희토류 광물 가공 시약의 현재 연구 현황 및 전망

희토류 광물 처리 시약: 효율적이고 지속 가능한 회수를 위한 수집제, 진정제, 거품제 및 침출제

희토류 원소(REE)는 다양한 뛰어난 물리적 및 화학적 특성을 가지고 있어 전자에서 군사적 용도에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 필수적입니다. 중국, 미국, 일본, 호주와 같은 국가에서는 필수 광물로 인정받고 있습니다. 그러나 희토류 광물은 종류가 풍부하지만 품위가 낮고 종종 유사한 갱석 광물과 밀접하게 연관되어 있습니다. 이들의 선광은 광물 처리 시약의 발전에 크게 의존합니다.

이 기사는 희토류 자원의 효율적인 선광을 목표로 합니다. 이는 희토류 자원의 연구 및 개발의 현재 상태를 요약합니다. 부유 시약 수집가를 포함한 광물 기반 희토류 광석의 경우 진정제, 활성제 및 거품기, 부유 메커니즘과 함께. 이온형 희토류 광석을 위한 화학적 선광 시약, 포함 침출제 또한 침전제에 대해서도 논의하며, 연구 상태와 침출 메커니즘을 다룹니다. 또한 현재 상태 희토류 부유 수집가의 평가 및 향후 연구 방향 희토류 광물 가공 시약이 분석됩니다. 이 리뷰는 희토류 광물 가공 및 시약 개발에 종사하는 회사와 전문가에게 참고 자료를 제공하는 것을 목표로 합니다.

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희토류 원소(REE)에는 스칸듐, 이트륨, 그리고 15개의 란타넘족 원소가 모두 포함되어 총 17개의 원소가 있습니다. 이러한 원소는 다양한 뛰어난 물리적 및 화학적 특성을 나타내므로 의료, 에너지, 방위 산업을 포함한 다양한 민간 및 군사 분야에서 필수적입니다. 이들은 종종 "산업용 비타민", "기적의 원소", "농업 호르몬", "전쟁 금속"이라고 불리며 미국, 중국, 일본, 호주, 캐나다, 유럽 연합과 같은 국가에서 중요한 미네랄로 인정받고 있습니다. 미국 지질 조사국(USGS)에 따르면 2022년 현재 전 세계 희토류 산화물(REO) 매장량은 약 120억 36.7만 톤으로 주로 중국(18.3%), 베트남(17.5%), 브라질(17.5%), 러시아(5.8%), 인도(3.3%), 호주(XNUMX%)에 집중되어 있습니다.

세계의 주요 희토류 광산에는 중국의 바얀 오보, 마오니우핑, 간저우 매장지, 미국의 마운틴 패스 광산, 브라질의 아락사, 미나수 광산, 캐나다의 스트레인지 레이크 매장지, 호주의 마운트 웰드 매장지, 남아프리카의 잔드코프스드리프트 매장지가 있습니다. 또한 장시, 광둥, 푸젠, 윈난을 포함한 중국의 남부 지방에는 170개가 넘는 고품질 이온 흡착 희토류 매장지가 있어 중희토류 및 중희토류 원소의 세계적 주요 공급원 역할을 합니다.

250종 이상의 희토류 광물이 확인되었으며, 바스트네사이트((Ce, La)(CO3)F), 모나자이트((Ce, La)PO4), 제노타임(YPO4), 이트리아라이트(Y2FeBe(SiO4)2O2), 퍼거소나이트(YNbO4)가 전체 광물 기반 희토류 광석의 95% 이상을 차지합니다. 그러나 이러한 광석은 종종 석영, 형석, 중정석, 장석, 방해석 및 기타 규산염 갱석 광물과 관련되어 분리하기 어려운 저품위 광석이 생성됩니다. 따라서 희토류 광석의 선광에는 종종 중력 분리, 자기 분리 및 부유 선별을 결합하여 저품위 광석을 산업용 제련 등급 농축물로 업그레이드해야 합니다. 이온 흡착 희토류 광석의 경우 희토류 원소는 광물 표면이나 결정층 내에 이온으로 흡착되어 희토류 산화물을 추출하기 위한 화학적 처리가 필요합니다.

광물 기반 또는 이온 유형 희토류 광석을 다루는 경우, 선별 시약의 적용은 제품 등급을 결정하는 데 중요합니다. 희토류 회수 요율, 생산 효율성, 비용, 환경 영향.

이 글은 희토류 자원의 효율적인 선광에 초점을 맞추고, 미네랄 기반 희토류 광석을 위한 부유 시약(수집기, 거품기, 조절기)의 유형, 메커니즘, 연구 진행 상황과 이온형 희토류 광석을 위한 화학적 선광 시약(침출제, 침전제)에 대한 자세한 개요를 제공합니다. 또한 희토류 광물 처리 시약의 연구 개발에 대한 미래 방향을 제시하여 희토류 분리 또는 산업용 시약 개발에 종사하는 회사와 연구자에게 참고 자료를 제공하고자 합니다.

1 희토류 부유 수집기

수집기는 표적 광물의 표면 소수성을 변경하여 거품에 부착하기 쉽게 만들고 부유 특성을 개선함으로써 희토류 부유에서 중요한 역할을 합니다. 기능 그룹에 따라 희토류 부유용 수집기는 히드록사믹산, 지방산, 포스폰산 및 기타 시약으로 분류할 수 있습니다.1.1 히드록사믹산 수집기

1980년대에 개발된 히드록사믹산 수집기는 희토류 부유에서 가장 일반적으로 사용되는 시약입니다. 옥심으로도 알려진 히드록사믹산은 옥심(케토 구조)과 히드록사믹산(에놀 구조)의 두 가지 이성질체 형태로 존재하며, 옥심이 우세합니다. 두 이성질체는 부유 중에 분리되어 동일한 음이온을 형성합니다.

희토류 부유에 사용되는 일반적인 히드록삼산 수집제로는 C7-C9 알킬 히드록삼산, 2-히드록-3-나프토히드록삼산(H205O1), 2-히드록-203-나프토히드록삼산(H102O316), 살리실 히드록삼산(L205), 시클로알킬 히드록삼산, 벤질옥삼산, 옥틸 말론 히드록삼산(OMHA) 및 H8(개질된 H8O98), P103(주로 히드록사나프토히드록삼산), LFXNUMX#(XNUMX% 히드록사나프토히드록삼산) 및 수집제 XNUMX(살리실 히드록삼산)과 같은 기타 개질 또는 혼합 히드록삼산 제품이 있습니다. 히드록삼산은 희토류 원소에 대한 선택성이 좋지만, 부유 중에 종종 가열이 필요하여 에너지 비용이 높아지고 합성도 비쌀 수 있습니다.

1.2 지방산 수집기

지방산 수집기는 1950년대 미국에서 올레산이 Mountain Pass에 성공적으로 적용된 이래 희토류 부유에 사용되었습니다. 중국에서는 1960년대에 희토류 부유에 올레산과 산화 파라핀 비누를 사용하는 체계적인 연구가 시작되었습니다.

지방산 수집제는 일반적으로 C10-C20 포화 및 불포화 카르복실산 또는 염의 혼합물로 구성된 천연 식물성 또는 동물성 오일에서 파생됩니다. 일반적인 시약에는 올레산, 올레산나트륨, 톨유, 산화 파라핀 비누, 바커스 과일 오일, 프탈레이트, 나프텐산 및 산화 석유 유도체가 포함됩니다. 그러나 지방산 수집제는 희토류 광물에 대한 선택성이 낮고 효과적인 분리를 달성하기 위해 억제제를 추가하고 온도를 조정해야 하는 경우가 많습니다.

지방산을 이용한 희토류 광물의 부유에는 물리적 흡착, 화학적 흡착 및 표면 화학 반응이 결합된 것으로 여겨진다.

1.3 인산수집기

포스폰산(—P=O) 및 포스포네이트(—O—P=O) 수집기는 수산삼산 및 지방산 수집기에 비해 금속 광물에 대한 더 강력한 부유 성능을 보입니다. 그러나 포스폰산 수집기는 일반적으로 선택성이 낮습니다.

현재 희토류 부유선광에 사용되는 포스폰산 회수제로는 스티렌 포스폰산, p-톨루엔 포스폰산, 벤질 포스폰산, α-하이드록시벤질 포스폰산과 P538, Flotinor 1682와 같은 시판 제품이 있습니다.

1.4 기타 수집가

히드록사믹산, 지방산, 포스폰산 외에도 다양한 새로운 수집기가 희토류 부유 효율과 선택성을 개선하기 위해 연구되고 있습니다. 여기에는 설포네이트, 티오인산염, 4차 암모늄염이 포함됩니다.

• 술포 네이트: 설포네이트는 부유선별 공정에서 좋은 선택성과 성능을 보이는 것으로 보고되었지만, 희토류 광물 부유에 대한 응용은 아직 초기 단계에 있습니다.

• 티오인산염: 이러한 수집기는 황화물 광물 부유에 자주 사용되지만, 희토류 부유에 적용하기 위한 연구가 진행 중입니다.

• 4차 암모늄염: 이 화합물은 비황화물 광물을 부유시키는 능력에 대해 연구되었으며, 희토류 부유에서 어느 정도 성공한 사례가 보고되었습니다. 이들은 음전하를 띤 광물 표면과 정전기적 인력을 통해 작동합니다.

연구자들은 희토류 광물 부유의 효율성을 높이기 위해 새로운 시약을 끊임없이 실험하고 있으며, 회수율을 높이고 이러한 화학 물질의 환경 영향을 줄이는 데 중점을 두고 있습니다.

희토류 부유를 위한 2가지 억제제

억제제는 희토류 광물 부유에서 갱석 광물을 선택적으로 억제하여 표적 희토류 광물의 선택성과 수율을 개선하는 데 필수적입니다. 석영, 방해석, 중정석과 같은 희토류 광석과 관련된 주요 갱석 광물은 종종 유사한 부유 거동을 나타내므로 선택적 억제가 중요합니다.

희토류 부유에서 일반적인 억제제로는 물유리(규산나트륨), 불화나트륨, 타닌, 전분이 있습니다.

2.1 규산나트륨(물유리)

일반적으로 물유리로 알려진 규산나트륨은 희토류 부유에서 가장 널리 사용되는 억제제 중 하나입니다. 석영 및 장석과 같은 규산염 광물을 억제하는 데 사용됩니다. 규산나트륨의 억제 작용 메커니즘은 일반적으로 갱석 광물 표면에 실리카 층이 형성되어 수집기 흡착을 방지하는 데 기인합니다.

물유리는 효과적이고 저렴한 억제제이지만, 그 성능은 pH, 이온 농도, 시약 투여량과 같은 요인에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 연구자들은 물유리의 선택성을 개선하기 위해 변형된 규산염과 기타 화학 첨가제를 탐구하고 있습니다.

2.2 불화나트륨

불화나트륨은 희토류 부유 공정에서 방해석을 억제하는 데 사용됩니다. 억제 효과는 불화물 이온과 칼슘 이온 간의 반응에 기반하며, 미네랄 표면에 불용성 칼슘 불화물 필름을 형성하여 수집기 흡착을 방지합니다.

그러나 불화나트륨은 매우 독성이 강한 물질이며, 이를 사용하면 환경 및 안전 문제가 발생할 수 있습니다. 그 결과, 연구자들은 더 안전한 대안을 적극적으로 찾고 있습니다.

2.3 타닌과 전분

탄닌과 전분은 희토류 부유에 사용되는 유기 억제제의 예입니다. 식물 재료에서 유래한 탄닌은 중정석 및 불소석과 같은 갱석 광물을 억제하는 데 사용됩니다. 이들의 메커니즘은 광물 표면의 금속 이온과 복합화되어 수집기 부착을 줄이는 것입니다.

전분은 희토류 광물의 부유에서 적철광 및 기타 철 함유 광물에 대한 억제제로 일반적으로 사용됩니다. 전분과 광물 간의 상호 작용은 일반적으로 물리적이며, 전분 분자는 광물 표면에 흡착되어 수집기 작용을 방지합니다.

2.4 새로운 진정제

새로운 억제제의 개발은 희토류 부유에서 진행 중인 연구 분야입니다. 이러한 새로운 시약은 부유 공정의 선택성을 개선하고 환경적 영향을 줄이는 것을 목표로 합니다. 최근 개발의 예로는 변형 전분, 합성 폴리머, 생분해성 유기 억제제가 있습니다.

희토류 부유를 위한 3개의 거품기

거품기는 부유 셀에서 안정적인 거품을 만드는 데 중요한 역할을 하며, 희토류 광물을 갱석 물질에서 분리할 수 있게 합니다. 거품기는 거품 크기, 거품 안정성 및 부유 동역학에 영향을 미칩니다. 희토류 부유에서 가장 일반적으로 사용되는 거품기는 알코올 기반 및 에테르 기반 시약입니다.

3.1 알코올 기반 거품제

메틸 이소부틸 카르비놀(MIBC) 및 소나무 오일과 같은 알코올 기반 거품제는 희토류 부유를 포함한 광물 부유에 널리 사용됩니다. 이러한 거품제는 미세 입자의 부유를 향상시키는 작고 안정적인 거품을 생성하는 데 도움이 됩니다.

알코올 기반 거품제는 비교적 저렴하고 효과적이지만, 그 성능은 pH, 미네랄 구성, 시약 상호 작용 등의 요인에 따라 달라질 수 있습니다.

3.2 에테르 기반 거품기

폴리프로필렌 글리콜 에테르(예: DF-250)와 같은 에테르 기반 거품제는 희토류 부유에서 일반적으로 사용됩니다. 이러한 거품제는 알코올 기반 거품제에 비해 더 미세한 거품과 더 안정적인 거품을 생성하는 경향이 있습니다. 그러나 에테르 기반 거품제는 더 비쌀 수 있으며 정확한 투여량 제어가 필요할 수 있습니다.

3.3 새로운 거품기

희토류 부유를 위한 새로운 거품기 연구는 환경 영향을 최소화하면서 선택성과 거품 안정성을 개선하는 데 중점을 둡니다. 여기에는 생분해성 거품기와 부유 슬러리의 오일 및 기타 오염 물질에 대한 내성이 향상된 거품기가 포함됩니다.

이온 흡착 희토류 광석을 위한 4가지 침출 시약

이온 흡착 희토류 광석은 희토류 원소가 광물 구조에 고정되는 것이 아니라 점토 광물 표면에 흡착된다는 점에서 독특합니다. 이러한 광석은 일반적으로 부유보다는 침출을 사용하여 처리됩니다. 침출제는 점토 표면에서 희토류 이온을 탈착하여 이 과정에서 중요한 역할을 합니다.

4.1 황산암모늄 침출

황산암모늄은 이온 흡착 희토류 광석에 가장 일반적으로 사용되는 침출제입니다. 용액 내의 암모늄 이온은 점토 광물 표면의 희토류 이온과 교환하여 용액으로 방출합니다. 이 방법은 비교적 비용이 낮고 간단하기 때문에 널리 사용됩니다.

그러나 황산암모늄 침출은 특히 암모늄 이온 오염 측면에서 심각한 환경 문제를 일으킬 수 있습니다. 보다 환경 친화적인 대안을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있습니다.

4.2 염화나트륨 및 황산마그네슘 침출

염화나트륨과 황산마그네슘은 황산암모늄의 대안으로 조사되었습니다. 이러한 시약은 유사한 이온 교환 메커니즘을 통해 작동하지만 환경에 덜 해롭다는 장점이 있습니다. 그러나 회수율 측면에서 덜 효과적인 경향이 있으며 사용을 최적화하기 위한 추가 연구가 필요합니다.

4.3 유기 침출제

구연산 및 EDTA와 같은 유기 침출제는 기존 무기 침출 시약에 대한 환경 친화적인 대안으로 연구되고 있습니다. 이러한 유기 화합물은 희토류 이온을 효과적으로 킬레이트하여 광석에서 추출하기 쉽게 만들 수 있습니다. 그러나 이러한 시약의 비용은 광범위한 채택에 대한 제한 요소입니다.

이온 흡착 희토류 광석을 위한 5가지 침전제

희토류 이온이 용액으로 침출되면 침전되어 회수되어야 합니다. 침전제는 침출 용액에서 분리될 수 있는 희토류 화합물을 형성하는 데 사용됩니다.

5.1 중탄산 암모늄

중탄산 암모늄은 일반적으로 침출액에서 희토류 이온을 희토류 탄산염으로 침전시키는 데 사용됩니다. 이 시약은 효과적이고 비교적 저렴하지만, 암모늄이 포함된 폐수를 대량으로 생성할 수 있어 환경적 문제가 됩니다.

5.2 옥살산

옥살산은 희토류 원소를 희토류 옥살산염으로 침전시키는 데 널리 사용되며, 이를 소성하여 희토류 산화물을 생성할 수 있습니다. 옥살산은 매우 효과적이지만 중탄산 암모늄보다 비쌀 수 있습니다. 또한 옥살산을 취급하려면 독성 때문에 신중한 안전 조치가 필요합니다.

5.3 새로운 침전제

희토류 회수를 위한 보다 선택적이고 환경적으로 무해한 침전제를 개발하기 위한 연구가 진행 중입니다. 여기에는 유기산, 생분해성 시약 및 이온 교환 수지가 포함됩니다.

6 미래 방향 및 전망

희토류 광물 가공 시약의 미래는 보다 선택적이고 효율적이며 환경 친화적인 시약의 개발에 달려 있습니다. 미래 연구의 핵심 영역은 다음과 같습니다.

• 녹색시약 개발: 부유 및 침출 시약의 환경적 영향은 특히 희토류 처리의 맥락에서 주요 관심사입니다. 황산암모늄 및 옥살산과 같은 기존 화학 물질을 대체할 수 있는 생분해성, 무독성 시약 개발에 대한 필요성이 커지고 있습니다.

• 선택성 향상: 희토류 부유 선별의 선택성을 개선하기 위해 새로운 수집기, 억제제 및 거품기가 필요합니다. 특히 저품위 및 복잡한 광석의 경우 더욱 그렇습니다. 여기에는 새로운 분자 구조의 탐색과 기존 시약의 수정이 포함됩니다.

• 비용 절감: 일부 희토류 가공 시약, 특히 히드록사믹산과 포스폰산의 높은 비용은 광범위한 사용에 대한 제한 요인입니다. 향후 연구는 더 저렴한 대안의 합성이나 투여량 요구 사항을 줄이기 위한 기존 시약의 효율성을 개선하는 데 중점을 두어야 합니다.

• 환경 지속 가능성: 전 세계적으로 광산 작업의 환경적 영향을 줄이기 위한 규제가 증가함에 따라 환경적으로 지속 가능한 희토류 처리 기술의 개발이 더욱 중요해지고 있습니다. 여기에는 유해 화학 물질의 사용을 최소화하고 폐기물과 오염 발생을 줄이는 것이 포함됩니다.

결론적으로, 희토류 광물 가공은 화학 시약의 사용에 크게 의존하며, 이러한 시약의 효율성, 선택성 및 지속 가능성을 개선하기 위한 지속적인 연구가 필수적입니다. 이러한 중요한 광물에 대한 글로벌 수요가 계속 증가함에 따라, 새롭고 더 친환경적인 시약의 개발은 희토류 채광의 미래에 매우 중요할 것입니다.