Тренутни истраживачки статус и изгледи реагенса за прераду минерала ретких земаља

Реагенси за прераду минерала ретких земаља: сакупљачи, депресиви, средства за пењење и средства за испирање за ефикасан и одржив опоравак

Елементи ретких земаља (РЕЕ) поседују низ изузетних физичких и хемијских својстава, што их чини кључним у различитим применама, од електронике до војних употреба. Земље као што су Кина, Сједињене Државе, Јапан и Аустралија препознају их као есенцијалне минерале. Међутим, минерали ретких земаља су у изобиљу у разноликости, али су ниског квалитета и често су блиско повезани са сличним минералима из ланца. Њихово обогаћивање се у великој мери ослања на напредак у реагенсима за прераду минерала.

Овај чланак је усмерен на ефикасно коришћење ресурса ретких земаља. Он сумира тренутно стање истраживања и развоја флотациони реагенси за руде ретких земаља на бази минерала, укључујући сакупљаче, депресори, активатори и пјене, заједно са њиховим флотационим механизмима. Реагенси за хемијско обогаћивање руда ретких земаља јонског типа, укључујући средства за лужење и таложни агенси, такође се разматрају, покривајући њихов статус истраживања и механизме испирања. Штавише, тренутно стање у флотација ретких земаља колекционара се оцењује, а будући правци истраживања за Прерада минерала ретких земаља анализирају се реагенси. Овај преглед има за циљ да пружи референцу за компаније и професионалце који се баве прерадом минерала ретких земаља и развојем реагенса.

КСНУМКС Увод

Елементи ретких земаља (РЕЕ) укључују скандијум, итријум и свих 15 лантанида, укупно 17 елемената. Ови елементи показују низ изузетних физичких и хемијских својстава, што их чини критичним у различитим цивилним и војним секторима, укључујући медицинску, енергетску и одбрамбену индустрију. Често се називају „индустријским витаминима“, „чудотворним елементима“, „пољопривредним хормонима“ и „ратним металима“, које државе попут Сједињених Држава, Кине, Јапана, Аустралије, Канаде и Европске уније препознају као критичне минерале. Према Геолошком заводу Сједињених Држава (УСГС), од 2022. године, глобалне резерве ретких земних оксида (РЕО) износе око 120 милиона тона, првенствено концентрисане у Кини (36.7%), Вијетнаму (18.3%), Бразилу (17.5%), Русији (17.5%), Индији (5.8%) и Аустралији.

Највећи светски рудници ретких земаља укључују кинеска лежишта Бајан Обо, Маониупинг и Ганџоу, рудник Моунтаин Пасс у САД, руднике Аракса и Минасу у Бразилу, лежиште Странге Лаке у Канади, лежиште Моунт Велд у Аустралији и лежиште Зандкопсдрифт у Јужној Африци. Поред тога, јужне провинције Кине, укључујући Јиангки, Гуангдонг, Фујиан и Иуннан, су дом за преко 170 висококвалитетних јонских адсорпционих наслага ретких земаља, које служе као глобални примарни извор средњих и тешких реткоземних елемената.

Идентификовано је више од 250 типова минерала ретких земаља, при чему бастназит ((Це, Ла)(ЦО3)Ф), моназит ((Це, Ла)ПО4), ксенотим (ИПО4), итријалит (И2ФеБе(СиО4)2О2) и фергусонит (ИНбО4-95) чини више од укупног минерала ра земље или XNUMX%. Међутим, ове руде се често повезују са кварцом, флуоритом, баритом, фелдспатом, калцитом и другим минералима силикатног ланца, што резултира рудама ниског квалитета које је тешко одвојити. Као такво, обогаћивање руда ретких земаља често захтева комбинацију гравитационог одвајања, магнетне сепарације и флотације за надоградњу руда ниског квалитета у индустријске концентрате за топљење. У случају јонски адсорпционих руда ретких земаља, ретки земни елементи се адсорбују као јони на минералним површинама или унутар слојева кристала, што захтева хемијску обраду да би се екстраховали оксиди ретких земаља.

Било да се ради о рудама ретких земаља на бази минерала или јонског типа, примена реагенаса за обогаћивање је кључна у одређивању квалитета производа, опоравак ретких земаља стопе, ефикасност производње, трошкови и утицај на животну средину.

Овај чланак се фокусира на ефикасно обогаћивање ресурса ретких земаља, нудећи детаљан преглед типова, механизама и напретка истраживања флотационих реагенаса (сакупљачи, пениоци, регулатори) за руде ретких земаља на бази минерала, као и реагенса за хемијско обогаћивање (средства за лужење, агенси за таложење) или таложни агенси. Такође представља будуће правце истраживања и развоја реагенаса за прераду минерала ретких земаља, са циљем да обезбеди референцу за компаније и истраживаче који се баве сепарацијом ретких земаља или развојем индустријских реагенса.

1 Сакупљачи флотације ретких земаља

Сакупљачи играју кључну улогу у флотацији ретких земаља тако што мењају површинску хидрофобност циљних минерала, чинећи их лакшим за причвршћивање на мехуриће и побољшавајући њихова својства флотације. На основу функционалних група, колектори за флотацију ретких земаља могу се класификовати на хидроксаминске киселине, масне киселине, фосфонске киселине и друге реагенсе.1.1 Колектори хидроксаминске киселине

Колектори хидроксаминске киселине, развијени 1980-их, су најчешће коришћени реагенси у флотацији ретких земаља. Хидроксаминске киселине, познате и као оксими, постоје у два изомерна облика: оксим (кето структура) и хидроксамска киселина (енолна структура), при чему је оксим доминантан. Оба изомера се дисоцирају и формирају идентичне ањоне током флотације.

Уобичајени сакупљачи хидроксамске киселине који се користе у флотацији ретких земаља укључују Ц7-Ц9 алкил хидроксаминску киселину, 2-хидрокси-3-нафтохидроксамску киселину (Х205), 1-хидрокси-2-нафтохидроксамску киселину (Х203), салицилну хидроксаминску киселину (Л102, бензохидроксамичну киселину), киселина, октил малонска хидроксаминска киселина (ОМХА) и други модификовани или мешани производи хидроксамске киселине, као што су Х316 (модификована Х205), П8 (углавном хидроксинафтохидроксамска киселина), ЛФ8# (98% хидроксинафтохидроксамска киселина) и колектор 103 хидрокс (салицилна киселина). Док хидроксамске киселине показују добру селективност за елементе ретких земаља, често захтевају загревање током флотације, што доводи до већих трошкова енергије, а њихова синтеза такође може бити скупа.

1.2 Сакупљачи масних киселина

Сакупљачи масних киселина се користе у флотацији ретких земаља од 1950-их када је олеинска киселина успешно примењена на Моунтаин Пасс у Сједињеним Државама. У Кини су систематске студије о употреби олеинске киселине и оксидованог парафинског сапуна за флотацију ретких земаља почеле 1960-их.

Сакупљачи масних киселина су добијени од природних биљних или животињских уља, обично састављени од мешавине Ц10-Ц20 засићених и незасићених карбоксилних киселина или соли. Уобичајени реагенси укључују олеинску киселину, натријум олеат, тал уље, оксидовани парафински сапун, воћно уље бакуса, фталате, нафтенску киселину и оксидоване деривате нафте. Међутим, сакупљачи масних киселина имају мању селективност за минерале ретких земаља и често захтевају додавање депресива и подешавања температуре да би се постигло ефикасно одвајање.

Верује се да флотација минерала ретких земаља коришћењем масних киселина укључује комбинацију физичке адсорпције, хемијске адсорпције и површинских хемијских реакција.

1.3 Сакупљачи фосфонске киселине

Колектори фосфонске киселине (—П=О) и фосфоната (—О—П=О) показују јаче перформансе флотације за металне минерале у поређењу са сакупљачима хидроксамских и масних киселина. Међутим, сакупљачи фосфонске киселине генерално имају нижу селективност.

Тренутно коришћени колектори фосфонске киселине у флотацији ретких земаља укључују стирен фосфонску киселину, п-толуен фосфонску киселину, бензил фосфонску киселину, α-хидроксибензил фосфонску киселину и комерцијалне производе као што су П538 и Флотинор 1682.

1.4 Други сакупљачи

Осим хидроксаминских киселина, масних киселина и фосфонских киселина, истражују се различити нови колектори како би се побољшала ефикасност и селективност флотације ретких земаља. Неки од њих укључују сулфонате, тио-фосфате и кватернарне амонијумове соли.

• Сулфонати: Пријављено је да сулфонати показују добру селективност и перформансе у процесима флотације, али је њихова примена у флотацији минерала ретких земаља још увек у раној фази.

• Тио-фосфати: Ови колектори се често користе у флотацији сулфидних минерала, али истраживање њихове примене у флотацији ретких земаља је у току.

• Квартарне амонијумове соли: Ова једињења су истражена због њихове способности да плутају несулфидне минерале, а забележен је и одређени успех у флотацији ретких земаља. Они делују путем електростатичке привлачности са негативно наелектрисаним минералним површинама.

Истраживачи стално експериментишу са новим реагенсима како би побољшали ефикасност флотације минерала ретких земаља, фокусирајући се и на побољшање стопе опоравка и на смањење утицаја ових хемикалија на животну средину.

2 депресива за флотацију ретких земаља

Депресанти су од суштинског значаја у флотацији минерала ретких земаља за селективно инхибирање минерала танги, чиме се побољшава селективност и принос циљаних минерала ретких земаља. Примарни минерали ланца који су повезани са рудама ретких земаља, као што су кварц, калцит и барит, често показују слично понашање флотације, због чега је њихова селективна инхибиција кључна.

Уобичајени депресиви у флотацији ретких земаља укључују водено стакло (натријум силикат), натријум флуорид, танине и скроб.

2.1 Натријум силикат (водено стакло)

Натријум силикат, познат као водено стакло, један је од најчешће коришћених депресива у флотацији ретких земаља. Користи се за инхибицију силикатних минерала као што су кварц и фелдспат. Механизам депресивног дејства натријум силиката се генерално приписује формирању слоја силицијум-диоксида на површини минерала ланца, који спречава адсорпцију колектора.

Водено стакло је ефикасан, јефтин депресант, али на његов учинак могу утицати фактори као што су пХ, концентрација јона и доза реагенса. Истраживачи истражују модификоване силикате и друге хемијске адитиве како би побољшали селективност воденог стакла.

2.2 Натријум флуорид

Натријум флуорид се користи за смањење калцита у процесима флотације ретких земаља. Његов депресивни ефекат се заснива на реакцији између флуоридних јона и јона калцијума, формирајући нерастворљив филм калцијум флуорида на површини минерала, који спречава адсорпцију колектора.

Међутим, натријум флуорид је веома токсична супстанца и његова употреба може представљати забринутост за животну средину и безбедност. Као резултат тога, истраживачи активно траже сигурније алтернативе.

2.3 Танини и скроб

Танини и скроб су примери органских депресива који се користе у флотацији ретких земаља. Танини, добијени из биљних материјала, користе се за депресију минерала ланца као што су барит и флуорит. Њихов механизам укључује комплексирање са металним јонима на површини минерала, смањујући причвршћивање колектора.

Скроб се обично користи као депресант за хематит и друге минерале који садрже гвожђе у флотацији минерала ретких земаља. Интеракција између скроба и минерала је типично физичка, при чему се молекули скроба адсорбују на површину минерала, спречавајући деловање сакупљача.

2.4 Нови депресиви

Развој нових депресива је стална област истраживања флотације ретких земаља. Ови нови реагенси имају за циљ да побољшају селективност и смање утицај на животну средину процеса флотације. Примери скорашњег развоја укључују модификоване скробове, синтетичке полимере и биоразградиве органске депресанте.

3 пенилице за флотацију ретке земље

Пенилице играју виталну улогу у стварању стабилне пене у флотационим ћелијама, омогућавајући одвајање ретких земних минерала од материјала ланца. Пениоци утичу на величину мехурића, стабилност пене и кинетику флотације. Најчешће коришћени пениоци у флотацији ретких земаља су реагенси на бази алкохола и етра.

3.1 Пенилице на бази алкохола

Пенилице на бази алкохола, као што су метил изобутил карбинол (МИБЦ) и борово уље, се широко користе у минералној флотацији, укључујући флотацију ретких земаља. Ови производи за пену помажу у стварању малих, стабилних мехурића који побољшавају флотацију финих честица.

Средства за пену на бази алкохола су релативно јефтина и ефикасна, али њихов учинак може да варира у зависности од фактора као што су пХ, минерални састав и интеракције реагенса.

3.2 Пенилице на бази етра

Пенилице на бази етра, као што су полипропилен гликол етри (нпр. ДФ-250), такође се обично користе у флотацији ретких земаља. Ови производи за пену имају тенденцију да производе финије мехуриће и стабилније пене у поређењу са пенилицама на бази алкохола. Међутим, пенилице на бази етра могу бити скупље и могу захтевати прецизну контролу дозе.

3.3 Роман Фротхерс

Истраживање нових средстава за пену за флотацију ретких земаља фокусира се на побољшање селективности и стабилности пене уз минимизирање утицаја на животну средину. Ово укључује биоразградиве пене и пене са побољшаном отпорношћу на присуство уља и других загађивача у флотацијској суспензији.

4 Реагенси за лужење за јонске адсорпционе руде ретких земаља

Јонске адсорпционе руде ретких земаља су јединствене по томе што се ретки земни елементи адсорбују на површини минерала глине уместо да буду закључани у минералним структурама. Ове руде се обично прерађују испирањем, а не флотацијом. Средства за лужење играју кључну улогу у овом процесу тако што десорбују јоне ретких земаља са глинених површина.

4.1 Излуживање амонијум сулфатом

Амонијум сулфат је најчешће коришћено средство за лужење за јонско-адсорпционе руде ретких земаља. Јони амонијума у ​​раствору се размењују са јонима ретких земаља на површини минерала глине, ослобађајући их у раствор. Овај метод се широко користи због релативно ниске цене и једноставности.

Међутим, испирање амонијум сулфата може изазвати значајне проблеме животне средине, посебно у смислу загађења амонијум јонима. Улажу се напори да се развију еколошки прихватљивије алтернативе.

4.2 Испирање натријум хлорида и магнезијум сулфата

Натријум хлорид и магнезијум сулфат су истраживани као алтернативе амонијум сулфату. Ови реагенси функционишу кроз сличне механизме јонске размене, али имају предност што су мање штетни по животну средину. Међутим, они имају тенденцију да буду мање ефикасни у погледу стопа опоравка, па су потребна даља истраживања како би се оптимизовала њихова употреба.

4.3 Органска средства за лужење

Органски агенси за лужење, као што су лимунска киселина и ЕДТА, се истражују као еколошки прихватљиве алтернативе конвенционалним неорганским реагенсима за лужење. Ова органска једињења могу ефикасно хелирати јоне ретких земаља, што их чини лакшим за екстракцију из руде. Међутим, цена ових реагенаса је ограничавајући фактор за њихово широко усвајање.

5 Средства за таложење за јонске адсорпционе руде ретких земаља

Једном када се јони ретких земаља излуже у раствор, потребно их је исталожити и повратити. Средства за таложење се користе за формирање једињења ретких земаља која се могу одвојити од раствора за лужење.

5.1 Амонијум бикарбонат

Амонијум бикарбонат се обично користи за таложење јона ретких земаља из раствора за лужење као карбоната ретких земаља. Овај реагенс је ефикасан и релативно јефтин, али може произвести велике количине отпадне воде која садржи амонијум, што представља изазове за животну средину.

5.2 Оксална киселина

Оксална киселина се широко користи за таложење ретких земних елемената као оксалата ретких земаља, који се затим могу калцинисати да би се произвели оксиди ретких земаља. Оксална киселина је веома ефикасна, али може бити скупља од амонијум бикарбоната. Поред тога, руковање оксалном киселином захтева пажљиве мере безбедности због њене токсичности.

5.3 Нова средства за таложење

Истраживања су у току како би се развила селективнија и еколошки бенигнија средства за таложење за опоравак ретких земаља. То укључује органске киселине, биоразградиве реагенсе и јоноизмењивачке смоле.

6 Будући правци и изгледи

Будућност реагенаса за прераду минерала ретких земаља лежи у развоју селективнијих, ефикаснијих и еколошки прихватљивијих реагенаса. Кључне области за будућа истраживања укључују:

• Развој зелених реагенаса: Утицај флотације и реагенаса за лужење на животну средину је главна брига, посебно у контексту прераде ретких земаља. Постоји растућа потреба за развојем биоразградивих, нетоксичних реагенаса који могу заменити традиционалне хемикалије као што су амонијум сулфат и оксална киселина.

• Побољшање селективности: Потребни су нови колектори, депресиви и пениоци да би се побољшала селективност флотације ретких земаља, посебно за нискоквалитетне и сложене руде. Ово укључује истраживање нових молекуларних структура и модификацију постојећих реагенаса.

• Смањење трошкова: Висока цена неких реагенаса за обраду ретких земаља, посебно хидроксаминских киселина и фосфонских киселина, представља ограничавајући фактор за њихову широку употребу. Будућа истраживања би требало да се фокусирају на синтезу приступачнијих алтернатива или на побољшање ефикасности постојећих реагенаса за смањење захтева за дозом.

• Одрживост животне средине: Са све већим прописима широм света који имају за циљ смањење утицаја рударских операција на животну средину, развој еколошки одрживих технологија прераде ретких земаља постаје све важнији. Ово укључује минимизирање употребе штетних хемикалија и смањење стварања отпада и загађења.

У закључку, прерада минерала ретких земаља у великој мери зависи од употребе хемијских реагенаса, а текућа истраживања су неопходна за побољшање ефикасности, селективности и одрживости ових реагенаса. Развој нових, зеленијих реагенаса биће од кључног значаја за будућност обогаћивања ретких земаља, пошто глобална потражња за овим критичним минералима наставља да расте.