantais o fod yn llai niweidiol i'r amgylchedd. Fodd bynnag, maent yn tueddu i fod yn llai effeithiol o ran cyfraddau adfer, ac mae angen ymchwil pellach i wneud y defnydd gorau ohonynt.

4.3 Asiantau Trwytholchi Organig

Mae cyfryngau trwytholchi organig, fel asid citrig ac EDTA, yn cael eu harchwilio fel dewisiadau amgen ecogyfeillgar i adweithyddion trwytholchi anorganig confensiynol. Gall y cyfansoddion organig hyn gelu ïonau daear prin yn effeithiol, gan eu gwneud yn haws i'w tynnu o'r mwyn. Fodd bynnag, mae cost yr adweithyddion hyn yn ffactor sy'n cyfyngu ar eu mabwysiadu'n eang.

5 Asiantau Dyodiad ar gyfer Mwynau Daear Prin ar gyfer Arsugniad Ion

Unwaith y bydd ïonau daear prin yn cael eu trwytholchi i doddiant, mae angen eu gwaddodi a'u hadfer. Defnyddir cyfryngau dyodiad i ffurfio cyfansoddion pridd prin y gellir eu gwahanu oddi wrth y toddiant trwytholch.

5.1 Amoniwm Deucarbonad

Defnyddir amoniwm bicarbonad yn gyffredin i waddodi ïonau daear prin o hydoddiannau trwytholch fel carbonadau pridd prin. Mae'r adweithydd hwn yn effeithiol ac yn gost gymharol isel, ond gall gynhyrchu llawer iawn o ddŵr gwastraff sy'n cynnwys amoniwm, sy'n peri heriau amgylcheddol.

5.2 Asid Oxalig

Defnyddir asid ocsalig yn helaeth i waddodi elfennau daear prin fel oxalates daear prin, y gellir eu calchynnu wedyn i gynhyrchu ocsidau daear prin. Mae asid ocsalig yn hynod effeithiol ond gall fod yn ddrutach na bicarbonad amoniwm. Yn ogystal, mae angen mesurau diogelwch gofalus ar gyfer trin asid oxalig oherwydd ei wenwyndra.

5.3 Asiantau Dyddodiad Newydd

Mae ymchwil yn mynd rhagddo i ddatblygu cyfryngau gwaddodi mwy detholus ac anfalaen amgylcheddol ar gyfer adferiad pridd prin. Mae'r rhain yn cynnwys asidau organig, adweithyddion bioddiraddadwy, a resinau cyfnewid ïon.

6 Cyfeiriadau a Rhagolygon y Dyfodol

Mae dyfodol adweithyddion prosesu mwynau daear prin yn gorwedd yn natblygiad adweithyddion mwy dethol, effeithlon ac ecogyfeillgar. Mae meysydd allweddol ar gyfer ymchwil yn y dyfodol yn cynnwys:

• Datblygu adweithyddion gwyrdd: Mae effaith amgylcheddol adweithyddion arnofio a thrwytholchi yn bryder mawr, yn enwedig yng nghyd-destun prosesu daear prin. Mae angen cynyddol am ddatblygu adweithyddion bioddiraddadwy, diwenwyn a all ddisodli cemegau traddodiadol fel amoniwm sylffad ac asid ocsalaidd.

• Gwelliant mewn detholusrwydd: Mae angen casglwyr, iselyddion a brodyr newydd i wella detholedd arnofio daear prin, yn enwedig ar gyfer mwynau gradd isel a chymhleth. Mae hyn yn cynnwys archwilio strwythurau moleciwlaidd newydd ac addasu adweithyddion presennol.

• Lleihau costau: Mae cost uchel rhai adweithyddion prosesu daear prin, yn enwedig asidau hydroxamig ac asidau ffosffonig, yn ffactor cyfyngu ar eu defnydd eang. Dylai ymchwil yn y dyfodol ganolbwyntio ar synthesis dewisiadau amgen mwy fforddiadwy neu ar wella effeithlonrwydd adweithyddion presennol i leihau gofynion dos.

• Cynaliadwyedd amgylcheddol: Gyda rheoliadau cynyddol ledled y byd gyda'r nod o leihau effaith amgylcheddol gweithrediadau mwyngloddio, mae datblygu technolegau prosesu daear prin sy'n gynaliadwy yn amgylcheddol yn dod yn bwysicach. Mae hyn yn cynnwys lleihau'r defnydd o gemegau niweidiol a lleihau'r gwastraff a'r llygredd a gynhyrchir.

I gloi, mae prosesu mwynau daear prin yn dibynnu'n fawr ar y defnydd o adweithyddion cemegol, ac mae ymchwil barhaus yn hanfodol i wella effeithlonrwydd, detholusrwydd a chynaliadwyedd yr adweithyddion hyn. Bydd datblygu adweithyddion newydd, gwyrddach yn hanfodol ar gyfer dyfodol buddioldeb daear prin, wrth i'r galw byd-eang am y mwynau critigol hyn barhau i gynyddu.