مقدمه 

عناصر کمیاب خاکی (REE)    

    عناصر کمیاب خاکی شناخته شده ، با علامت اختـصاری REE (Rare Earth Element) شـام ل سـه عـضو از گـروه ШBجدول تناوبی است ،  yttrium(Y,39) , lanthanum(La,57)  ، scandium(Sc,21) و 15 عنصر لانتانیـدی کـهدر حال پرکردن تراز الکترونی 4f هستند،(عدد اتمی  1775) درگروهШA  جدول تناوبی قرار دارد.

 Cerium(Ce,58),praseodymium(Pr,59),neodymiu(Nd,60),promethium (Pm,61),  samarium (Sm,62),europium (Eu,63),gadolinium (Gd,64),terbium (Tb,65),

 Dysprosium (Dy,66),homium (Ho,67),erbium (Er,68),thulium (Tm,69),   lutetium (Lu,71) .و ytterbium (Yb,70)

 عناصر کمیاب خاکی در جدول تناوبی با چهارگوش منفرد لانتانیوم در قسمت اصلی جدول تناوبی مندلیف نمـایش دادهمی شوند،این عناصر در جدول مجزایی که در قسمت زیرین جدول اصلی قرار دارند لیست شده اند.

 جدول 1- 1 :جدول تناوبی مندلیف با عناصر کمیاب خاکی (REE)

 

Ce  Pr Nd Pm Sm  Eu  Gd Tb Dy Ho  Er Tm  Yb  Lu
Th Pa  U  Np  Pu Am Cm Bk  Cf  Es Fm Md No Lw

  ایتریم ، (عدد اتمی 39) ،گروه ШA فلزات واسطه ،اگر چه یک لانتانید نیست ، ولی جز عناصر کمیاب خـاکی طبقـه بنـدیمی شود ، چرا که عموماً با کانیهای طبیعی و خصوصیات مشابه با لانتانیدها یافت می گـردد، بنـابراین بـه صـورت متـداول بـاREE طبقه بندی می شود.به دلیل خصوصیات مشابه و یکسان ،اسکاندیم (عدد اتمی 21)،در گروه فلزات واسطه ، وتوریم عدداتمی09 ، عنصری است که در سری عناصر رادیواکتیو قرار دارد نیز درجزء عناصر کمیاب خاکی طبقه بندی می شود .

عناصر کمیاب خاکی به دو گروه تقسیم بندی شده است :

 زیر گروه عناصر کمیاب خاکی سبک یا سریم ،که شامل هفت عنصر اول (عدد اتمی 3675 ) و توریم است.

2-زیر گروه عناصر کمیاب خاکی سنگین یا توریم ،که شامل عناصر با عدد اتمی 1746  می باشد، مانند ایتریم و اسکاندیم .

با وجوداینکه، ایتریم دارای وزن اتمی پایین است ، با عناصر خاکی سنگین طبقه بندی مـی گردد،زیـرا خـصوصیات آن بـهREE های سنگین  ، نزدیک تر است تا به REE های سبک رفتارهای ژئوشیمیایی عناصر کمیاب خاکی در حـین فر آینـدهایخاص زمین شناسی ،آنها را به طرز خاصی برای تشخیص منشا سنگهای آذرین مطلوب نموده است. به عنـوان مثـال جـدایشآنها در سیستم های آذرین و عدم تحرک نسبی آنها در دگرگونی های هیدروترمال می باشد . از ایزوتوپ های عناصـر کمیـابخاکی در زمین زمان شناسیGeochronology  استفاده می شود.این کاربردها باعث ارزش بسیار زیاد عناصر کمیاب خاکیگردیده است.بازنگریهایی که توسط( لیپین و بک کی 9891  و جونز (6991) انجام شده منابع اصلی جهت استخراج اطلاعات مهمی راجع به کانی شناسی، ژئوشیمیایی و پیدایش REEحاصل شده است.[2]

بررسی روش های فرآوری عناصر نادر خاکی

بررسی روش های فرآوری عناصر نادر خاکی

فهرست مطالب

چکیده……………………………………………………………………………………………………..1

مقدمه ……………………………………………………………………………………………………3

فصل اول : کلیات ………………………………………………………………….. 5

1- 1-  تاریخچه عناصر کمیاب خاکی  …………………………………………………………………. 5

1- 2-  فراوانی وتوزیع ……………………………………………………………………………………..5

1- 3- خواص اولیه عناصر کمیاب خاکی ……………………………………………………………… 7

1- 4-  انواع کانسارهای عناصر کمیاب خاکی …………………………………………………………8

1-4-1- ذخایر همراه کربناتها  ………………………………………………………………………….  9

1-4-2- ذخایر همراه با سنگهای پر آلکالن …………………………………………………………. 10

1-4-3- ذخایر تیپ برشهای گرانیتی Olympic Dom  ……………………………………………..ا10

1-4-4- ذخایر اسکارن …………………………………………………………………………………..  11

1-4-5- ذخایر پلاسری…………………………………………………………………………………… 11

1-4-6- ذخایر بازماندی  ……………………………………………………………………………..    11

1- 5-  رفتار عناصر کمیاب خاکی در طول تبلور ماگما ………………………………………………. 12

1- 6- ضریب توزیع عناصر کمیاب خاکی ………………………………………………………………..13

1- 7-  کانیهای عناصر کمیاب خاکی …………………………………………………………………..14

1- 8-  مصارف عناصر کمیاب خاکی ………………………………………………………………….. 23

1- 9-  بررسی عرضه وتقاضا ………………………………………………………………………….  27

1- 10-  میزان ذخیره در جهان ………………………………………………………………………. 28

1- 11-  تولید در جهان ……………………………………………………………………………….. 30

1- 12-  قیمت عناصر کمیاب خاکی  …………………………………………………………………..31

1- 13-  کانسارهای فسفات ایران  ………………………………………………………………….  34

1-13-1- واحد پرعیار سازی آپاتیت و جدا شدن مواد در مجتمع اسفوردی…………………….. 35

فصل دوم : فرآوری عناصر کمیاب خاکی (لیچینگ فسفاتها) ……………… 37

2-1- کانه آرایی ، ذوب ، تصفیه ………………………………………………………………………. 38

2-2- فسفاتها   ………………………………………………………………………………………….38

2-3- سنگ فسفات  ……………………………………………………………………………………..39

2-4- روشهای لیچینگ  …………………………………………………………………………………  40

2-4-1- بازیابی لانتانیدها   ………………………………………………………………………………40

2-4-2- شن مونازیتی و گزینوتیم  …………………………………………………………………….. 40

2-4-3- روش اسید سولفوریک ………………………………………………………………………….. 44

2-4-4- روش هیدروکسید سدیم   ……………………………………………………………………..45

فصل سوم : تبادل یونی ……………………………………………………….46

3-1- اصول کلی ………………………………………………………………………………………….46

3-2- روشها وتجهیزات  …………………………………………………………………………………47

3-3- جداسازی فلزات  ………………………………………………………………………………….48

فصل چهارم : استخراج با حلال  ……………………………………………… 53

4-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………… 53

4-2- جنبه های مهندسی  ………………………………………………………………………… 53

4-3- فاز آلی  …………………………………………………………………………………………. 53

4-4- ماهیت اجزاء استخراج شده  ………………………………………………………………….54

4-5- جداسازی   …………………………………………………………………………………….. 55

4-5-1- لانتانیدها  …………………………………………………………………………………….. 55

4-5-1-1- اسکاندیم- اورانیوم   ……………………………………………………………………… 56

4-6- تبلور جزء به جزء  ……………………………………………………………………………….56

4-7- جنبه های مهندسی ………………………………………………………………………….. 57

4-8- جدا سازی لانتانیدها …………………………………………………………………………  57

4-9- مقایسه روشها ………………………………………………………………………………..58

نتیجه گیری و پیشنهادات ………………………………………………………………………….. 59

فهرست منابع و مĤخذ ……………………………………………………………………………….60

چکیده انگلیسی …………………………………………………………………………………….. 61

فهرست جدول ها

جدول 5-2:استخراج توریم ، اورانیوم و لانتانیدها با آمین ها ……………………………………. 55

جدول5-3:حلالیت بعضی از ترکیبات لانتانیدی  ……………………………………………………  56

 فهرست نمودارها

نمودار2-1 : میزان مصرف عناصر نادر خاکی در صنایع کاربردی در جهان……………………….. 36

نمودار2-2 : نمودار میزان ذخیره اقتصادی وپایه عناصر کمیاب خاکی در جهان……………………..39

نمودار 2-3: میزان ذخیره عناصر کمیاب خاکی در کشورهای هند ، آمریکا،استرالیا وکل جهان ……… 41

 

فصل اول  کلیات

تاریخچه عناصر کمیاب خاکی :

 تاریچه کشف و نامگذاری عناصر کمیاب به طور خلاصه در زیر آمده است .  اصطلاح عناصـر کمیـاب(rare earth ) توسط جان گادولین در سال 1794 پیشنهاد شد . دو واژه (Rare) ، کمیاب ، زیرا در مقادیر بسیار انـدکدر پوسته زمین یافت می شود و(Earth)  خاکی ، بخاطراینکه اکسیدهای متشکله آن گـاهی در زمـین تـشکیلیافته اند .  تشابه شیمیایی متعدد بینREE  نشان داده است که بیش از یک قرن از اولین اکتشاف ، برای تکمیـلنمودن طبقه آنها گذشته است.تاریخچه کشف ، نامگـذاری و اسـتخراج عناصـر کمیـاب خـاکی توسـط حبـشیHabashi در سال 1994 بازنگری شد. تولید مهم از عناصر کمیاب خاکی در سال 1880 ، با معدن کانی مونازیـتدر برزیل آغاز شد.

 فراوانی وتوزیع:

 عناصر کمیاب ، در حقیقت ، خیلی کمیاب نیستند Ce . بیست و پنجمین عنصر از نظر بیشترین فراوانی در پوسته زمین ،60ppm) )است  . هر کدام در پوسته زمین فراوانتر از نقره، طلا یا پلاتـین هـستند، در حالیکـه

،لوتتیم 200 بار فراوان تر از طلا ونیزایتریم، نودیم وآنتانیم دارای فراوانی بیشتر از سرب می باشد.

عناصر کمیاب خاکی سبک Eu )  تا   (La فراوانتر از عناصر کمیاب خاکی سنگین (Lu تـاGd  ) اسـت ،         بعـلاوه عناصری که دارای عدد اتمی زوج هستند، فراوانتر از همسایگان خود با عدد اتمی فرد مـی باشـند ،  چراکـه وزنسنگین تر باعث پایداری نسبی هسته اتم با عدد اتمی زوج در مقایسه با آنهایی که دارای عدد اتمی فرد هستند ،می شود .توضیحات بیشتر در جدول 2-1 آمده است.  

جدول 2- 1 : تاریخچه ای از اکتشاف عناصر کمیاب خاکی

ملیت   کاشف   اساس نام عنصر   عنصر   سال
فلاندی  Gadolin از معدن Yttrby در سوئد  Yttrium  1794
سوئدی  Willing,Hisinger از سیارک ( الهه یونان )  Cerium  1803
سوئدی  Garl Mosander از معدن Yttrby در سوئد  Thorium  1828
سوئدی Garl            Gustav

 Mosantor

از واژه یونــانیLanthano  بــه معنای پنهان داشتن  Lanthanum  1839
سوئدی  Garl Mosander از معدن Yttrby در سوئد  Erbium  1843
سوئدی  Garl Mosander از معدن yttrby در سوئد  Terbium  1878
فنلاندی  Jeande Marign از معدن yttrby در سوئد  Ytterbium  1878
سوئدی Paul E.Lecoq de

 Boisbaudran

از کانیSamarskite  گرفته شـدهاست  Samarium  1879
سوئدی  Fredric Nilson  Scandinavia از واژه  Scandium  1879
سوئدی  Per Teodor Celve از Holmia  در استکهلم  Holmium  1879
سوئدی  Per Teodor Celve Thuleنام قدیم اسکاندیناو  Thulium  1879
فلاندی Jean                   de

 Marignac

از نامJohan  شیمیـست فلانـدیگرفته شده است .  Gadolinium  1880
اتریشی  Carl Welsbach از Prasios بمعنـــای ســـبز و   didymia به معنی دوتایی  Praseodymium  1885
اتریشی  Carl Welsbach از واژه neo بـه معنـای جدیـد و didymiaبمعنای دوتایی  Neodymium  1885
سوئدی  Paul E. Lecoq از Dys بمعنای بد وسخت  Dysprosium  1886
فرانسوی Eugene

 Demarcay

از واژه Europe اخذ شده  Europium  1896
اتریــشی وفرانسوی  اتریشی Welsbach

و Georges فرانسوی

ازLutetia  نام مکـانی در پـاریسگرفته شده است .  Lutetium  1907
آمریکا Charles    DuBois

Coryell,Jacob

 Marinsky

از نام اسطوره یونانی که اشـاره بـهمهار انـرژی هـسته ای و هـشدارپیرامون خطرات آن دارد.  Promethium  1945

 خواص اولیه عناصر کمیاب خاکی:

  عناصر کمیاب خاکی ، فلزاتی با جلای فلزی و قابلیت الکتریکی هـستند.از لحـاظ رنگـی آنهـا معمـولاً  نقره ای، نقره ای سفید، خاکستری دیده می شود .  بیشتر عناصر کمیاب خاکی 3 ظرفیتی هستند (البته یـوروپیمدارای ظرفیت 2+و سزیم دارای ظرفیت 4+ ) نیز می باشد .یوروپیم یکی از واکنش پذیرترین عناصر کمیاب خاکیاست.

 عناصر کمیاب خاکی در هوا بـه سـرعت تیـره مـی شـوند و تـشکیل اکـسیدهای عناصـر کمیـاب را مـیدهند.(REO) این عناصر با بالا رفتن درجه حرارت می سوزند و شدیداً مشتعل می گردند. بیشتر متـشکله هـایعناصر کمیاب  خاکی  شدیداً پارامگنتیت می باشد. به عنوان مثال هلمیـوم(holmium) یکـی از شـدیدترین پـارامگنتیت های شناخته شده است. بسیاری از متشکله های عناصر کمیاب مخصوصاً یوروپیم ، پرسدمیوم و نودیمرادیواکتیو هستند .

 Mischmetal ،آلیاژهای آهن و عناصر کمیاب خاکیpyroohoric (نورزا) هستند ،  آنها وقتی خراشیده شـوند ، جرقه می زنند. قابلیت شعله ور ساختن گازهای قابل اشتعال را دارند.سود زیادی از کـاربرد آنهـا در فنـدکهایمخصوص سیگار حاصل می شود. آنها در چراغهای ایمنی معادن و همچنین در فندکهای گازی اتوماتیـک تعبیـهمی گردد.بعضی از خواص عناصر کمیاب خاکی در جدول  2-2 آمده است.

  جدول 2-2 : خواص عناصر کمیاب خاکی [2]               

نقطه جوش  (ºC) نقطه ذوب  (ºC) فراوانی بلور

PPm

والا

نس

دانسیته وزن اتم عناصر
 3464  918  30  3  6.15  138.9 لانتانیم
 3443  789  60  3,4  6.77  140.12 سریم
 3520  931  7  3  6.44  140.98 پرازئودیمیم
 3074  1021  25  3  7.01  144.24 نئودیمیم
 3000  1024  4.5×10  3  7.26  145 پرومتیم
 1794  1074  5  3  7.25  150.4 ساماریم
 1527  822  1  3,2  5.2  151.96 یوروپیم
 3273  1313  4  3  7.9  157.25 گادلینیم
 3230  1356  0.7  3  8.23  158.93 تربیم
 2567  1412  3.5  3  8.55  162.5 دیسپروزیم
 2700  1474  0.8  3  8.8  164.93 هولمیوم
 2868  1526  2.3  3  9.1  167.26 اربیم
 1950  1545  0.32  3  9.34  168.93 تولیم
 1196  819  2.2  3  7  173.04 ایتربیم
 3402  1663  0.4  3  9.84  174.97 لوستیوم
 2836  1541  8  3  3  44.96 اسکاندیم
 3338  1522  30  3  4.47  88.91 ایتریم
 4850  1750  6  3  11.8  232.04 توریم

 1-4 انواع کانسارهای عناصر کمیاب خاکی :

 عناصر کمیاب خاکی اصولاً در نهشته های اولیه همراه با توده های نفوذی در رگه ها ، دایکها و پگماتیتها و نهشته های ثانویه در سواحل ، تلماسه های آواری تشکیل می شوند ،ذخیره بازماندی نیز شـناخته شـده انـد وممکن است در آینده از نظر اقتصادی اهمیت پیدا کنند .

1-4-1 ذخایر همراه کربناتها :

کربناتها ، سنگهای آذرین حاوی بیش از 50 درصد کربنات ، اختصاصا حًاوی میـزان بـالاتری از عناصـرکمیاب خاکی نسبت به دیگرانواع سنگها بوده و اصولاً منبع اصلی عناصر کمیاب خاکی دنیا می باشد.

(37 درصد ،42 درصد و 1 درصد برای کربناتهای کلسیوی ، کربناتهای منیزیمی و کربناتهـای آهنـدار بترتیـب) .

کربناتیتهای حاوی عناصر نادر خاکی بطور تیپیک در مراحل آخر ماگمایی در کمپلکس های آلکـالین (سـینیت ،نفلین ، سینیت ونفلینیت) وجود دارند .

 ذخــــــایر کربناتی عناصر کمیاب خاکی به دو نوع ماگمایی و متاسوماتیکی تقسیم می شود ،(ریچاردسـون وبیرکت 1996 ) .

ذخایر ماگمایی در سر تا سر فرآیندها همراه با تبلور ماگمایی اولیه تشکیل می شوند. عناصـر کمیـاب خـاکیعموماً در حین تفریق بلورین در مراحل آخر سری تفکیکی کربناتیتی که بصورت تیپیک کربنـات هـای آهنـداراست. (کربناتهای آنکریتی یا دولومیتی های غنی از آهن) تجمع می یابد ، ذخایر کربنـاتی ماگمـایی عمومـاً بـهصورت توده های کوچک دودکش مانند (3 الی 4 کلیومتر قطر) در پلوتون های مختلط همراه با سنگهای مافیک و ارتورمافیک می باشد. کانیزایی عموماً در ارتباط با لایه بندی ماگمایی و ساختارهای جریانی از سنگهای جریـانیدر ســـــــــــــــــــــــــــــــــــنگهای میزبـــــــــــــــــــــــــــــــــــان   مـی باشـند. ایـن ذخـایر عمومـاً دارای شـیب تنـد ، مـوازی بـا دیـواره هـای تـوده هـای نفـوذی پیچیـده   می باشد .

  ذخایر متاسوماتیکی( ریچادسون و بیرکت 1996 ، بیرکت وسینکسر 1998) بوسیله واکنش بین سیالاتآزاد شده در حین بلوری شدن با کربناتها یا سنگهای بستری کـه از قبـل وجـود داشـتند بوجـود آمـده و یـکآلتراسیون گرمابی یا اسکارنی را بوجود می آورند ، آلتراسیون گرمابی بوسیله متاسوماتیسم آلکـالی یـا فینتـیشدن در جایی که کانیها از قبل موجود به وسیله فلدسپارهای آلکـالن و پیروکـسن هـا و آمفیبولهـای سـدیکجایگزین می شوند، مشخص می شوند . ذخایر متاسوماتیکی بطور تیپیک بصورت اشکال زیر تشکیل می شوند .

  1. دایکها ورگه های اتساعی آنکریت ، دولومیت همراه یا بدون همراهی کلسیت .
  2. رگه های گرمابی نازک
  3. استوک و رگها

۴. اشکال جانشینی غنی درکلسیت دولومیت یا آنکریت .

میزان تمرکز عناصر کمیاب خاکی در این رگه ها بین 1 تا 3 درصد وزنی است و نیازمند تمرکز بلـوری بوسـیلهآلتراسیون های گرمابی یا دما پایین و یا هوازدگی است تا به ذخایر اقتصادی بدل گردد.

 فراوانترین کانیها در ذخـایر کربنـاتیتی شـمال سـه فلـور و کربناتیـت بنامهـای باستنائـسیت ، باریـسیت ،سینکیسیت کربناتهای هیدراته شده ، آناسیلیت و فسفـــــــات مونازیت می باشد ، کانیهای سـنگین حـاویعناصر کمیاب خاکی هستند .

   منابع اصلی ، ذخایر کوه های پاس در جنوب کالیفرنیا و بایان اوربو در مرکز مغولستان ، جمهوری خلـقچین    می  باشد. کوههای پاس اصلی ترین منابع تولید کننده عناصر کمیاب خاکی در چند دهه اخیـر در جهـانبوده است ، در 1949 کشف گردید. این ذخایر حاوی 36 میلیون تن با میزان 7.67 درصد اکسیدهای عناصر نـادرخاکی هستند .

کان تن اصلی در سولفید کویین ماین ، به صورت یک کربنات کشیده با عرض 200 متر و طول 730 متـر میباشـدکه حاوی40 تا 75 درصد کلسیت ،  15 تا 50 درصد باریت ، 5 تا 15 درصد باستنائسیت می باشد . بایـان اوبـو درسال 1927 کشف گردید و در مقیاس بزرگتر در دهه 1950 مورد کشف قرار گرفت. این معدن بزرگترین ذخیـرهشناخته شده عناصر کمیاب خاکی با 48 میلیون تن و تناژ میانگین 6 درصد اکسید عناصر کمیاب خاکی میباشـدکه بشکل استوک ورک و توده های جایگزین کربناتی کانسنگ منیتیت و همـــاتیت است. محصولات معدنی بهدو بخش تقسیم می شود :

یکی برای گداختن آهن و دیگری حاوی باستنائسیت و مونازیت با توریم پایین با کنـسانتره 60 درصـدی عناصـرکمیاب خاکی ، دیگر کربناتهای غنی از عناصر نادر خاکی در ناحیه معدنی هیل ، مونتانا برزیل ، ایداهو در آمریکا ،اوکا در کبک در کشور کانادا( 23.8 میلیون تن با عیار 0.2 تا 0.5 اک سید عناصر کمیاب خاکی) ، آرکسا و تاییرا ،ناحیه فن در نروژ ، که کرونگ ، بروندی و کاتگانکونده هیل در مالدوی شناخته شده اند .[3]

 1-4-2 ذخایر همراه با سنگهای پر آلکالن :

 در سنگهای آذرین پر آلکالن به وسیله افزایش یـک مـولار عناصـر آلکـالی(Na2O+K2O)  بـیش ازآلومینیوم(Al2O3)  مشخص می شوند و نتیجه آن حضور کانیهای پیروکسن و آمفیبول آلکالی است .کانی سازیماگمایی و متاسوماتیکی عناصر نادر خاکی عمومـاً بـا فازهـای کوچـک همـراه باتولیـت هـای پرآلکـالن اسـت(ریچاردسون و بیرکت1996 )در ذخایر ماسوماتیکی کانی اصلی حاوی عناصر کمیاب خاکی در سنگهای آذرین را  در خود متبلور شده و بطور تیپیک بصورت پراکنده در واحدهای آذرین ویژه یافـت مـی شـوند. آلتراسـیونهایگرمابی که با ذخایر همراه هستند ، عموماً دوتریکها پسین یافت می گردد.[3]

 1-4-3 ذخایر تیپ برشهای گرانیتی هماتیتی Olympic Dom :

  کانی ساز ی عناصر کمیاب خاکی یک ترکیب اکسید آهن پروتروئیـک(Cu,U,Au,REE)  مـی باشـد.

کانی سازی در برشهای گرانیتی هماتیتی پاسن پرکامبرین پسین قرار گرفته که بوسـیله تنـوعی از فرآینـدهایگرمابی ، ماگمایی ، رسوبگذاری ، تکتونیکی در محیط ریفی قاره تشکیل شده اند . در Olympic Dom یک کـانتن بزرگ از کالکوپیریت ، بورنیت ، کالکوسیت ، همراه با طلا ، اورانیم ، نقـره ، عناصـر کمیـاب خـاکی ، بـاریم وکانیهای فلورین دار وجود دارد. میانگین ذخیره 1.6 درصد ،U ، 5.3Cu  گرم در تن طلا و 35 درصد آهن و حاویمقدار قابل توجهی عناصر کمیاب خاکی بخصوص 0.2 درصد La و 0.3 درصد Ce می باشد . [3 ]

 1-4-4 ذخایر اسکارن :

 ذخایر اسکارن ، ذخایر اپی ژنتیک ، متاسوماتیکی هستند که در سنگهای غنی از کربنات در هالـه هـایکنتاکت توده های نفوذی تشکیل می شوند. بعلاوه از ذخایر اسکارن همراه بـا کربناتیتهـایی کـه در بـالا بـه آنپرداخته شد ، 2000 تن اکسید عناصر نادر خاکی (بخصوص عناصر کمیاب خاکی سـبک) در اسـکارنU-REE- Th ماری کاتلین استرالیا تاکنون برداشت شده است. این ذخایر حاوی 9.5 میلیون تن کانـسنگ بـا عیـار 0.13 درصدU3O8  می باشد. این اسکارن در سنگهای کالک سیلیکات گارنت دار نزدیـک بـه تـوده نفـوذی آلکـالیگرانیتی تشکیل شده است. کانسنگ اصلی معدن ، اورانینت است و عناصر نادر خـاکی در اورانیـت ، آپاتیـت وآلونیت قرار دارد .

بررسی روش های فرآوری عناصر نادر خاکی

بررسی روش های فرآوری عناصر نادر خاکی

فصل دوم

2-1-کانه آرایی ، ذوب ، تصفیه  REO   تولید شده از کانسنگ باستنائسیت کوههای پـاس توسـط فراینـد فلوتاسـیونhot forth  بـه صـورتکنسانتره در می آید . این کانی که تا %60 ،  REOدارد می تواند توسط فرایند آبشویی تـا 70 درصـد غلظـت وتوسط فرایند تکلیس تا  90 درصد غلظت برسد ، محصول کنسانتره غنی از سریم ، اکسید سریم ونمـک اسـت وکنسانتره غنی از لانتانیم و فقیر از سریم به صورت یک ماده خام (feed Stock) بـرای فراینـدهای بعـدی مـورداستفاده قرار می گیرد.

  مونازیت توس ط فرایند جدایش ثقلی از دیگر کانیهای سنگین جـدا شـده و سـپس توسـط فراینـد جـدایشاستاتیکی ومغناطیس تولید کنسانتره ای 49 تا 55 درصد REO می کنند . هم مونازیت و هم زنوتیم معمولاً توسط گرما بر روی کنسانتره در دمای 150 درجه در اتوکلاوها با محلولNaOH  شکسته می شوند. بعد از سرد شدن بااضافه کردنNa3PO4  خارج شده وREE  بصورتREO  و توریوم بصورتTh(OH)4  در مـی آیـد. REO درHcl حل شده تا کلرید غیرمحلول حاصل می شود که به طریقه الکتریکی احیاء شده کهMischmetal  را بوجـودآورد یا برای فرآوری های آینده تولید عناصر خاکی مجزا مصرف می شود .

    چندین روش برای استحصال و جدایش عناصر کمیاب خاکی مجزا وجود دارد که شامل استخراج حلال سیال – سیال بر اساس تفاوت در میل ترکیبی عناصر نادر خاکی مجزا برای عامل کی لیت ساز در یک حلال آلـی ، وقتـیکهREE  در آب با یک محلول دارای عامل کی لیت ساز محلول می شود ، عناصر نادر خـاکی بـا بـالاترین میـلترکیبی درحلال غنی می شود ، اگر این عمل به طور کافی تکرار گردد، محصول با 99.999 درصد خـالص بدسـتمی آید . محصول تجاری شامل کنسانتره ها (ترکیبات مخلوط شده و مجزا) و فلزات به صورت مجـزا یـا ترکیـبشده می باشد ، فلزات با خلوص بالابه صورت اسفنج ، کلوخه ، شمش ، میله ، سیم ، ترانشه ، پودر ، ورقه ، فویـل ،صفحه ای ، صفحات کاتدی ، قالبهای ریختگری و اشکال دستگاهی مورد بررسی قرار می گیرد. آلیاژهای بـصورتاشکال ریختگری از قبیل حباب واشر ، قوطی ، شمش فلزی ، کلوخه ای ، شمش و مقادیر زیادی از پونـد تـا تـنفروخته می شود . [2]

 2-2 فسفاتها:

  مواد خام مورد علاقه متالورژیست هـا ، سـنگ هـای فـسفات، شـن مونازیـت(Monazit)  و گزینـوتیم(Xenotime) می باشد.(مونازیـــــت و گزینوتیم از کانیهـای مهـم عناصـر کمیــــــــ اب خـاکی از نظـراقتصادی )جدول3-1 سنگ فسفات از نظر وزنی در مقایسه با مواد دیگر از اهمیـت بیـشتری برخـوردار اسـت ،سالانه در حدود 120 میلیون تن سنگ فسفات فرآوری می شود در حالی مونازیت و گزنوتیم مصرف فقط 30000 تن است .

آپاتیت جزء اصلی سنگهای فسفات می باشد. همانگونه که گفته شد نام این کانی از کلمـه یونـانیαπατω (مـ ن گول می زنم) گرفته شده زیرا از زمان کشف شناخته شد با دیگر انواع کانیها شامل بریل وتورمالین اشتباه گرفتهمی شد. این موضوع مربوط به اواخر قرن هیجدهم می شود. سنگ فسفات ماده خام اصـلی بـرای تولیـد کـودشیمیایی فسفاته است. مقدار کم فلورین ف مقدار بیشتر اورانیم و بعضی لانتانیدها بـه عنـوان محـصول ثانویـهبازیابی میشود. ذخایر فسفات درآیداهو ویومینگ(Idaho,Wyoming)  منابع وانادیم هستند. سنگ فسفات درونگ فو (Wengfu) چین حاوی 7ppm ید به صورت جانشینی ایزومورف با فلورین می باشد .

از طرف دیگر ، مونازیت ، از کلمه یونانی ( تنها بودن) مشتق می شود. مونازیت یک فسفات لانتانید حاوی توریمومقدار کمی اورانیم است. کانی مزبور بطور وسیع در پوسته زمین پراکنده بوده و به مقدار کم در گرانیت ها وجوددارد. بر اثر هوازدگی این سنگها دانه های مونازیت یه وسیله آب حمل و سپس در دهانه رودخانه همراه با اجـزاءسنگین تر سنگ مادر (اصلی) تجمع می کنند تا شن سیاه که به عنوان شن مونازیتی موسومند تـشکیل شـوند.

[5]314]

مواد خام اصلی فسفاتها در جدول 3-1 آورده شده است.

 جدول3-1:مواد خام اصلی فسفاتها

محصولات فرمول فسفات های اقتصادی مواد خام
کود.شیمیایی  فسفاتی   اورانیوم ، وانادیم  لانتانیدها، فلورین  

 Ca10(PO4)F2

 

 Ca10(PO4)6(OH)2

 

 Ca10(PO4)6CO3

 

آپاتیت

•  فلورآپاتیت

 

•هیدروکسی آپاتیت

 

•  کربناتوآپاتیت

سنگ فسفات
لانتانیدها  LaPO4 مونازیت شن مونازیت
اورانیوم ،توریم  LaPO4 گزینوتیم کاستیریت الوویال

 2-3 سنگ فسفات:

 سنگ فسفاته عمدتاً از فلورآپاتیت ، هیدروکسی آپاتیت و کرباتو آپاتیت تشکیل شده است (جـدول 2

بسته به نسبت هر کدام از این ترکیبات ، سنگ می توان فرانکولیت ، کونسکیت یا کولوفانیت باشد .

 جدول 3-2 :انواع اصلی سنگ فسفات

مخلوط ایزومورف فلورآپاتیت و کربنات آپاتیت به نسبت1/3 فرانکولیت  
مخلوط ایزومورف فلورآپاتیت و کربنات آپاتیت به نسبت 1/2   کونسکیت
انواع بلورهای خیلی ریز فرانکولیت کولوفانیت

 2-4 روشهای لیچینگ :

  سنگ فسفات در آب نامحلول است، اما وقتی با اسیدها لیچ می شود هم فسفات منو کلسیم محلـول درآب و  فسفات دی کلسیم محلول در سیترات وهم اسید فسفریک میتوان بدست آورد. دونوع اول مستقیما بعنوان کود شیمیایی قابل استفاده اند در صورتی که نوع سوم توسط آمونیاک خنثی شده کود شیمیایی فسفات آمونیومتولید می شود . [5]314]

 2-4-1 بازیابی لانتانیدها:

سنگ فسفات با منشاء رسوبی حاوی حدود 0.5 درصد و با منشاء آذرین ، بعنوان مثال ، در کلاپنینسولا  حدود 1 درصد اکسیدهای لانتانید است . در حین ساخت اسید فسفریک ، حدود 70 درصد لانتانید ها همـراه بـاژیپس از بین می روند. هر چند اگر عمل اسیدی کردن بوسیله اسید نیتریک انجام شود تمام آنهـا حـل شـده وبوسیله حلالهای آلی قابل بازیابی هستند. در فلاند در خلال 19651972 ، لانتانیدها از سنگهای فسفات بوسیلهKermira Oy و با استفاده از حلالهای آلی بطور تجاری بازیابی می شوند . عملیاتن مشابه ای نیـز در روسـیه در

حال انجام است .

 2-4-2 شن مونازیتی و گزینوتیم :

شن های مونازیتی عمدتاً در برزیل ، هند ، استرالیا و آمریکا و گزینوتیم عمدتا در جنـوب غربـی آسـیاهمراه با ذخایر آبرفتی قلع وجود دارد. هر دو کانی را می توان به روشهای فیزیکی از شن ها بازیابی و تغلیظ نمود .


مقطع : کارشناسی ارشد

دانلود بخشی از روشهای افزايش عمر ساختمانهای عمومی و تاثير آن در صرفه جويی اقتصاد ملی ﴿ با طراحی نمونه موردی در تهران﴾