مقدمه 

عناصر كمياب خاكي (REE)    

    عناصر كمياب خاكي شناخته شده ، با علامت اختـصاري REE (Rare Earth Element) شـام ل سـه عـضو از گـروه ШBجدول تناوبي است ،  yttrium(Y,39) , lanthanum(La,57)  ، scandium(Sc,21) و 15 عنصر لانتانيـدي كـهدر حال پركردن تراز الكتروني 4f هستند،(عدد اتمي  1775) درگروهШA  جدول تناوبي 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 كمياب خاكي در جدول تناوبي با چهارگوش منفرد لانتانيوم در قسمت اصلي جدول تناوبي مندليف نمـايش دادهمي شوند،اين عناصر در جدول مجزايي كه در قسمت زيرين جدول اصلي قرار دارند ليست شده اند.

 جدول 1- 1 :جدول تناوبي مندليف با عناصر كمياب خاكي (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

  ايتريم ، (عدد اتمي 39) ،گروه ШA فلزات واسطه ،اگر چه يك لانتانيد نيست ، ولي جز عناصر كمياب خـاكي طبقـه بنـديمي شود ، چرا كه عموماً با كانيهاي طبيعي و خصوصيات مشابه با لانتانيدها يافت مي گـردد، بنـابراين بـه صـورت متـداول بـاREE طبقه بندي مي شود.به دليل خصوصيات مشابه و يكسان ،اسكانديم (عدد اتمي 21)،در گروه فلزات واسطه ، وتوريم عدداتمي09 ، عنصري است كه در سري عناصر راديواكتيو قرار دارد نيز درجزء عناصر كمياب خاكي طبقه بندي مي شود .

عناصر كمياب خاكي به دو گروه تقسيم بندي شده است :

 زير گروه عناصر كمياب خاكي سبك يا سريم ،كه شامل هفت عنصر اول (عدد اتمي 3675 ) و توريم است.

2-زير گروه عناصر كمياب خاكي سنگين يا توريم ،كه شامل عناصر با عدد اتمي 1746  مي باشد، مانند ايتريم و اسكانديم .

با وجوداينكه، ايتريم داراي وزن اتمي پايين است ، با عناصر خاكي سنگين طبقه بندي مـي گردد،زيـرا خـصوصيات آن بـهREE هاي سنگين  ، نزديك تر است تا به REE هاي سبك رفتارهاي ژئوشيميايي عناصر كمياب خاكي در حـين فر آينـدهايخاص زمين شناسي ،آنها را به طرز خاصي براي تشخيص منشا سنگهاي آذرين مطلوب نموده است. به عنـوان مثـال جـدايشآنها در سيستم هاي آذرين و عدم تحرك نسبي آنها در دگرگوني هاي هيدروترمال مي باشد . از ايزوتوپ هاي عناصـر كميـابخاكي در زمين زمان شناسيGeochronology  استفاده مي شود.اين كاربردها باعث ارزش بسيار زياد عناصر كمياب خاكيگرديده است.بازنگريهايي كه توسط( ليپين و بك كي 9891  و جونز (6991) انجام شده منابع اصلي جهت استخراج اطلاعات مهمي راجع به كاني شناسي، ژئوشيميايي و پيدايش REEحاصل شده است.[2]

بررسی روش های فرآوري عناصر نادر خاكي

بررسی روش های فرآوري عناصر نادر خاكي

فهرست مطالب

چكيده……………………………………………………………………………………………………..1

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

فصل اول : كليات ………………………………………………………………….. 5

1- 1-  تاريخچه عناصر كمياب خاكي  …………………………………………………………………. 5

1- 2-  فراواني وتوزيع ……………………………………………………………………………………..5

1- 3- خواص اوليه عناصر كمياب خاكي ……………………………………………………………… 7

1- 4-  انواع كانسارهاي عناصر كمياب خاكي …………………………………………………………8

1-4-1- ذخاير همراه كربناتها  ………………………………………………………………………….  9

1-4-2- ذخاير همراه با سنگهاي پر آلكالن …………………………………………………………. 10

1-4-3- ذخاير تيپ برشهاي گرانيتي Olympic Dom  ……………………………………………..ا10

1-4-4- ذخاير اسكارن …………………………………………………………………………………..  11

1-4-5- ذخاير پلاسري…………………………………………………………………………………… 11

1-4-6- ذخاير بازماندي  ……………………………………………………………………………..    11

1- 5-  رفتار عناصر كمياب خاكي در طول تبلور ماگما ………………………………………………. 12

1- 6- ضريب توزيع عناصر كمياب خاكي ………………………………………………………………..13

1- 7-  كانيهاي عناصر كمياب خاكي …………………………………………………………………..14

1- 8-  مصارف عناصر كمياب خاكي ………………………………………………………………….. 23

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

1- 10-  ميزان ذخيره در جهان ………………………………………………………………………. 28

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

1- 12-  قيمت عناصر كمياب خاكي  …………………………………………………………………..31

1- 13-  كانسارهاي فسفات ايران  ………………………………………………………………….  34

1-13-1- واحد پرعيار سازي آپاتيت و جدا شدن مواد در مجتمع اسفوردي…………………….. 35

فصل دوم : فرآوري عناصر كمياب خاكي (ليچينگ فسفاتها) ……………… 37

2-1- كانه آرايي ، ذوب ، تصفيه ………………………………………………………………………. 38

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

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

2-4- روشهاي ليچينگ  …………………………………………………………………………………  40

2-4-1- بازيابي لانتانيدها   ………………………………………………………………………………40

2-4-2- شن مونازيتي و گزينوتيم  …………………………………………………………………….. 40

2-4-3- روش اسيد سولفوريك ………………………………………………………………………….. 44

2-4-4- روش هيدروكسيد سديم   ……………………………………………………………………..45

فصل سوم : تبادل يوني ……………………………………………………….46

3-1- اصول كلي ………………………………………………………………………………………….46

3-2- روشها وتجهيزات  …………………………………………………………………………………47

3-3- جداسازي فلزات  ………………………………………………………………………………….48

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

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

4-2- جنبه هاي مهندسي  ………………………………………………………………………… 53

4-3- فاز آلي  …………………………………………………………………………………………. 53

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

4-5- جداسازي   …………………………………………………………………………………….. 55

4-5-1- لانتانيدها  …………………………………………………………………………………….. 55

4-5-1-1- اسكانديم- اورانيوم   ……………………………………………………………………… 56

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

4-7- جنبه هاي مهندسي ………………………………………………………………………….. 57

4-8- جدا سازي لانتانيدها …………………………………………………………………………  57

4-9- مقايسه روشها ………………………………………………………………………………..58

نتيجه گيري و پيشنهادات ………………………………………………………………………….. 59

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

چكيده انگليسي …………………………………………………………………………………….. 61

فهرست جدول ها

جدول 5-2:استخراج توريم ، اورانيوم و لانتانيدها با آمين ها ……………………………………. 55

جدول5-3:حلاليت بعضي از تركيبات لانتانيدي  ……………………………………………………  56

 فهرست نمودارها

نمودار2-1 : ميزان مصرف عناصر نادر خاكي در صنايع كاربردي در جهان……………………….. 36

نمودار2-2 : نمودار ميزان ذخيره اقتصادي وپايه عناصر كمياب خاكي در جهان……………………..39

نمودار 2-3: ميزان ذخيره عناصر كمياب خاكي در كشورهاي هند ، آمريكا،استراليا وكل جهان ……… 41

 

فصل اول  كليات

تاريخچه عناصر كمياب خاكي :

 تاريچه كشف و نامگذاري عناصر كمياب به طور خلاصه در زير آمده است .  اصطلاح عناصـر كميـاب(rare earth ) توسط جان گادولين در سال 1794 پيشنهاد شد . دو واژه (Rare) ، كمياب ، زيرا در مقادير بسيار انـدكدر پوسته زمين يافت مي شود و(Earth)  خاكي ، بخاطراينكه اكسيدهاي متشكله آن گـاهي در زمـين تـشكيليافته اند .  تشابه شيميايي متعدد بينREE  نشان داده است كه بيش از يك قرن از اولين اكتشاف ، براي تكميـلنمودن طبقه آنها گذشته است.تاريخچه كشف ، نامگـذاري و اسـتخراج عناصـر كميـاب خـاكي توسـط حبـشيHabashi در سال 1994 بازنگري شد. توليد مهم از عناصر كمياب خاكي در سال 1880 ، با معدن كاني مونازيـتدر برزيل آغاز شد.

 فراواني وتوزيع:

 عناصر كمياب ، در حقيقت ، خيلي كمياب نيستند Ce . بيست و پنجمين عنصر از نظر بيشترين فراواني در پوسته زمين ،60ppm) )است  . هر كدام در پوسته زمين فراوانتر از نقره، طلا يا پلاتـين هـستند، در حاليكـه

،لوتتيم 200 بار فراوان تر از طلا ونيزايتريم، نوديم وآنتانيم داراي فراواني بيشتر از سرب مي باشد.

عناصر كمياب خاكي سبك Eu )  تا   (La فراوانتر از عناصر كمياب خاكي سنگين (Lu تـاGd  ) اسـت ،         بعـلاوه عناصري كه داراي عدد اتمي زوج هستند، فراوانتر از همسايگان خود با عدد اتمي فرد مـي باشـند ،  چراكـه وزنسنگين تر باعث پايداري نسبي هسته اتم با عدد اتمي زوج در مقايسه با آنهايي كه داراي عدد اتمي فرد هستند ،مي شود .توضيحات بيشتر در جدول 2-1 آمده است.  

جدول 2- 1 : تاريخچه اي از اكتشاف عناصر كمياب خاكي

مليت   كاشف   اساس نام عنصر   عنصر   سال
فلاندي  Gadolin از معدن Yttrby در سوئد  Yttrium  1794
سوئدي  Willing,Hisinger از سيارك ( الهه يونان )  Cerium  1803
سوئدي  Garl Mosander از معدن Yttrby در سوئد  Thorium  1828
سوئدي Garl            Gustav

 Mosantor

از واژه يونــانيLanthano  بــه معناي پنهان داشتن  Lanthanum  1839
سوئدي  Garl Mosander از معدن Yttrby در سوئد  Erbium  1843
سوئدي  Garl Mosander از معدن yttrby در سوئد  Terbium  1878
فنلاندي  Jeande Marign از معدن yttrby در سوئد  Ytterbium  1878
سوئدي Paul E.Lecoq de

 Boisbaudran

از كانيSamarskite  گرفته شـدهاست  Samarium  1879
سوئدي  Fredric Nilson  Scandinavia از واژه  Scandium  1879
سوئدي  Per Teodor Celve از Holmia  در استكهلم  Holmium  1879
سوئدي  Per Teodor Celve Thuleنام قديم اسكانديناو  Thulium  1879
فلاندي Jean                   de

 Marignac

از نامJohan  شيميـست فلانـديگرفته شده است .  Gadolinium  1880
اتريشي  Carl Welsbach از Prasios بمعنـــاي ســـبز و   didymia به معني دوتايي  Praseodymium  1885
اتريشي  Carl Welsbach از واژه neo بـه معنـاي جديـد و didymiaبمعناي دوتايي  Neodymium  1885
سوئدي  Paul E. Lecoq از Dys بمعناي بد وسخت  Dysprosium  1886
فرانسوي Eugene

 Demarcay

از واژه Europe اخذ شده  Europium  1896
اتريــشي وفرانسوي  اتريشي Welsbach

و Georges فرانسوي

ازLutetia  نام مكـاني در پـاريسگرفته شده است .  Lutetium  1907
آمريكا Charles    DuBois

Coryell,Jacob

 Marinsky

از نام اسطوره يوناني كه اشـاره بـهمهار انـرژي هـسته اي و هـشدارپيرامون خطرات آن دارد.  Promethium  1945

 خواص اوليه عناصر كمياب خاكي:

  عناصر كمياب خاكي ، فلزاتي با جلاي فلزي و قابليت الكتريكي هـستند.از لحـاظ رنگـي آنهـا معمـولاً  نقره اي، نقره اي سفيد، خاكستري ديده مي شود .  بيشتر عناصر كمياب خاكي 3 ظرفيتي هستند (البته يـوروپيمداراي ظرفيت 2+و سزيم داراي ظرفيت 4+ ) نيز مي باشد .يوروپيم يكي از واكنش پذيرترين عناصر كمياب خاكياست.

 عناصر كمياب خاكي در هوا بـه سـرعت تيـره مـي شـوند و تـشكيل اكـسيدهاي عناصـر كميـاب را مـيدهند.(REO) اين عناصر با بالا رفتن درجه حرارت مي سوزند و شديداً مشتعل مي گردند. بيشتر متـشكله هـايعناصر كمياب  خاكي  شديداً پارامگنتيت مي باشد. به عنوان مثال هلميـوم(holmium) يكـي از شـديدترين پـارامگنتيت هاي شناخته شده است. بسياري از متشكله هاي عناصر كمياب مخصوصاً يوروپيم ، پرسدميوم و نوديمراديواكتيو هستند .

 Mischmetal ،آلياژهاي آهن و عناصر كمياب خاكيpyroohoric (نورزا) هستند ،  آنها وقتي خراشيده شـوند ، جرقه مي زنند. قابليت شعله ور ساختن گازهاي قابل اشتعال را دارند.سود زيادي از كـاربرد آنهـا در فنـدكهايمخصوص سيگار حاصل مي شود. آنها در چراغهاي ايمني معادن و همچنين در فندكهاي گازي اتوماتيـك تعبيـهمي گردد.بعضي از خواص عناصر كمياب خاكي در جدول  2-2 آمده است.

  جدول 2-2 : خواص عناصر كمياب خاكي [2]               

نقطه جوش  (ºC) نقطه ذوب  (ºC) فراواني بلور

PPm

والا

نس

دانسيته وزن اتم عناصر
 3464  918  30  3  6.15  138.9 لانتانيم
 3443  789  60  3,4  6.77  140.12 سريم
 3520  931  7  3  6.44  140.98 پرازئوديميم
 3074  1021  25  3  7.01  144.24 نئوديميم
 3000  1024  4.5×10  3  7.26  145 پرومتيم
 1794  1074  5  3  7.25  150.4 ساماريم
 1527  822  1  3,2  5.2  151.96 يوروپيم
 3273  1313  4  3  7.9  157.25 گادلينيم
 3230  1356  0.7  3  8.23  158.93 تربيم
 2567  1412  3.5  3  8.55  162.5 ديسپروزيم
 2700  1474  0.8  3  8.8  164.93 هولميوم
 2868  1526  2.3  3  9.1  167.26 اربيم
 1950  1545  0.32  3  9.34  168.93 توليم
 1196  819  2.2  3  7  173.04 ايتربيم
 3402  1663  0.4  3  9.84  174.97 لوستيوم
 2836  1541  8  3  3  44.96 اسكانديم
 3338  1522  30  3  4.47  88.91 ايتريم
 4850  1750  6  3  11.8  232.04 توريم

 1-4 انواع كانسارهاي عناصر كمياب خاكي :

 عناصر كمياب خاكي اصولاً در نهشته هاي اوليه همراه با توده هاي نفوذي در رگه ها ، دايكها و پگماتيتها و نهشته هاي ثانويه در سواحل ، تلماسه هاي آواري تشكيل مي شوند ،ذخيره بازماندي نيز شـناخته شـده انـد وممكن است در آينده از نظر اقتصادي اهميت پيدا كنند .

1-4-1 ذخاير همراه كربناتها :

كربناتها ، سنگهاي آذرين حاوي بيش از 50 درصد كربنات ، اختصاصا حًاوي ميـزان بـالاتري از عناصـركمياب خاكي نسبت به ديگرانواع سنگها بوده و اصولاً منبع اصلي عناصر كمياب خاكي دنيا مي باشد.

(37 درصد ،42 درصد و 1 درصد براي كربناتهاي كلسيوي ، كربناتهاي منيزيمي و كربناتهـاي آهنـدار بترتيـب) .

كربناتيتهاي حاوي عناصر نادر خاكي بطور تيپيك در مراحل آخر ماگمايي در كمپلكس هاي آلكـالين (سـينيت ،نفلين ، سينيت ونفلينيت) وجود دارند .

 ذخــــــاير كربناتي عناصر كمياب خاكي به دو نوع ماگمايي و متاسوماتيكي تقسيم مي شود ،(ريچاردسـون وبيركت 1996 ) .

ذخاير ماگمايي در سر تا سر فرآيندها همراه با تبلور ماگمايي اوليه تشكيل مي شوند. عناصـر كميـاب خـاكيعموماً در حين تفريق بلورين در مراحل آخر سري تفكيكي كربناتيتي كه بصورت تيپيك كربنـات هـاي آهنـداراست. (كربناتهاي آنكريتي يا دولوميتي هاي غني از آهن) تجمع مي يابد ، ذخاير كربنـاتي ماگمـايي عمومـاً بـهصورت توده هاي كوچك دودكش مانند (3 الي 4 كليومتر قطر) در پلوتون هاي مختلط همراه با سنگهاي مافيك و ارتورمافيك مي باشد. كانيزايي عموماً در ارتباط با لايه بندي ماگمايي و ساختارهاي جرياني از سنگهاي جريـانيدر ســـــــــــــــــــــــــــــــــــنگهاي ميزبـــــــــــــــــــــــــــــــــــان   مـي باشـند. ايـن ذخـاير عمومـاً داراي شـيب تنـد ، مـوازي بـا ديـواره هـاي تـوده هـاي نفـوذي پيچيـده   مي باشد .

  ذخاير متاسوماتيكي( ريچادسون و بيركت 1996 ، بيركت وسينكسر 1998) بوسيله واكنش بين سيالاتآزاد شده در حين بلوري شدن با كربناتها يا سنگهاي بستري كـه از قبـل وجـود داشـتند بوجـود آمـده و يـكآلتراسيون گرمابي يا اسكارني را بوجود مي آورند ، آلتراسيون گرمابي بوسيله متاسوماتيسم آلكـالي يـا فينتـيشدن در جايي كه كانيها از قبل موجود به وسيله فلدسپارهاي آلكـالن و پيروكـسن هـا و آمفيبولهـاي سـديكجايگزين مي شوند، مشخص مي شوند . ذخاير متاسوماتيكي بطور تيپيك بصورت اشكال زير تشكيل مي شوند .

  1. دايكها ورگه هاي اتساعي آنكريت ، دولوميت همراه يا بدون همراهي كلسيت .
  2. رگه هاي گرمابي نازك
  3. استوك و رگها

۴. اشكال جانشيني غني دركلسيت دولوميت يا آنكريت .

ميزان تمركز عناصر كمياب خاكي در اين رگه ها بين 1 تا 3 درصد وزني است و نيازمند تمركز بلـوري بوسـيلهآلتراسيون هاي گرمابي يا دما پايين و يا هوازدگي است تا به ذخاير اقتصادي بدل گردد.

 فراوانترين كانيها در ذخـاير كربنـاتيتي شـمال سـه فلـور و كربناتيـت بنامهـاي باستنائـسيت ، باريـسيت ،سينكيسيت كربناتهاي هيدراته شده ، آناسيليت و فسفـــــــات مونازيت مي باشد ، كانيهاي سـنگين حـاويعناصر كمياب خاكي هستند .

   منابع اصلي ، ذخاير كوه هاي پاس در جنوب كاليفرنيا و بايان اوربو در مركز مغولستان ، جمهوري خلـقچين    مي  باشد. كوههاي پاس اصلي ترين منابع توليد كننده عناصر كمياب خاكي در چند دهه اخيـر در جهـانبوده است ، در 1949 كشف گرديد. اين ذخاير حاوي 36 ميليون تن با ميزان 7.67 درصد اكسيدهاي عناصر نـادرخاكي هستند .

كان تن اصلي در سولفيد كويين ماين ، به صورت يك كربنات كشيده با عرض 200 متر و طول 730 متـر ميباشـدكه حاوي40 تا 75 درصد كلسيت ،  15 تا 50 درصد باريت ، 5 تا 15 درصد باستنائسيت مي باشد . بايـان اوبـو درسال 1927 كشف گرديد و در مقياس بزرگتر در دهه 1950 مورد كشف قرار گرفت. اين معدن بزرگترين ذخيـرهشناخته شده عناصر كمياب خاكي با 48 ميليون تن و تناژ ميانگين 6 درصد اكسيد عناصر كمياب خاكي ميباشـدكه بشكل استوك ورك و توده هاي جايگزين كربناتي كانسنگ منيتيت و همـــاتيت است. محصولات معدني بهدو بخش تقسيم مي شود :

يكي براي گداختن آهن و ديگري حاوي باستنائسيت و مونازيت با توريم پايين با كنـسانتره 60 درصـدي عناصـركمياب خاكي ، ديگر كربناتهاي غني از عناصر نادر خاكي در ناحيه معدني هيل ، مونتانا برزيل ، ايداهو در آمريكا ،اوكا در كبك در كشور كانادا( 23.8 ميليون تن با عيار 0.2 تا 0.5 اك سيد عناصر كمياب خاكي) ، آركسا و تاييرا ،ناحيه فن در نروژ ، كه كرونگ ، بروندي و كاتگانكونده هيل در مالدوي شناخته شده اند .[3]

 1-4-2 ذخاير همراه با سنگهاي پر آلكالن :

 در سنگهاي آذرين پر آلكالن به وسيله افزايش يـك مـولار عناصـر آلكـالي(Na2O+K2O)  بـيش ازآلومينيوم(Al2O3)  مشخص مي شوند و نتيجه آن حضور كانيهاي پيروكسن و آمفيبول آلكالي است .كاني سازيماگمايي و متاسوماتيكي عناصر نادر خاكي عمومـاً بـا فازهـاي كوچـك همـراه باتوليـت هـاي پرآلكـالن اسـت(ريچاردسون و بيركت1996 )در ذخاير ماسوماتيكي كاني اصلي حاوي عناصر كمياب خاكي در سنگهاي آذرين را  در خود متبلور شده و بطور تيپيك بصورت پراكنده در واحدهاي آذرين ويژه يافـت مـي شـوند. آلتراسـيونهايگرمابي كه با ذخاير همراه هستند ، عموماً دوتريكها پسين يافت مي گردد.[3]

 1-4-3 ذخاير تيپ برشهاي گرانيتي هماتيتي Olympic Dom :

  كاني ساز ي عناصر كمياب خاكي يك تركيب اكسيد آهن پروتروئيـك(Cu,U,Au,REE)  مـي باشـد.

كاني سازي در برشهاي گرانيتي هماتيتي پاسن پركامبرين پسين قرار گرفته كه بوسـيله تنـوعي از فرآينـدهايگرمابي ، ماگمايي ، رسوبگذاري ، تكتونيكي در محيط ريفي قاره تشكيل شده اند . در Olympic Dom يك كـانتن بزرگ از كالكوپيريت ، بورنيت ، كالكوسيت ، همراه با طلا ، اورانيم ، نقـره ، عناصـر كميـاب خـاكي ، بـاريم وكانيهاي فلورين دار وجود دارد. ميانگين ذخيره 1.6 درصد ،U ، 5.3Cu  گرم در تن طلا و 35 درصد آهن و حاويمقدار قابل توجهي عناصر كمياب خاكي بخصوص 0.2 درصد La و 0.3 درصد Ce مي باشد . [3 ]

 1-4-4 ذخاير اسكارن :

 ذخاير اسكارن ، ذخاير اپي ژنتيك ، متاسوماتيكي هستند كه در سنگهاي غني از كربنات در هالـه هـايكنتاكت توده هاي نفوذي تشكيل مي شوند. بعلاوه از ذخاير اسكارن همراه بـا كربناتيتهـايي كـه در بـالا بـه آنپرداخته شد ، 2000 تن اكسيد عناصر نادر خاكي (بخصوص عناصر كمياب خاكي سـبك) در اسـكارنU-REE- Th ماري كاتلين استراليا تاكنون برداشت شده است. اين ذخاير حاوي 9.5 ميليون تن كانـسنگ بـا عيـار 0.13 درصدU3O8  مي باشد. اين اسكارن در سنگهاي كالك سيليكات گارنت دار نزديـك بـه تـوده نفـوذي آلكـاليگرانيتي تشكيل شده است. كانسنگ اصلي معدن ، اورانينت است و عناصر نادر خـاكي در اورانيـت ، آپاتيـت وآلونيت قرار دارد .

بررسی روش های فرآوري عناصر نادر خاكي

بررسی روش های فرآوري عناصر نادر خاكي

فصل دوم

2-1-كانه آرايي ، ذوب ، تصفيه  REO   توليد شده از كانسنگ باستنائسيت كوههاي پـاس توسـط فراينـد فلوتاسـيونhot forth  بـه صـورتكنسانتره در مي آيد . اين كاني كه تا %60 ،  REOدارد مي تواند توسط فرايند آبشويي تـا 70 درصـد غلظـت وتوسط فرايند تكليس تا  90 درصد غلظت برسد ، محصول كنسانتره غني از سريم ، اكسيد سريم ونمـك اسـت وكنسانتره غني از لانتانيم و فقير از سريم به صورت يك ماده خام (feed Stock) بـراي فراينـدهاي بعـدي مـورداستفاده قرار مي گيرد.

  مونازيت توس ط فرايند جدايش ثقلي از ديگر كانيهاي سنگين جـدا شـده و سـپس توسـط فراينـد جـدايشاستاتيكي ومغناطيس توليد كنسانتره اي 49 تا 55 درصد REO مي كنند . هم مونازيت و هم زنوتيم معمولاً توسط گرما بر روي كنسانتره در دماي 150 درجه در اتوكلاوها با محلولNaOH  شكسته مي شوند. بعد از سرد شدن بااضافه كردنNa3PO4  خارج شده وREE  بصورتREO  و توريوم بصورتTh(OH)4  در مـي آيـد. REO درHcl حل شده تا كلريد غيرمحلول حاصل مي شود كه به طريقه الكتريكي احياء شده كهMischmetal  را بوجـودآورد يا براي فرآوري هاي آينده توليد عناصر خاكي مجزا مصرف مي شود .

    چندين روش براي استحصال و جدايش عناصر كمياب خاكي مجزا وجود دارد كه شامل استخراج حلال سيال – سيال بر اساس تفاوت در ميل تركيبي عناصر نادر خاكي مجزا براي عامل كي ليت ساز در يك حلال آلـي ، وقتـيكهREE  در آب با يك محلول داراي عامل كي ليت ساز محلول مي شود ، عناصر نادر خـاكي بـا بـالاترين ميـلتركيبي درحلال غني مي شود ، اگر اين عمل به طور كافي تكرار گردد، محصول با 99.999 درصد خـالص بدسـتمي آيد . محصول تجاري شامل كنسانتره ها (تركيبات مخلوط شده و مجزا) و فلزات به صورت مجـزا يـا تركيـبشده مي باشد ، فلزات با خلوص بالابه صورت اسفنج ، كلوخه ، شمش ، ميله ، سيم ، ترانشه ، پودر ، ورقه ، فويـل ،صفحه اي ، صفحات كاتدي ، قالبهاي ريختگري و اشكال دستگاهي مورد بررسي قرار مي گيرد. آلياژهاي بـصورتاشكال ريختگري از قبيل حباب واشر ، قوطي ، شمش فلزي ، كلوخه اي ، شمش و مقادير زيادي از پونـد تـا تـنفروخته مي شود . [2]

 2-2 فسفاتها:

  مواد خام مورد علاقه متالورژيست هـا ، سـنگ هـاي فـسفات، شـن مونازيـت(Monazit)  و گزينـوتيم(Xenotime) مي باشد.(مونازيـــــت و گزينوتيم از كانيهـاي مهـم عناصـر كميــــــــ اب خـاكي از نظـراقتصادي )جدول3-1 سنگ فسفات از نظر وزني در مقايسه با مواد ديگر از اهميـت بيـشتري برخـوردار اسـت ،سالانه در حدود 120 ميليون تن سنگ فسفات فرآوري مي شود در حالي مونازيت و گزنوتيم مصرف فقط 30000 تن است .

آپاتيت جزء اصلي سنگهاي فسفات مي باشد. همانگونه كه گفته شد نام اين كاني از كلمـه يونـانيαπατω (مـ ن گول مي زنم) گرفته شده زيرا از زمان كشف شناخته شد با ديگر انواع كانيها شامل بريل وتورمالين اشتباه گرفتهمي شد. اين موضوع مربوط به اواخر قرن هيجدهم مي شود. سنگ فسفات ماده خام اصـلي بـراي توليـد كـودشيميايي فسفاته است. مقدار كم فلورين ف مقدار بيشتر اورانيم و بعضي لانتانيدها بـه عنـوان محـصول ثانويـهبازيابي ميشود. ذخاير فسفات درآيداهو ويومينگ(Idaho,Wyoming)  منابع واناديم هستند. سنگ فسفات درونگ فو (Wengfu) چين حاوي 7ppm يد به صورت جانشيني ايزومورف با فلورين مي باشد .

از طرف ديگر ، مونازيت ، از كلمه يوناني ( تنها بودن) مشتق مي شود. مونازيت يك فسفات لانتانيد حاوي توريمومقدار كمي اورانيم است. كاني مزبور بطور وسيع در پوسته زمين پراكنده بوده و به مقدار كم در گرانيت ها وجوددارد. بر اثر هوازدگي اين سنگها دانه هاي مونازيت يه وسيله آب حمل و سپس در دهانه رودخانه همراه با اجـزاءسنگين تر سنگ مادر (اصلي) تجمع مي كنند تا شن سياه كه به عنوان شن مونازيتي موسومند تـشكيل شـوند.

[5]314]

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

 جدول3-1:مواد خام اصلي فسفاتها

محصولات فرمول فسفات هاي اقتصادي مواد خام
كود.شيميايي  فسفاتي   اورانيوم ، واناديم  لانتانيدها، فلورين  

 Ca10(PO4)F2

 

 Ca10(PO4)6(OH)2

 

 Ca10(PO4)6CO3

 

آپاتيت

•  فلورآپاتيت

 

•هيدروكسي آپاتيت

 

•  كربناتوآپاتيت

سنگ فسفات
لانتانيدها  LaPO4 مونازيت شن مونازيت
اورانيوم ،توريم  LaPO4 گزينوتيم كاستيريت الوويال

 2-3 سنگ فسفات:

 سنگ فسفاته عمدتاً از فلورآپاتيت ، هيدروكسي آپاتيت و كرباتو آپاتيت تشكيل شده است (جـدول 2

بسته به نسبت هر كدام از اين تركيبات ، سنگ مي توان فرانكوليت ، كونسكيت يا كولوفانيت باشد .

 جدول 3-2 :انواع اصلي سنگ فسفات

مخلوط ايزومورف فلورآپاتيت و كربنات آپاتيت به نسبت1/3 فرانكوليت  
مخلوط ايزومورف فلورآپاتيت و كربنات آپاتيت به نسبت 1/2   كونسكيت
انواع بلورهاي خيلي ريز فرانكوليت كولوفانيت

 2-4 روشهاي ليچينگ :

  سنگ فسفات در آب نامحلول است، اما وقتي با اسيدها ليچ مي شود هم فسفات منو كلسيم محلـول درآب و  فسفات دي كلسيم محلول در سيترات وهم اسيد فسفريك ميتوان بدست آورد. دونوع اول مستقيما بعنوان كود شيميايي قابل استفاده اند در صورتي كه نوع سوم توسط آمونياك خنثي شده كود شيميايي فسفات آمونيومتوليد مي شود . [5]314]

 2-4-1 بازيابي لانتانيدها:

سنگ فسفات با منشاء رسوبي حاوي حدود 0.5 درصد و با منشاء آذرين ، بعنوان مثال ، در كلاپنينسولا  حدود 1 درصد اكسيدهاي لانتانيد است . در حين ساخت اسيد فسفريك ، حدود 70 درصد لانتانيد ها همـراه بـاژيپس از بين مي روند. هر چند اگر عمل اسيدي كردن بوسيله اسيد نيتريك انجام شود تمام آنهـا حـل شـده وبوسيله حلالهاي آلي قابل بازيابي هستند. در فلاند در خلال 19651972 ، لانتانيدها از سنگهاي فسفات بوسيلهKermira Oy و با استفاده از حلالهاي آلي بطور تجاري بازيابي مي شوند . عملياتن مشابه اي نيـز در روسـيه در

حال انجام است .

 2-4-2 شن مونازيتي و گزينوتيم :

شن هاي مونازيتي عمدتاً در برزيل ، هند ، استراليا و آمريكا و گزينوتيم عمدتا در جنـوب غربـي آسـياهمراه با ذخاير آبرفتي قلع وجود دارد. هر دو كاني را مي توان به روشهاي فيزيكي از شن ها بازيابي و تغليظ 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﴾