Сирек жердегі минералды қайта өңдеу реагенттерінің қазіргі зерттеу жағдайы және болашағы

Сирек жердегі минералды өңдеу реагенттері: тиімді және тұрақты қалпына келтіруге арналған коллекторлар, депрессанттар, көпірткіштер және шаймалау агенттері

Сирек жер элементтері (РЭ) ерекше физикалық және химиялық қасиеттерге ие, бұл оларды электроникадан әскери мақсатқа дейін әртүрлі қолданбаларда маңызды етеді. Оларды Қытай, АҚШ, Жапония және Австралия сияқты елдер маңызды минералдар деп таниды. Дегенмен, сирек жер минералдары алуан түрлі, бірақ сорты төмен және көбінесе ұқсас ганга минералдарымен тығыз байланысты. Оларды байыту негізінен минералды өңдеу реагенттеріндегі жетістіктерге байланысты.

Бұл мақала сирек жер ресурстарын тиімді байытуға бағытталған. Ол ғылыми-зерттеу жұмыстарының қазіргі жағдайын қорытындылайды флотациялық реагенттер коллекторларды қоса алғанда, минералды негіздегі сирек жер рудалары үшін, депрессанттар, активаторлар және ағайындар, олардың флотациялық механизмдерімен бірге. иондық типті сирек жер рудалары үшін химиялық байыту реагенттері, соның ішінде шаймалау агенттері және тұндырғыштар, сонымен қатар олардың зерттеу күйі мен сілтісіздендіру механизмдерін қамтитын талқыланады. Сонымен қатар, қазіргі жағдайы сирек жердегі флотация коллекторлар бағаланады және болашақ зерттеу бағыттары Сирек жердегі пайдалы қазбаларды өңдеу реагенттер талданады. Бұл шолу сирек жер минералдарын өңдеумен және реагенттерді әзірлеумен айналысатын компаниялар мен мамандарға анықтама беруге бағытталған.

0 Кіріспе

Сирек жер элементтеріне (РЭ) скандий, иттрий және барлығы 15 элементті құрайтын 17 лантанид кіреді. Бұл элементтер әртүрлі азаматтық және әскери секторларда, соның ішінде медицина, энергетика және қорғаныс өнеркәсібінде маңызды ететін ерекше физикалық және химиялық қасиеттерді көрсетеді. Олар көбінесе Америка Құрама Штаттары, Қытай, Жапония, Австралия, Канада және Еуропалық Одақ сияқты елдер сыни минералдар ретінде танылған «өнеркәсіптік витаминдер», «ғажайып элементтер», «ауыл шаруашылығы гормондары» және «соғыс металдары» деп аталады. Америка Құрама Штаттарының Геологиялық қызметінің (USGS) мәліметтері бойынша, 2022 жылға қарай сирек жер оксидінің (REO) жаһандық қоры шамамен 120 миллион тоннаны құрайды, негізінен Қытайда (36.7%), Вьетнамда (18.3%), Бразилияда (17.5%), Ресейде (17.5%), Үндістанда (5.8%) және Австралияда (3.3%).

Дүние жүзіндегі ірі сирек жер кеніштеріне Қытайдың Баян-Обо, Маониупинг және Ганчжоу кен орындары, АҚШ-тағы Маунт-Пасс кеніші, Бразилиядағы Аракса және Минасу кеніштері, Канададағы Стренж көлі, Австралиядағы Маунт-Велд кен орны және Оңтүстік Африкадағы Зандкопсдрифт кен орындары жатады. Бұған қоса, Қытайдың оңтүстік провинциялары, соның ішінде Цзянси, Гуандун, Фуцзянь және Юньнань, орташа және ауыр сирек жер элементтерінің жаһандық негізгі көзі ретінде қызмет ететін 170-тен астам жоғары сапалы ионды-адсорбциялық сирек жер кен орындарының үйі болып табылады.

Сирек кездесетін минералдардың 250-ден астам түрі анықталған, олардың жалпы саны сирек жер минералдарының 3%-дан астамын құрайтын бастназит ((Ce, La)(CO4)F), монацит ((Ce, La)PO4), ксенотим (YPO2), иттриалит (Y4FeBe(SiO2)2O4) және фергюсонит (YNbO95) құрайды. Дегенмен, бұл кендер көбінесе кварц, флюорит, барит, дала шпаты, кальцит және басқа силикат ганга минералдарымен байланысты, нәтижесінде бөлінуі қиын төмен сортты кендер пайда болады. Осылайша, сирек жер рудаларын байыту көбінесе төмен сұрыпты кендерді өнеркәсіптік балқыту концентраттарына дейін жаңарту үшін гравитациялық бөлуді, магниттік бөлуді және флотацияны үйлестіруді қажет етеді. Ионды-адсорбциялық сирек жер рудалары жағдайында сирек жер элементтері минералды беттерде немесе кристалдық қабаттарда иондар ретінде адсорбцияланады, сирек жер оксидтерін алу үшін химиялық өңдеуді қажет етеді.

Минералды немесе иондық түрдегі сирек жер рудаларымен жұмыс істеуге қарамастан, байыту реагенттерін қолдану өнімнің сортын анықтауда өте маңызды, сирек жерді қалпына келтіру қарқыны, өндіріс тиімділігі, шығындар және қоршаған ортаға әсері.

Бұл мақала минералды сирек жер рудаларына арналған флотациялық реагенттердің (коллекторлар, көпірткіштер, реттегіштер), сондай-ақ сирек жер иондары үшін химиялық байыту реагенттері (шаймалау агенттері, тұндырғыштар) түрлерін, механизмдерін және зерттеу барысын егжей-тегжейлі шолуды ұсынатын сирек жер ресурстарын тиімді байытуға бағытталған. Ол сондай-ақ сирек жерді бөлу немесе өнеркәсіптік реагенттерді әзірлеумен айналысатын компаниялар мен зерттеушілерге анықтама беруге бағытталған сирек кездесетін минералды өңдеу реагенттеріндегі зерттеулер мен әзірлемелердің болашақ бағыттарын ұсынады.

1 Жердің сирек флотациялық коллекторлары

Коллекторлар мақсатты минералдардың беткі гидрофобтылығын өзгерту, олардың көпіршіктерге қосылуын жеңілдету және олардың флотациялық қасиеттерін жақсарту арқылы сирек жер флотациясында шешуші рөл атқарады. Функционалдық топтар негізінде сирек жерді флотациялауға арналған коллекторларды гидроксамин қышқылдары, май қышқылдары, фосфон қышқылдары және басқа реагенттер деп жіктеуге болады.1.1 Гидроксамин қышқылын жинағыштар

1980 жылдары жасалған гидроксамин қышқылы коллекторлары сирек жердегі флотацияда ең жиі қолданылатын реагенттер болып табылады. Оксимдер деп те белгілі гидроксамин қышқылдары екі изомерлі түрде болады: оксим (кето құрылым) және гидроксамин қышқылы (энол құрылымы), оксим басым. Екі изомер де флотация кезінде бірдей аниондар түзу үшін диссоциацияланады.

Сирек жердегі флотацияда қолданылатын жалпы гидроксамин қышқылы жинағыштарына C7-C9 алкил гидроксамин қышқылы, 2-гидрокси-3-нафтогидроксамин қышқылы (H205), 1-гидрокси-2-нафтогидроксамин қышқылы (H203), салицил гидроксамин қышқылы (L102), гидроксалил қышқылы, гидроксалил қышқылы, бензол қышқылы жатады. гидроксамин қышқылы (OMHA) және H316 (өзгертілген H205), P8 (негізінен гидроксинафтогидроксамин қышқылы), LF8# (98% гидроксинафтогидроксамин қышқылы) және коллектор 103 (салицил гидроксамин қышқылы) сияқты басқа да өзгертілген немесе аралас гидроксамин қышқылы өнімдері. Гидроксамин қышқылдары сирек жер элементтері үшін жақсы селективтілікті көрсете отырып, олар флотация кезінде жиі қыздыруды қажет етеді, бұл энергия шығындарының жоғарылауына әкеледі және олардың синтезі де қымбат болуы мүмкін.

1.2 Май қышқылдарын жинағыштар

Май қышқылдарының коллекторлары сирек жердегі флотацияда 1950 жылдардан бері олеин қышқылы Америка Құрама Штаттарындағы Тау асуында сәтті қолданылған кезде қолданылған. Қытайда сирек жерді флотациялау үшін олеин қышқылы мен тотыққан парафинді сабынды пайдалану бойынша жүйелі зерттеулер 1960 жылдары басталды.

Май қышқылдарын жинағыштар әдетте C10-C20 қаныққан және қанықпаған карбон қышқылдары немесе тұздарының қоспасынан тұратын табиғи өсімдік немесе жануар майларынан алынады. Кең таралған реагенттерге олеин қышқылы, натрий олеаты, биік май, тотыққан парафинді сабын, Бахус жеміс майы, фталаттар, нафтен қышқылы және тотыққан мұнай туындылары жатады. Дегенмен, май қышқылдарының коллекторларының сирек жер минералдары үшін селективтілігі төмен және тиімді бөлуге қол жеткізу үшін депрессанттарды қосуды және температураны реттеуді қажет етеді.

Май қышқылдарын пайдалана отырып, сирек жер минералдарын флотациялау физикалық адсорбция, химиялық адсорбция және беттік химиялық реакциялардың комбинациясын қамтиды деп саналады.

1.3 Фосфон қышқылының коллекторлары

Фосфон қышқылы (—P=O) және фосфонат (—O—P=O) коллекторлары гидроксамин және май қышқылдарының коллекторларымен салыстырғанда металдық минералдар үшін күшті флотация өнімділігін көрсетеді. Дегенмен, фосфон қышқылының коллекторларының селективтілігі әдетте төмен болады.

Сирек жердегі флотацияда қазіргі кезде қолданылатын фосфон қышқылы коллекторларына стиролфосфон қышқылы, р-толуолфосфон қышқылы, бензилфосфон қышқылы, α-гидроксибензилфосфон қышқылы және P538 және Flotinor 1682 сияқты коммерциялық өнімдер жатады.

1.4 Басқа коллекторлар

Гидроксамин қышқылдарынан, май қышқылдарынан және фосфон қышқылдарынан басқа, сирек жер флотациясының тиімділігі мен селективтілігін арттыру үшін әртүрлі жаңа коллекторлар зерттелуде. Олардың кейбіреулеріне сульфонаттар, тио-фосфаттар және төрттік аммоний тұздары жатады.

• Сульфонаттар: Сульфонаттар флотация процестерінде жақсы селективтілік пен өнімділікті көрсететіні туралы хабарланған, бірақ олардың сирек кездесетін минералды флотацияда қолданылуы әлі де өзінің бастапқы сатысында.

• Тиофосфаттар: Бұл коллекторлар сульфидті минералды флотацияда жиі пайдаланылады, бірақ оларды сирек жердегі флотацияда қолдану бойынша зерттеулер жалғасуда.

• Төрттік аммоний тұздары: Бұл қосылыстар сульфидті емес минералдарды жүзу қабілеті үшін зерттелген және сирек жердегі флотацияда кейбір табыстар туралы хабарланған. Олар теріс зарядталған минералды беттермен электростатикалық тартылыс арқылы жұмыс істейді.

Зерттеушілер сирек кездесетін минералды флотацияның тиімділігін арттыру үшін үнемі жаңа реагенттермен тәжірибе жасап, қалпына келтіру жылдамдығын жақсартуға және осы химиялық заттардың қоршаған ортаға әсерін азайтуға назар аударады.

2 Сирек кездесетін жердің флотациясына арналған депрессанттар

Депрессанттар сирек жер минералдарының флотациясында ганга минералдарын селективті тежеу ​​үшін өте маңызды, осылайша мақсатты сирек жер минералдарының селективтілігі мен шығымдылығын жақсартады. Кварц, кальцит және барит сияқты сирек жер рудаларымен байланысты бастапқы ганга минералдары жиі ұқсас флотация әрекеттерін көрсетеді, бұл олардың селективті тежелуін шешуші етеді.

Сирек жердегі флотациядағы жалпы депрессанттарға су шыны (натрий силикаты), натрий фториді, таниндер және крахмал жатады.

2.1 Натрий силикаты (су шыны)

Натрий силикаты, әдетте су шыны ретінде белгілі, сирек жердегі флотацияда ең көп қолданылатын депрессияның бірі болып табылады. Ол кварц және дала шпаты сияқты силикат минералдарын тежеу ​​үшін қолданылады. Натрий силикатының депрессиялық әсер ету механизмі әдетте коллекторлық адсорбцияны болдырмайтын ганга минералдарының бетінде кремний диоксиді қабатының пайда болуымен байланысты.

Су шыны тиімді, арзан депрессант болып табылады, бірақ оның өнімділігіне рН, ион концентрациясы және реагент дозасы сияқты факторлар әсер етуі мүмкін. Зерттеушілер су шынысының селективтілігін жақсарту үшін өзгертілген силикаттар мен басқа да химиялық қоспаларды зерттеп жатыр.

2.2 Натрий фториді

Натрий фториді сирек жердегі флотация процестерінде кальцитті түсіру үшін қолданылады. Оның депрессиялық әсері фторид иондары мен кальций иондары арасындағы реакцияға негізделген, минерал бетінде ерімейтін кальций фторидті қабықша түзеді, бұл коллекторлық адсорбцияны болдырмайды.

Дегенмен, натрий фториді өте улы зат болып табылады және оны пайдалану қоршаған ортаға және қауіпсіздікке қауіп төндіруі мүмкін. Нәтижесінде зерттеушілер қауіпсіз баламаларды белсенді түрде іздеуде.

2.3 Таниндер және крахмал

Таниндер мен крахмал сирек жердегі флотацияда қолданылатын органикалық депрессанттардың мысалдары болып табылады. Өсімдік материалдарынан алынатын таниндер барит және флюорит сияқты ганга минералдарын басу үшін қолданылады. Олардың механизмі минералды бетінде металл иондарымен комплекс түзуді қамтиды, коллектордың бекітілуін азайтады.

Крахмал әдетте сирек жер минералдарын флотациялау кезінде гематит және басқа темірі бар минералдар үшін депрессант ретінде қолданылады. Крахмал мен минералдар арасындағы өзара әрекеттесу әдетте физикалық болып табылады, крахмал молекулалары минерал бетіне адсорбцияланып, коллекторлық әрекетке жол бермейді.

2.4 Жаңа депрессияға қарсы препараттар

Жаңа депрессанттарды жасау сирек кездесетін жер флотациясын зерттеудің үздіксіз бағыты болып табылады. Бұл жаңа реагенттер флотация процесінің селективтілігін жақсартуға және қоршаған ортаға әсерін азайтуға бағытталған. Соңғы әзірлемелердің мысалдары модификацияланған крахмалдар, синтетикалық полимерлер және биологиялық ыдырайтын органикалық депрессанттарды қамтиды.

Сирек кездесетін жердің флотациясына арналған 3 көпірткіш

Көпірткіштер флотациялық жасушаларда тұрақты көбік жасауда маңызды рөл атқарады, сирек жер минералдарын ганг материалдарынан бөлуге мүмкіндік береді. Көпіршіктер көпіршік өлшеміне, көбік тұрақтылығына және флотация кинетикасына әсер етеді. Сирек жердегі флотацияда жиі қолданылатын көпірткіштер спирт негізіндегі және эфир негізіндегі реагенттер болып табылады.

3.1 Алкоголь негізіндегі көпірткіштер

Метил изобутилкарбинол (MIBC) және қарағай майы сияқты алкоголь негізіндегі көпірткіштер минералды флотацияда, соның ішінде сирек жердегі флотацияда кеңінен қолданылады. Бұл көпірткіштер ұсақ бөлшектердің флотациясын жақсартатын шағын тұрақты көпіршіктерді жасауға көмектеседі.

Алкоголь негізіндегі көпірткіштер салыстырмалы түрде арзан және тиімді, бірақ олардың өнімділігі рН, минералды құрам және реагенттердің өзара әрекеттесуі сияқты факторларға байланысты өзгеруі мүмкін.

3.2 Эфир негізіндегі көпірткіштер

Полипропиленгликоль эфирлері (мысалы, DF-250) сияқты эфир негізіндегі көпірткіштер де сирек жердегі флотацияда жиі қолданылады. Бұл көпірткіштер алкоголь негізіндегі көпірткіштермен салыстырғанда жұқа көпіршіктер мен тұрақты көбік шығаруға бейім. Дегенмен, эфир негізіндегі көпірткіштер қымбатырақ болуы мүмкін және дозаны дәл бақылауды қажет етуі мүмкін.

3.3 Роман бауырлары

Сирек жердегі флотацияға арналған жаңа көпірткіштерді зерттеу қоршаған ортаға тигізетін әсерді барынша азайта отырып, селективтілік пен көбік тұрақтылығын жақсартуға бағытталған. Оларға биологиялық ыдырайтын көпірткіштер мен флотациялық суспензиядағы майлардың және басқа ластаушы заттардың болуына төзімділігі жоғарылаған көпірткіштер жатады.

4 Ионды-адсорбциялық сирек жер кендеріне арналған сілтілеу реагенттері

Ионды-адсорбциялық сирек жер рудалары сирек жер элементтерінің минералды құрылымдарда бекітіліп қалмай, сазды минералдардың бетінде адсорбциялануымен ерекше. Бұл кендер әдетте флотация емес, шаймалау әдісімен өңделеді. Бұл процесте сілтісіздендіру агенттері сирек жер иондарын саз беттерінен десорбциялау арқылы шешуші рөл атқарады.

4.1 Аммоний сульфатын шаймалау

Аммоний сульфаты – ионды-адсорбциялық сирек жер рудалары үшін ең көп қолданылатын шаймалау агенті. Ерітіндідегі аммоний иондары саз минералдарының бетіндегі сирек жер иондарымен алмасып, оларды ерітіндіге шығарады. Бұл әдіс салыстырмалы түрде арзан және қарапайым болғандықтан кеңінен қолданылады.

Алайда аммоний сульфатын шаймалау маңызды экологиялық мәселелерді тудыруы мүмкін, әсіресе аммоний ионының ластануы тұрғысынан. Қоршаған ортаға зиянсыз баламаларды әзірлеуге күш салынуда.

4.2 Натрий хлориді мен магний сульфатын шаймалау

Аммоний сульфатына балама ретінде натрий хлориді мен магний сульфаты зерттелді. Бұл реагенттер ұқсас ион алмасу механизмдері арқылы жұмыс істейді, бірақ қоршаған ортаға аз зиян келтіретін артықшылығы бар. Дегенмен, олар қалпына келтіру қарқыны бойынша тиімділігі азырақ, сондықтан оларды пайдалануды оңтайландыру үшін қосымша зерттеулер қажет.

4.3 Органикалық шаймалау агенттері

Лимон қышқылы және ЭДТА сияқты органикалық шаймалау агенттері кәдімгі бейорганикалық шаймалау реагенттеріне экологиялық таза балама ретінде зерттелуде. Бұл органикалық қосылыстар сирек жер иондарын тиімді хелаттай алады, бұл оларды кеннен алуды жеңілдетеді. Дегенмен, бұл реагенттердің құны олардың кең таралуы үшін шектеуші фактор болып табылады.

5 Иондық-адсорбциялық сирек жер рудалары үшін тұндырғыштар

Сирек жер иондары ерітіндіге сіңгеннен кейін оларды тұндыру және қалпына келтіру қажет. Тұндырғыштар сілті ерітіндісінен бөлінетін сирек жер қосылыстарын қалыптастыру үшін қолданылады.

5.1 Аммоний бикарбонаты

Аммоний бикарбонаты әдетте сирек жер карбонаттары ретінде шайма ерітінділерінен сирек жер иондарын тұндыру үшін қолданылады. Бұл реагент тиімді және салыстырмалы түрде арзан, бірақ ол экологиялық қиындықтар туғызатын аммонийі бар ағынды сулардың үлкен көлемін шығара алады.

5.2 Қымыздық қышқылы

Қымыздық қышқылы сирек жер оксалаттары ретінде сирек жер элементтерін тұндыру үшін кеңінен қолданылады, содан кейін сирек жер оксидтерін алу үшін күйдіруге болады. Қымыздық қышқылы өте тиімді, бірақ аммоний бикарбонатынан қымбатырақ болуы мүмкін. Сонымен қатар, қымыздық қышқылымен жұмыс істеу оның уыттылығына байланысты мұқият қауіпсіздік шараларын талап етеді.

5.3 Жаңа тұндырғыштар

Сирек кездесетін жерді қалпына келтіруге арналған селективті және қоршаған ортаға зиянсыз тұндыру агенттерін әзірлеу бойынша зерттеулер жалғасуда. Оларға органикалық қышқылдар, биологиялық ыдырайтын реагенттер және ион алмастырғыш шайырлар жатады.

6 Болашақ бағыттары мен перспективалары

Сирек кездесетін минералды өңдеу реагенттерінің болашағы неғұрлым селективті, тиімді және экологиялық таза реагенттерді жасауда жатыр. Болашақ зерттеулердің негізгі бағыттары мыналарды қамтиды:

• Жасыл реагенттерді әзірлеу: Флотация және шаймалау реагенттерінің қоршаған ортаға әсері, әсіресе сирек жерді өңдеу контекстінде маңызды мәселе болып табылады. Аммоний сульфаты және қымыздық қышқылы сияқты дәстүрлі химиялық заттарды алмастыра алатын биологиялық ыдырайтын, улы емес реагенттерді әзірлеу қажеттілігі артып келеді.

• Селективтілікті жетілдіру: Жаңа коллекторлар, депрессанттар және көпірткіштер сирек жер флотациясының селективтілігін жақсарту үшін қажет, әсіресе төмен сұрыпты және күрделі кендер үшін. Бұған жаңа молекулалық құрылымдарды зерттеу және бар реагенттерді модификациялау кіреді.

• Шығындардың төмендеуі: Кейбір сирек жер өңдеу реагенттерінің, әсіресе гидроксамин қышқылдары мен фосфон қышқылдарының жоғары құны олардың кең таралуын шектейтін фактор болып табылады. Болашақ зерттеулер неғұрлым қолжетімді баламаларды синтездеуге немесе дозаға қойылатын талаптарды азайту үшін бар реагенттердің тиімділігін арттыруға бағытталуы керек.

• Экологиялық тұрақтылық: Бүкіл әлемде тау-кен өндірісінің қоршаған ортаға әсерін азайтуға бағытталған ережелердің өсуіне байланысты сирек жерді өңдеудің экологиялық тұрақты технологияларын дамыту маңыздырақ болып отыр. Бұл зиянды химиялық заттарды пайдалануды азайтуды және қалдықтар мен ластануды азайтуды қамтиды.

Қорытындылай келе, сирек кездесетін минералды өңдеу химиялық реагенттерді пайдалануға қатты тәуелді және осы реагенттердің тиімділігін, селективтілігін және тұрақтылығын арттыру үшін үздіксіз зерттеулер өте маңызды. Жаңа, жасыл реагенттерді дамыту сирек жерді байытудың болашағы үшін маңызды болады, өйткені осы маңызды минералдарға әлемдік сұраныс артып келеді.