Завод по переработке редкоземельных элементов: полное руководство по обогащению монацита и бастнезита
Глобальный переход к зеленой энергии зависит от семнадцати малоизвестных элементов, известных как редкоземельные элементы (РЗЭ). В частности, неодим (Nd) и празеодим (Pr) являются незаменимым сырьем, необходимым для производства постоянных магнитов, приводящих в движение двигатели электромобилей (EV) и морские ветряные турбины. По мере того как страны борются за обеспечение независимых цепочек поставок, спрос на высокоэффективные заводы по обогащению РЗЭ достиг беспрецедентного уровня.
Однако «редкоземельные элементы» на самом деле не являются редкими в земной коре; исключительно редко можно найти их в концентрации, достаточной для добычи, а еще реже — инженерные знания, необходимые для их извлечения. Руды РЗЭ — это кошмар для металлургов, поскольку они часто содержат радиоактивные элементы, флюориты и сложные силикаты. Для проектирования успешного завода по переработке редкоземельных элементов требуется хирургически точное сочетание технологий гравитационной, высокоинтенсивной магнитной, электростатической и высокотемпературной флотации.
Как всемирно признанный подрядчик EPC (проектирование, закупки и строительство), OreSolution проектирует и вводит в эксплуатацию передовые линии по обогащению РЗМ. Это исчерпывающее инженерное руководство раскрывает сложности переработки двух наиболее коммерчески жизнеспособных редкоземельных минералов: монацита и бастнезита.
РЗМ тщательно контролируется экологическими регулирующими органами. В частности, монацит содержит значительное количество тория (Th) и урана (U), что делает руду и ее отходы радиоактивными. При проектировании технологической схемы необходимо уделить внимание не только извлечению оксидов редкоземельных элементов (РЗО), но и обеспечить строгий контроль за пылью, автоматизированную сухую сепарацию и безопасное обращение с радиоактивными отходами, чтобы получить международные разрешения.
Часть 1: Расшифровка минералогии РЗМ — история двух минералов
Прежде чем выбрать оборудование для измельчения или сепарации, необходимо определить целевой минерал. Более 90 % мировых запасов легких редкоземельных элементов (LREE) добываются из двух основных минералов, каждый из которых требует принципиально различного подхода к переработке.
Часть 2: Переработка монацита — схема физического разделения
При переработке монацита (часто добываемого из прибрежных тяжелых минеральных песков вместе с цирконом и рутилом) завод использует сложную последовательность сухого и мокрого физического разделения. Поскольку монацит плотный и парамагнитный, мы избегаем использования сложных флотационных химикатов.
1. Влажная гравитационная предварительная концентрация
Необработанный песок или дробленый пегматит перемешивается и проходит через массив спиральных желобов. Спирали отбраковывают большую часть легкого кварцевого песка (SG 2,6), производя концентрат тяжелых минералов (HMC), содержащий монацит, ильменит, рутил и циркон.
2. Сухая магнитная сепарация (разделение ядра)
HMC сушится в ротационной сушилке. Затем он проходит через магнитные сепараторы низкой интенсивности для удаления высокомагнитного ильменита. Оставшийся концентрат подается в флагманский трехдисковый магнитный сепаратор OreSolution (или высокоинтенсивные индуцированные роликовые магниты).
- При высокой интенсивности магнитного поля (обычно от 12 000 до 18 000 гаусс) слабомагнитные монацит и ксенотим извлекаются.
- Немагнитные циркон и рутил проходят прямо через него.
3. Электростатическая полировка
Для обеспечения абсолютной чистоты магнитная фракция монацита может проходить через высоковольтный электростатический сепаратор. Поскольку монацит не проводит электричество, он прилипает к заземленному ротору, что позволяет эффективно отделить его от любых следов проводящих минералов.
Часть 3: Переработка бастнезита — сложный флотационный цикл
Бастнезит обычно встречается в твердых карбонатитовых месторождениях (таких как знаменитая шахта Маунтин-Пасс в США или Баян-Обо в Китае). Он глубоко переплетен с кальцитом, баритом и флюоритом. Поскольку все эти минералы имеют схожие свойства кальция или карбоната, гравитационная и магнитная сепарация не работают. Обязательно применяется сложная пенная флотация.
1. Измельчение и обезвоживание
Руда измельчается с помощью щековых дробилок и перемалывается в шаровой мельнице до размера частиц примерно 80 % проходящих 74 микрона. Поскольку бастнезит является хрупким, чрезмерное измельчение приводит к образованию шламов, которые поглощают дорогостоящие реагенты. Очистка от шламов с помощью гидроциклона перед флотацией имеет решающее значение.
2. Химия флотации
Для отделения бастнезита от кальцита и барита требуется использование высокоспецифичных, часто нагретых реагентов в пневматических флотационных камерах.
3. Высокотемпературная подготовка
Подобно шеелиту, флотация бастнезита часто получает огромную выгоду от «этапа нагрева». Путем перекачивания грубого концентрата в кондиционирующий резервуар с паровой рубашкой и нагрева его до 70–90 °C с высокими дозами депрессантов, связь коллектора с кальцитом и баритом термически разрушается, в то время как связь РЗМ-гидроксамита остается стабильной. Последующая чистая флотация дает концентрат высшего качества (>60% REO).
Часть 4: Гидрометаллургический мост (крекинг и выщелачивание)
В отличие от меди или золота, концентрат редкоземельных элементов нельзя просто расплавить. Физическая/флотационная установка производит минеральный концентрат (например, 60% REO). Для извлечения отдельных редкоземельных металлов (Nd, Pr, Dy) минеральная решетка должна быть химически разрушена — этот процесс называется «крекингом».
Хотя OreSolution в основном предоставляет услуги по физической обогащению EPC, мы проектируем наши заводы так, чтобы они легко интегрировались с последующими гидрометаллургическими процессами:
- Для бастнезита: обычно подвергается кислотному обжигу (обжиг концентрированной серной кислотой при 500 °C) для преобразования РЗМ в водорастворимые сульфаты редкоземельных элементов.
- Для монацита: как правило, подвергается переработке каустической содой (NaOH) при 150 °C для разложения фосфатов и выделения радиоактивного тория в виде нерастворимого гидроксида.
Часть 5: Обезвоживание и управление хвостами
Независимо от того, обрабатывается ли монацит или бастнезит, конечный влажный концентрат и огромный объем хвостов должны быть тщательно обезвожены. Это вдвойне важно для монацита, чтобы предотвратить просачивание радиоактивных веществ в грунтовые воды.
Шлам перекачивается в высокопроизводительные сгустители для рекуперации технологической воды. Затем нижний слой обрабатывается с помощью мощных пластинчато-рамных фильтр-прессов. В случае радиоактивных хвостов полученные сухие фильтр-кейки герметично упаковываются в облицованные, безопасные хранилища для сухого складирования хвостов, что обеспечивает строгое соблюдение требований ESG.
Часто задаваемые вопросы: экспертная диагностика и устранение неисправностей на заводах по переработке РЗМ
О: Гидроксиматные коллекторы очень чувствительны к химическому составу воды. Если ваша технологическая вода содержит высокий уровень свободного кальция или магния (жесткая вода), эти ионы будут потреблять коллектор, прежде чем он сможет присоединиться к редким землям. Вы должны установить систему умягчения воды (добавляя кальцинированную соду) перед резервуарами для флотационной подготовки.
О: Поскольку оба минерала тяжелые (удельная плотность ~4,6-5,2), гравитация (спирали) сгруппирует их вместе. Разделение должно производиться магнитным способом. Убедитесь, что концентрат полностью сухой (используя ротационную сушилку), затем используйте трехдисковый магнитный сепаратор. Высокоинтенсивное магнитное поле притянет парамагнитный монацит, а диамагнитный (немагнитный) циркон будет свободно падать.
О: Это классический случай неудачной селективности. Вам необходимо внедрить этап высокотемпературной подготовки (процесс Петрова) перед вашими очистительными флотационными камерами. Нагревание суспензии до 80 °C с помощью лигнинсульфоната удалит коллектор с кальцита, навсегда понизив его.
Вывод: проектирование будущего энергетики
Проектирование завода по переработке редкоземельных элементов — вершина металлургического инжиниринга. Типовая технологическая схема мгновенно провалится при сложной минералогии РЗЭ, что приведет к потере NdPr, неуправляемым радиоактивным отходам и катастрофическим финансовым потерям.
В OreSolution мы предоставляем максимальные преимущества EPC. От проведения строгих лабораторных испытаний, необходимых для разработки индивидуальной схемы флотации гидроксиматом, до производства массивных трехдисковых магнитных сепараторов и фильтр-прессов, мы поставляем надежные, соответствующие ESG заводы по обогащению РЗМ.
Вы разрабатываете стратегическое месторождение редкоземельных элементов? Свяжитесь с OreSolution сегодня, чтобы проконсультироваться с нашими главными металлургами и приступить к разработке технологической схемы, которая обеспечит будущее «зеленой» экономики.