Nadir Toprak Elementleri

Nadir toprak elementleri (REE) veya lantanoidler ( bazen yanlış bir şekilde lantanitler olarak adlandırılır), grubun parçası olmayan, ancak genellikle aynı cevherde meydana geldikleri için REE olarak dahil edilen 15 element artı skandiyum ve itriyumdan oluşur. gövde. Bu nedenle toplamda 17 REE vardır. Hepsi birbirine çok benzer, neredeyse ayırt edilemez, gümüş rengindedir ve çok benzer kimyasal özellikler gösterirler.

Nadir toprak elementlerinin başlıca kaynakları, bastnäsit, monazit ve loparit mineralleri ve lateritik iyon adsorpsiyonlu killerdir. Kömür ve kömür yan ürünleri , yalnızca Kuzey Amerika’da tahmini miktarları 50 milyon mt aralığında olan REE dahil olmak üzere potansiyel bir kritik element kaynağıdır.

İsimlerine rağmen, nadir toprak elementleri nispeten bol miktarda bulunur. Örneğin seryum, yerkabuğunda bakırdan daha yaygın olan 25. en bol elementtir. Ancak, kolayca çıkarılabilecek kümelerde bulunamadıkları için oldukça nadir olarak kabul edilirler. Promethium gibi bazıları radyoaktiftir ve genellikle Toryum ile karıştırılan uranyum 238’in bozunmasının bir sonucu olarak üretilir. Çoğu REE, süpernova nükleosenteziyle oluşturulur.

Çin, dünya REE’sinin yaklaşık %85’ini, çoğunlukla İç Moğolistan’daki demir madenciliği operasyonlarının bir yan ürünü olarak üretiyor. Ağır REE’nin neredeyse %95’i, disprosiyumun %100’ü de dahil olmak üzere Çin tarafından üretilmektedir. Şu anda dünya çapında nadir toprak elementlerine olan talep, tedariklerini yılda 70.000 ton aşıyor. Bu, Kuzey Amerika ve Avrupa ülkeleri için kullanımlar, uygulamalar ve nadir toprak elementlerine olan talep açısından büyük bir stratejik/endüstriyel endişe, oldukça hızlı bir şekilde genişlemeye devam ediyor.

REE madenleri genellikle çevresel ve sosyal standartların çok düşük olduğu ülkelerde bulunur ve insan hakları ihlallerine, ormansızlaşmaya ve toprak ve suyun kirlenmesine neden olur.

Nadir toprakların madenciliği, rafine edilmesi ve geri dönüştürülmesi, uygun şekilde yönetilmezse ciddi çevresel sonuçlara yol açar. Düşük seviyeli radyoaktif atıklar ciddi tehlikeler arz eder ve bu maddelerin yanlış kullanımı büyük çevresel hasara neden olabilir.

Geri dönüşüm teknolojisindeki gelişmeler, çeşitli üretilmiş malzemelerden nadir toprak elementlerinin çıkarılmasını daha uygun hale getirdi. USGS tarafından, kullanılmış elektronik cihazlarda, mıknatıslarda ve pillerde yaklaşık 300.000 ton REE’nin depolandığı tahmin edilmektedir. Fransa ve Japonya, REE’nin geri dönüşümünde en gelişmiş ülkelerdir.

Son 15 yılda, nadir toprak elementlerinin özellikleri ve kullanımları ile ilgili araştırmalar ve bilgiler gelişti ve bu malzemelerin çoğu, özellikle rüzgar türbinleri gibi temiz enerji uygulamalarına odaklanan ileri teknolojik ekipmanların imalatında vazgeçilmez hale geldi. hibrit/elektrikli arabalar. Çoğu tüketici elektroniği cihazı REE gerektirir ve su arıtma, tuzdan arındırma, manyetik soğutma ve daha enerji verimli ampuller için geliştirilen yeni teknolojiler de REE’ye ihtiyaç duyacaktır. Kanada şu anda birçok endüstride kilit ürünlerin üretimi için REE içeren bileşenlerin ithalatına güvenmektedir. Böylece, doğrudan REE’ye dahil olan sektör kabaca 2 milyar dolar (130 000 ton) değerindeyken, küresel ekonomideki dolaylı değeri trilyonlarca dolar olarak ölçülebilir.

Nadir toprak elementleri, NTE içeren minerallerden kurtulduktan sonra birbirlerinden ayrılmaları zordur. Atom düzeyinde, lantanit elementleri benzer bir dış elektronik yapıya sahiptir ve bu yapı atom içindeki 4f elektronlarını korur. Bu elektron orbitallerinin varlığı ve kademeli olarak doldurulması, lantanitlerin temel özellikleridir. Bu benzersiz yapı, boyut olarak birbirine çok benzeyen REE iyonlarına yol açar. REE’lerin her biri ile ilişkili benzer kimyasal özelliklere yol açan, atom numaralarının bitişikliği değil, grup genelinde iyonik yarıçaplardaki bu benzerliktir. Bu, çözücü ekstraksiyonu (SX) gibi yoğun işlemlerin kullanılmasıyla bile ayrılmalarını zorlaştırır.

CVMR, REE’nin geri dönüşümü için tescilli bir sürece sahiptir.

CVMR’nin REE’nin Çıkarılması, Rafine Edilmesi ve Geri Dönüşümü

CVMR®, REE içeren cevherler için tescilli çıkarma ve arıtma işlemlerini kullanır. CVMR®’nin buhar metalurjisi prosesi çok daha az atık su içerir, şu anda Çin, Avustralya ve başka yerlerde kullanılan yaygın yöntemlerden daha ucuz ve daha hızlıdır.

CVMR Arketipsel Akış Sayfası

Aşağıdaki Akış Tablosu birçok projede test edilmiş ve etkinliği defalarca kanıtlanmıştır.

CVMR® Akış Sayfası

Mineraloji, metalurjiyi kontrol ettiği için nadir toprak işlemede en önemli faktördür. Mineraloji iyi anlaşılmadıysa, metalurji kusurlu ve verimsiz olacaktır. Önceden yapılan mineralojik değerlendirmeler, önemli mineralojik ilişkileri tanımlayabilir, bu da doğru metalürjik planlamaya yol açar ve zenginleştirme testi çalışmalarında erken tahminler sağlar. Bilinen 200’den fazla NTE içeren minerale rağmen, nadir toprak metallerinin çıkarılması için en uygun olan başlıca NTE mineral cevherlerinin yalnızca üçü olduğu kabul edilir: Bastnaezit (Ce,La,Y)CO ₃ F, Monazit (Ce,La,Nd ) ,Th)PO ₄ ve Ksenotim (YPO ₄ ).

NTE minerallerinin yapısal, morfolojik ve bileşimsel çeşitliliği ve doğal (örneğin, ayrışma) ve mühendislik (örneğin, fiziksel konsantrasyon) REE fraksiyonlama ve zenginleştirme mekanizmalarının karmaşıklığı göz önüne alındığında, mineralojik karakterizasyon, aramadan üretime kadar tüm adımlarda anahtar bir bileşendir. . Bir yatak içindeki REE minerallerinin kimyasal, yapısal, dokusal, morfolojik ve yüzey özelliklerinin ayrıntılı karakterizasyonu ve bu özelliklerin gelişiminin kapsamlı bir şekilde anlaşılması, verimli konsantrasyon ve ekstraksiyon işlemlerinin tanımlanması için temel oluşturur.

Örnek:

Türk Cevheri Numune 26

BSE görüntüsü, Barit’in (2 ve 4 gibi parlak parçacık) Synchysite (1) ve Monazite (3, 10) ile iç içe büyümesini göstermektedir. Aynı zamanda Manganez Oksitlerin (muhtemelen hollandit) (6), Florit (7) ve Barit’in (9) iç içe büyüdüğü, küçük Sişisit (8) ve Monazit (11) parçacıklarının iç içe büyümeyi çevrelediği gösterilmiştir. Manganez Oksitlerdeki Küçük Monazit (5) parçacıkları da gösterilmiştir.

CVMR’nin Karbo-Klorlama Yöntemi

REE’nin rafine edilmesi için bir süreç olarak doğrudan klorlama işlemi, Almanya’daki Golschmit AG Sürecine kadar uzanmaktadır. Nadir toprak içeren minerallerden doğrudan susuz bir RE triklorür ürünü elde etmek için CVMR®, minerallerin konsantrasyonu için gerekli olan yüzdürme son ürününü kurutur. REE konsantresi daha sonra REE klorür karışımı üreten bir reaktörde klorlanır. Cevher-karbon karışımı daha sonra gaz halindeki klor ile tamamen klorürlere dönüştürülür. Klorürler uçuculuklarına göre ayrılır ve daha sonra alkali ve toprak alkali metaller tarafından ilgili son elementel aşamalarına indirgenir. Alkali ve alkali toprak klorürler de toplanır. Diğer tüm reaksiyon yan ürünleri, çıkan gazlar tarafından taşınır.

CVMR’nin Karbo-Klorlama Yöntemi

1. basitlik,
2. düşük emek bileşeni,
3. tesis için gerekli olan küçük ayak izi ve dolayısıyla
4. düşük sermaye maliyeti.

Enerji maliyeti nispeten düşüktür. İşlem, oksit veya oksiklorür içeriği olmayan, safsızlıklardan çok yüksek bir spesifik verimde açıkça ayrılan susuz REE klorürleri verir. Bu yöntemle, yüzdürme sonrasında klorür olarak geri kazanılan konsantrede bulunan REE’nin %96 ila %98’ini çıkarmayı başarıyoruz. Klor tüketimi genellikle 0.80 Kg/Kg RE klorürdür. Enerji tüketimi 1 kWh/Kg RE klorürdü.

Çevre sorunları

REE üretimi ile ilgili çeşitli çevresel sorunlar vardır. En önemli sorun, birçok birincil REE yataklarının, başta toryum ve daha az ölçüde uranyum olmak üzere önemli miktarda radyoaktif element içermesidir.

2015 yılında CVMR®, CVMR® ile uzun vadeli bir işbirliğine ve Ekip Oluşturma Anlaşmasına sahip olan ve radyoaktif malzemelerin kullanımında dünyaca ünlü uzmanlar olan en önde gelen mühendislik firmalarından biri olan Fransa’nın AREVA ABD şubesine radyoaktif elementleri işlemek için görev verdi. CVMR’nin Türkiye’deki REE projesi.