Lur arraroen mineralak prozesatzeko erreaktiboen egungo ikerketaren egoera eta aurreikuspenak

Rare Earth Mineral Prozesatzeko Erreaktiboak: Bildumatzaileak, Depressatzaileak, Frothers eta Lixibiatzeko Agenteak berreskurapen eraginkor eta iraunkorrerako

Lur arraroen elementuek (REE) aparteko propietate fisiko eta kimiko ugari dituzte, eta funtsezkoak dira hainbat aplikaziotan, elektronikatik hasi eta erabilera militarretaraino. Txina, Estatu Batuak, Japonia eta Australia bezalako herrialdeek funtsezko mineral gisa aitortzen dituzte. Hala ere, lur arraroen mineralak ugariak dira barietatean baina maila baxuan eta askotan ganga-mineralekin estuki lotuta daude. Haien onurapena mineralak prozesatzeko erreaktiboen aurrerapenetan oinarritzen da.

Artikulu hau lur arraroen baliabideen onura eraginkorrera bideratuta dago. Mineraletan oinarritutako lur arraroen meetarako flotazio-erreaktiboen ikerketa eta garapenaren egungo egoera laburbiltzen du, bildumagileak, depresoreak , aktibatzaileak eta apar-sortzaileak barne , baita haien flotazio-mekanismoak ere. Ioi motako lur arraroen meetarako onura kimikoen erreaktiboak ere aztertzen dira, lixibiazio-agenteak eta prezipitazio-agenteak barne, haien ikerketa-egoera eta lixibiazio-mekanismoak azalduz. Gainera, lur arraroen flotazio -biltzaileen egungo egoera ebaluatzen da, eta lur arraroen mineralak prozesatzeko erreaktiboen etorkizuneko ikerketa-ildoak aztertzen dira. Berrikuspen honen helburua lur arraroen mineralak prozesatzen eta erreaktiboen garapenean diharduten enpresei eta profesionalei erreferentzia bat eskaintzea da.

0 Sarrera

Lur arraroen elementuak (REE) eskandioa, itrioa eta 15 lanthanidoak dira, guztira 17 elementu. Elementu hauek aparteko propietate fisiko eta kimiko sorta bat erakusten dute, eta funtsezkoak dira hainbat sektore zibil eta militarretan, medikuntza, energia eta defentsa industriak barne. "Bitamina industrialak", "elementu miragarriak", "nekazaritzako hormonak" eta "gerra-metalak" gisa aipatzen dira askotan, Estatu Batuek, Txinak, Japoniak, Australiak, Kanadak eta Europar Batasunak bezalako nazioek mineral kritiko gisa aitortzen dituztenak. Estatu Batuetako Geological Survey-ren (USGS) arabera, 2022tik aurrera, mundu arraroen oxidoen (REO) erreserba 120 milioi tonakoa da gutxi gorabehera, batez ere Txinan (% 36.7), Vietnam (% 18.3), Brasilen (% 17.5), Errusia (% 17.5), Indian (% 5.8) eta Australian (% 3.3) kontzentratuta.

Munduko lur arraroen meategi garrantzitsuenen artean daude: Txinako Bayan Obo, Maoniuping eta Ganzhou gordailuak, AEBetako Mountain Pass meategia, Brasilen Araxa eta Minasu meatzeak, Kanadako Strange Lake gordailua, Australiako Mount Weld eta Hegoafrikako Zandkopsdrift gordailua. Gainera, Txinako hegoaldeko probintzietan, Jiangxi, Guangdong, Fujian eta Yunnan barne, kalitate handiko ioi-adsortzioko lur arraroen 170 gordailu baino gehiago daude, lur arraroen elementu ertain eta astunen mundu mailako lehen iturri gisa balio dutenak.

Lur arraroen mineralen 250 mota baino gehiago identifikatu dira, bastnäsite ((Ce, La)(CO3)F), monazita ((Ce, La)PO4), xenotime (YPO4), ittrialita (Y2FeBe(SiO4)2O2) eta fergusonita (YNbO4) mineral arraroen % 95 baino gehiago dira. Hala ere, mineral hauek kuartzoa, fluorita, barita, feldespatoa, kaltzita eta beste silikato ganga mineralekin lotzen dira, eta, ondorioz, bereizteko zailak diren gradu baxuko mineralak sortzen dira. Horrenbestez, lur arraroen mineralak onuratzeak sarritan grabitatearen bereizketa, bereizketa magnetikoa eta flotazioaren konbinazioa eskatzen du gradu baxuko mineralak industria-mailako kontzentratuetara berritzeko. Ioi-xurgapeneko lur arraroen mineralen kasuan, lur arraroen elementuak ioi gisa xurgatzen dira gainazal mineraletan edo kristal geruzen barruan, eta prozesamendu kimikoa behar da lur arraroen oxidoak ateratzeko.

Mineraletan oinarritutako edo ioi motako lur arraroen meak lantzen diren ala ez, erreaktiboen aplikazioa funtsezkoa da produktuaren kalifikazioa, lur arraroen berreskuratze- tasak, ekoizpen-eraginkortasuna, kostuak eta ingurumen-inpaktua zehazteko.

Artikulu honek lur arraroen baliabideen aprobetxamendu eraginkorrari buruzkoa da, eta mineraletan oinarritutako lur arraroen mineraletarako flotazio-erreaktiboen (kolektoreak, frothers, erregulatzaileak) moten, mekanismoen eta ikerketa-aurrerapenen ikuspegi zehatza eskaintzen du, baita onurazio kimikoko erreaktiboak (lixibiazio-agenteak, agente hauspeatzaileak) ioi motako lur arraroen mineraletarako. Lur arraroen mineralak prozesatzeko erreaktiboen ikerketa eta garapenaren etorkizuneko norabideak ere aurkezten ditu, lur arraroen bereizketa edo industria erreaktiboen garapenean diharduten enpresa eta ikertzaileei erreferentzia bat eskaintzeko asmoz.

1 Lur arraroen flotazio-biltzaileak

Kolektoreek funtsezko eginkizuna dute lur arraroen flotazioan, xede-mineralen gainazaleko hidrofobikotasuna aldatuz, burbuiletan errazago eransteko eta flotazio-propietateak hobetuz. Talde funtzionaletan oinarrituta, lur arraroen flotaziorako kolektoreak azido hidroxamikoetan, gantz-azidoetan, azido fosfonikoetan eta beste erreaktibo batzuetan sailka daitezke.1.1 Azido hidroxamikoen biltzaileak.

Azido hidroxamiko biltzaileak, 1980ko hamarkadan garatuak, lur arraroen flotazioan gehien erabiltzen diren erreaktiboak dira. Azido hidroxamikoak, oxima izenez ere ezagunak, bi forma isomerikotan daude: oxima (zeto-egitura) eta azido hidroxamikoa (enol-egitura), oxima nagusi izanik. Bi isomeroak disoziatzen dira flotazioan anioi berdinak sortzeko.

Lur arraroen flotazioan erabiltzen diren azido hidroxamikoen biltzaile arruntak honako hauek dira: C7-C9 azido alkilhidroxamikoa, azido 2-hidroxi-3-naftohidroxamikoa (H205), azido 1-hidroxi-2-naftohidroxamikoa (H203), azido saliciliko hidroxamikoa (L102), azido zikloalkilhidroxamikoa, azido okxamiko hidroxamikoa, azido okxamiko hidroxamikoa (OMHA). eta beste produktu azido hidroxamiko eraldatuak edo nahastuak, hala nola H316 (H205 eraldatua), P8 (azido hidroxinaftohidroxamikoa nagusiki), LF8# (azido hidroxinaftohidroxamikoa %98) eta 103 kolektorea (azido hidroxamiko salizilikoa). Azido hidroxamikoek lur arraroen elementuekiko selektibitate ona erakusten duten arren, sarritan berotzea eskatzen dute flotazioan, energia-kostu handiagoak eraginez, eta haien sintesia ere garestia izan daiteke.

1.2 Gantz-azido-biltzaileak

Gantz-azido-biltzaileak lur arraroen flotazioan erabiltzen dira 1950eko hamarkadatik, Estatu Batuetako Mountain Pass-en azido oleikoa arrakastaz aplikatu zenetik. Txinan, 1960ko hamarkadan hasi ziren lur arraroen flotaziorako azido oleikoaren eta parafina xaboi oxidatuaren erabilerari buruzko azterketa sistematikoak.

Gantz-azido-biltzaileak landare- edo animalia-olio naturaletatik eratorritakoak dira, normalean C10-C20 azido karboxiliko saturatu eta asegabeen edo gatz nahaste batez osatuta. Ohiko erreaktiboen artean azido oleikoa, sodio oleatoa, tall oil, parafina xaboi oxidatua, Bacchus fruitu olioa, ftalatoak, azido naftenikoa eta petrolioaren deribatu oxidatuak daude. Hala ere, gantz-azidoen biltzaileek lur arraroen mineraletarako selektibitate txikiagoa dute eta askotan depresorrak eta tenperatura doikuntzak gehitzea eskatzen dute bereizketa eraginkorra lortzeko.

Gantz-azidoak erabiliz lur arraroen mineralen flotazioak adsortzio fisikoa, adsortzio kimikoa eta gainazaleko erreakzio kimikoak konbinatzen dituela uste da.

1.3 Azido fosfoniko-biltzaileak

Azido fosfonikoak (—P=O) eta fosfonatoak (—O—P=O) biltzaileek flotazio-errendimendu handiagoa dute mineral metalikoentzat hidroxamiko eta gantz-azidoen biltzaileekin alderatuta. Dena den, azido fosfoniko biltzaileek orokorrean selektibitate txikiagoa dute.

Gaur egun lur arraroen flotazioan erabiltzen diren azido fosfoniko biltzaileak hauek dira: estireno azido fosfonikoa, p-tolueno azido fosfonikoa, benzil azido fosfonikoa, α-hidroxibenzil fosfonikoa eta P538 eta Flotinor 1682 bezalako produktu komertzialak.

1.4 Beste biltzaileak

Azido hidroxamikoak, gantz-azidoak eta azido fosfonikoak ez ezik, hainbat kolektore berri aztertzen ari dira lur arraroen flotazioaren eraginkortasuna eta selektibitatea hobetzeko. Horietako batzuk sulfonatoak, tio-fosfatoak eta amonio-gatz kuaternarioak dira.

• Sulfonatoak : Jakinarazi da sulfonatoek selektibitate eta errendimendu ona erakusten dutela flotazio-prozesuetan, baina lur arraroen mineralen flotazioan duten aplikazioa oraindik hasierako faseetan dago.

• Tiofosfatoak : Kolektore hauek askotan erabiltzen dira sulfuro mineralen flotazioan, baina lur arraroen flotazioan duten aplikazioari buruzko ikerketak aurrera doaz.

• Kuaternarioko amonio gatzak : Konposatu hauek sulfuroak ez diren mineralak flotatzeko duten gaitasunagatik aztertu dira, eta lur arraroen flotazioan arrakasta batzuk izan direla jakinarazi da. Mineralen gainazal negatiboki kargatuekin erakarpen elektrostatikoaren bidez funtzionatzen dute.

Ikertzaileak etengabe ari dira erreaktibo berriekin esperimentatzen lur arraroen flotazioaren eraginkortasuna hobetzeko, bai berreskuratze-tasak hobetzera eta bai produktu kimiko horien ingurumen-inpaktua murrizteko.

Lur arraroen flotaziorako 2 depresiboak

Depresiboak ezinbestekoak dira lur arraroen mineralen flotazioan ganga mineralak selektiboki inhibitzeko, eta, horrela, helburuko lur arraroen mineralen selektibitatea eta etekina hobetzen dira. Lur arraroekin lotutako ganga mineral nagusiek, kuartzoa, kaltzita eta barita, esaterako, antzeko flotazio-jokabideak erakusten dituzte, eta haien inhibizio selektiboa funtsezkoa da.

Lur arraroen flotazioan depresio arruntak ur edalontzia (sodio silikatoa), sodio fluoruroa, taninoak eta almidoia dira.

2.1 Sodio silikatoa (ur-beira)

Sodio silikatoa, normalean ur edalontzi gisa ezagutzen dena, lur arraroen flotazioan gehien erabiltzen den depresiboetako bat da. Kuartzoa eta feldespatoa bezalako silikato mineralak inhibitzeko erabiltzen da. Sodio silikatoaren ekintza depresiboaren mekanismoa, oro har, ganga mineralen gainazalean silize geruza bat sortzeari egozten zaio, eta horrek kolektoreen adsortzioa eragozten du.

Ur edalontzia kostu baxuko depresibo eraginkorra da, baina bere errendimendua pH, ioien kontzentrazioa eta erreaktiboen dosia bezalako faktoreek eragin dezakete. Ikertzaileak silikato eraldatuak eta beste gehigarri kimiko batzuk aztertzen ari dira, ur-edalontziaren selektibitatea hobetzeko.

2.2 Sodio fluoruroa

Sodio fluoruroa lur arraroen flotazio prozesuetan kaltzita deprimitzeko erabiltzen da. Bere efektu depresiboa fluoruro ioien eta kaltzio ioien arteko erreakzioan oinarritzen da, mineralaren gainazalean kaltzio fluorurozko film disolbaezina osatuz, kolektoreen adsortzioa eragozten duena.

Hala ere, sodio fluoruroa oso substantzia toxikoa da, eta bere erabilerak ingurumen eta segurtasun kezkak sor ditzake. Ondorioz, ikertzaileak aktiboki alternatiba seguruagoak bilatzen ari dira.

2.3 Taninoak eta almidoia

Taninoak eta almidoia lur arraroen flotazioan erabiltzen diren depresio organikoen adibideak dira. Taninoak, landare-materialetatik eratorritakoak, ganga-mineralak arintzeko erabiltzen dira, hala nola barita eta fluorita. Haien mekanismoak mineralaren gainazaleko ioi metalikoekin konplexatzea dakar, kolektorearen atxikimendua murrizten du.

Almidoia normalean lur arraroen mineralen flotazioan hematita eta burdina duten beste mineral batzuen depresio gisa erabiltzen da. Almidoiaren eta mineralen arteko elkarreragina normalean fisikoa da, almidoi molekulak mineralen gainazalean xurgatzen direlarik, kolektoreen ekintza saihestuz.

2.4 Depresibo berriak

Depresio berrien garapena lur arraroen flotazioan etengabeko ikerketa-eremua da. Erreaktibo berri hauek flotazio-prozesuaren selektibitatea hobetzea eta ingurumen-inpaktua murriztea dute helburu. Azken garapenen adibideak almidoiak, polimero sintetikoak eta depresio organiko biodegradagarriak dira.

Lur arraroen flotaziorako 3 espuma

Frothers-ek ezinbestekoa dute flotazio-zeluletan apar egonkorra sortzeko, lur arraroen mineralak ganga-materialetatik bereiztea ahalbidetuz. Frothers burbuilen tamainan, apararen egonkortasunean eta flotazio-zinetikan eragiten dute. Lur arraroen flotazioan gehien erabiltzen diren espumagailuak alkohol-oinarritutako eta eter-oinarritutako erreaktiboak dira.

3.1 Alkoholean oinarritutako espuma

Alkoholean oinarritutako espumagarriak, hala nola metil isobutil karbinol (MIBC) eta pinu olioa, oso erabiliak dira flotazio mineralean, lur arraroen flotazioa barne. Aparatu hauek burbuila txiki eta egonkorrak sortzen laguntzen dute, partikula finen flotazioa hobetzen dutenak.

Alkoholean oinarritutako apartzaileak nahiko merkeak eta eraginkorrak dira, baina haien errendimendua alda daiteke pH-a, konposizio minerala eta erreaktiboen elkarrekintzak bezalako faktoreen arabera.

3.2 Eter-oinarritutako espuma

Eter-oinarritutako espumagarriak, hala nola, polipropilenglikol-eterrak (adibidez, DF-250), lur arraroen flotazioan ere erabiltzen dira. Frothers hauek burbuila finagoak eta apar egonkorragoak sortzen dituzte alkoholean oinarritutako espumekin alderatuta. Hala ere, eter-oinarritutako espuma garestiagoak izan daitezke eta dosi-kontrol zehatza eska dezakete.

3.3 Apaizgailu berriak

Lur arraroen flotaziorako apartzaile berrien ikerketak selektibitatea eta apararen egonkortasuna hobetzera bideratzen ditu ingurumen-inpaktua gutxituz. Horien artean, flotazio-minda olioen eta beste kutsatzaile batzuen presentziarekiko erresistentzia hobetu duten espumgailu biodegradagarriak eta espumagarriak daude.

4 Lixibiatzeko erreaktiboak Ioi-adsortziorako lur arraroen mineraletarako

Ioi-adsortzioko lur arraroen mineralak bakarrak dira, lur arraroen elementuak buztinezko mineralen gainazalean xurgatzen direlako egitura mineraletan blokeatuta egon beharrean. Mea hauek normalean lixibiazioa erabiliz prozesatzen dira flotazioa baino. Lixibiatze-agenteek zeregin kritikoa dute prozesu honetan, lur arraroen ioiak buztinezko gainazaletan desorbituz.

4.1 Amonio sulfatoaren lixibiazioa

Amonio sulfatoa da gehien erabiltzen den lixibiazio-agentea ioi-adsortziorako lur arraroen mineraletarako. Disoluzioan dauden amonio ioiek buztinezko mineralen gainazaleko lur arraroen ioiekin trukatzen dute, disoluzioan askatuz. Metodo hau oso erabilia da kostu baxua eta sinpletasuna duelako.

Hala ere, amonio sulfatoaren lixibiatzeak ingurumen-arazo garrantzitsuak sor ditzake, batez ere amonio ioien kutsadurari dagokionez. Ingurumena errespetatzen duten alternatibak garatzeko ahaleginak egiten ari dira.

4.2 Sodio kloruroa eta magnesio sulfatoa lixibiatzea

Sodio kloruroa eta magnesio sulfatoa amonio sulfatoaren alternatiba gisa ikertu dira. Erreaktibo hauek antzeko ioi-truke mekanismoen bidez funtzionatzen dute, baina ingurumenerako kalte gutxiago izatearen abantaila dute. Hala ere, eraginkortasun txikiagoak izan ohi dira berreskuratze tasei dagokienez, eta ikerketa gehiago behar dira haien erabilera optimizatzeko.

4.3 Lixibiazio-eragile organikoak

Lixibiazio-agente organikoak, hala nola azido zitrikoa eta EDTA, ingurumena errespetatzen duten ohiko lixibiazio-erreaktibo ez-organikoen alternatiba gisa aztertzen ari dira. Konposatu organiko hauek lur arraroen ioiak modu eraginkorrean kelatu ditzakete, mineraletik erraz ateratzeko. Dena den, erreaktibo hauen kostua faktore mugatzailea da haien harrera zabalerako.

5 Ioi-adsortziorako lur arraroen mineralen prezipitazio-eragileak

Lur arraroen ioiak disoluzioan lixibiatzen direnean, hauspeatu eta berreskuratu behar dira. Agente prezipitatzaileak erabiltzen dira lixibiazio-disoluziotik bereiz daitezkeen lur arraroen konposatuak sortzeko.

5.1 Amonio bikarbonatoa

Amonio bikarbonatoa normalean lur arraroen ioiak hauspeatzeko erabiltzen da lixibiazio-soluzioetatik lur arraroen karbonato gisa. Erreaktibo hau eraginkorra eta nahiko merkea da, baina amonioa duten hondakin-ur bolumen handiak sor ditzake, eta horrek ingurumen-erronkak ditu.

5.2 Azido oxalikoa

Azido oxalikoa oso erabilia da lur arraroen elementuak hauspeatzeko, lur arraroen oxalato gisa, eta gero kaltzionatu daitezke lur arraroen oxidoak sortzeko. Azido oxalikoa oso eraginkorra da, baina amonio bikarbonatoa baino garestiagoa izan daiteke. Gainera, azido oxalikoaren manipulazioak segurtasun neurri zorrotzak behar ditu bere toxikotasuna dela eta.

5.3 Prezipitatzaile berriak

Lur arraroak berreskuratzeko agente hauspeatzaile selektiboagoak eta ingurumenarekiko onberagoak garatzeko ikerketak egiten ari dira. Horien artean azido organikoak, erreaktibo biodegradagarriak eta ioi-trukerako erretxinak daude.

6 Etorkizuneko norabideak eta aurreikuspenak

Lur arraroen mineralak prozesatzeko erreaktiboen etorkizuna erreaktibo selektiboagoak, eraginkorragoak eta ingurumena errespetatzen dutenen garapenean datza. Etorkizuneko ikerketaren arlo nagusiak honako hauek dira:

• Erreaktibo berdeen garapena : Flotazio eta lixibiazio erreaktiboen ingurumen-inpaktua kezka handia da, batez ere lur arraroen prozesamenduaren testuinguruan. Gero eta behar handiagoa dago amonio sulfatoa eta azido oxalikoa bezalako produktu kimiko tradizionalak ordezkatu ditzaketen erreaktibo biodegradagarri eta ez-toxikoak garatzeko.

• Selektibitatearen hobekuntza : Kolektore, depresore eta apar-sortzaile berriak behar dira lur arraroen flotazioaren selektibitatea hobetzeko, batez ere kalitate baxuko eta konplexuko meetarako. Horrek barne hartzen ditu egitura molekular berriak aztertzea eta dauden erreaktiboen aldaketa.

• Kostuen murrizketa : Lur arraroen prozesatzeko erreaktibo batzuen kostu handia, batez ere azido hidroxamikoak eta azido fosfonikoak, mugatzen du haien erabilera zabala. Etorkizuneko ikerketak alternatiba merkeagoen sintesian edo dauden erreaktiboen eraginkortasuna hobetzean zentratu beharko lirateke dosi-beharrak murrizteko.

• Ingurumen-jasangarritasuna : Meatze-eragiketen ingurumen-inpaktua murrizteko mundu osoan gero eta araudi gehiago daudela kontuan hartuta, gero eta garrantzitsuagoa da ingurumen aldetik iraunkorrak diren lur arraroen prozesatzeko teknologiak garatzea. Horrek barne hartzen ditu produktu kimiko kaltegarrien erabilera minimizatzea eta hondakinen eta kutsaduraren sorrera murriztea.

Ondorioz, lur arraroen mineralen prozesamendua erreaktibo kimikoen erabileraren menpe dago, eta etengabeko ikerketa ezinbestekoa da erreaktibo horien eraginkortasuna, selektibitatea eta iraunkortasuna hobetzeko. Erreaktibo berde eta berrien garapena funtsezkoa izango da lur arraroen onurarako etorkizunerako, mineral kritiko horien eskaera globalak gora egiten jarraitzen baitu.