استحصال سریم اکسید از مخلوط عناصر نادر خاکی حاصل از کنسانتره فسفات اسفوردی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی معدن، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

2 استاد، گروه مهندسی معدن، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

3 استادیار، گروه فرآوری مواد معدنی، دانشگاه صنعتی اراک، اراک

چکیده

یکی از چالش‌های تولید عناصر نادرخاکی(REE)، دشواری جدایش آنها از یکدیگر است. از این‌رو در تحقیق پیش‌رو امکان جداسازی و تولید اکسیدسریم خالص از کنسانتره کربناتی مخلوط REE حاوی 75/22درصد سریم، 4/9درصد لانتانیم و6/8درصد نیودیمیم (مجموع REE 51/41 درصد) حاصل از فرآوری کنسانتره فسفات اسفوردی بررسی شد. دو روش برای جدایش سریم از سایر REE استفاده شد. در روش اول، با توجه به انحلال‌پذیری کم Ce4+، کلسیناسیون کنسانتره کربناتی و تبدیل کربنات‌سریم به اکسید‌سریم و انحلال انتخابی سایر REE بررسی شد. در روش دوم، قبل از ترسیب REE به فرم کربناتی، امکان اکسیداسیون سریم در محلول سولفاتی با پتاسیم‌پرمنگنات و جدایش انتخابی آن از سایر REE بررسی شد. نتایج کلسیناسیون کنسانتره کربناتی نشان داد که در صورت لیچینگ کلسین با اسید‌نیتریک 1 مولار در دمای 80 درجه سانتی‌گراد به مدت 2 ساعت، تنها 35 و 45درصد از لانتانیم و نئودیمیم حل شد. با لیچینگ کلسین توسط اسید‌نیتریک 4 مولار در دمای 80درجه و زمان 2 ساعت، اگرچه بیش از 90 درصد عناصر لانتانیم و نئودیمیم حل شد اما 35 درصد از سریم نیز به صورت محلول درآمد(لیچینگ انتخابی نبود). در روش دوم با استفاده از پتاسیم‌پرمنگنات با نسبت استوکیومتری 5/1 برابر سریم، 5/3 pH= و مدت زمان 1 ساعت، 98درصد سریم محلول به‌صورتCe(OH)4 ، به‌همراه کمتر از 1 درصد از سایر REE رسوب‌کرد. هیدروکسید حاصل برای تولید CeO2 در دمای 850درجه سانتی‌گراد به‌مدت 1 ساعت کلسینه شد و در نهایت CeO2 با خلوص 99درصد به‌دست‌آمد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Recovery of Cerium Oxide from Concentrate of Rare Earth Element Obtained from Esfordi Phosphate Concentrate

نویسندگان [English]

  • S. Mahdiani 1
  • M. Abdollahy 2
  • F. Soltani 3
1 M.Sc, Dept. of Mining Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Professor, Dept. of Mining Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Dept. of Mining Engineering, Arak University of Technology, Markazi, Iran
چکیده [English]

One of the challenges in the rare earth elements (REE) production industry is the difficulty of separating them from each other. Therefore, in the present study, the possibility of cerium separation from carbonate concentrate of REEs containing 22.75% Ce, 9.4% La and 8.6% Nd (total REEs of 41.51%) was investigated. Two methods were used to separate Ce from other REEs. In the first method, due to the very low solubility of Ce4+, the calcination of carbonate concentrate and conversion of cerium carbonate to cerium oxide and selective dissolution of other REEs from the calcine were investigated. In the second method, prior to the carbonate precipitation of REEs, the possibility of cerium oxidation in the sulfate solution (by using potassium permanganate) and its subsequent selective separation from other REEs was investigated. Results of the calcination (first method) showed that only 35 and 45% of La and Nd were dissolved at 80⁰C after 2 hours leaching with 1 molar nitric acid, respectively. Results of the calcine leaching with 4 molar nitric acid at 80⁰C for 2 hours showed that more than 90% of the La and Nd were dissolved. In this conditions, 35% of the Ce was also dissolved and the leaching process was not selective. In the second method, using potassium permanganate with a stoichiometric ratio of 1.5 to 1 for oxidant to Ce, pH 3.5 for 1 hour, 98% of the Ce and less than 1% of La and Nd were precipitated. The resulting hydroxide was calcined at 850⁰C for 1 h to produce CeO2 and finally a Ce oxide concentrate was obtained with 99% purity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Esfordi phosphate concentrate
  • Mixed Rare Earth Elements Carbonate concentrate
  • Cerium Oxide
  • Potassium Permanganate

مراجع

[1] Krishnamurthy, N., and Gupta, C. K. (2015). “Extractive metallurgy of rare earths”. CRC press, pp. 484.
[2] Zhang, J., and Edwards, C. (2012). “A review of rare earth mineral processing technology”. In 44th Annual Meeting of the Canadian Mineral Processors. CIM, Ottawa, 79-102.
[3] Binnemans, K., Jones, P. T., Blanpain, B., Van Gerven, T., and Pontikes, Y. (2015). “Towards zero-waste valorisation of rare-earth-containing industrial process residues: a critical review”. Journal of Cleaner Production, 99: 17-38.
[4] Ogata, T., Narita, H., Tanaka, M., Hoshino, M., Kon, Y., and Watanabe, Y. (2016). “Selective recovery of heavy rare earth elements from apatite with an adsorbent bearing immobilized tridentate amido ligands”. Separation and Purification Technology, 159: 157-160.
[5] Bandara, A., and Senanayake, G. (2015). “Leachability of rare-earth, calcium and minor metal ions from natural Fluorapatite in perchloric, hydrochloric, nitric and phosphoric acid solutions: Effect of proton activity and anion participation”. Hydrometallurgy, 153: 179-189.
[6] سلطانی، ف.؛ 1395؛ "بررسی شرایط ترمودینامیک انحلال عناصر اصلی نادر خاکی موجود در کنسانتره فسفاتی". رساله دکتری، دانشگاه تربیت مدرس، 184 صفحه.
[7] Boomeri, M. (2012). “Rare earth minerals in Esfordi magnetite-apatite ore deposit, Bafq District”. Geosciences, 85: 71-82.
[8] Soltani, F., Abdollahy, M., Javad Koleini, S., and Moradkhani, D. (2017). “Selection of an appropriate leaching method for light REEs from Esfordi flotation concentrate based on mineral characterization”. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 117: 443-450.
[9] Banihashemi, S. R., Taheri, B., Razavian, S. M., and Soltani, F. (2019). “Selective nitric acid leaching of rare-earth elements from calcium and phosphate in fluorapatite concentrate”. JOM, 71: 4578-4587.
[10] Soltani, F., Abdollahy, M., Petersen, J., Ram, R., Becker, M., Koleini, S. J., and Moradkhani, D. (2018). “Leaching and recovery of phosphate and rare earth elements from an iron-rich fluorapatite concentrate: Part I: direct baking of the concentrate”. Hydrometallurgy, 177: 66-78.
[11] Soltani, F., Abdollahy, M., Petersen, J., Ram, R., Koleini, S. J., and Moradkhani, D. (2019). “Leaching and recovery of phosphate and rare earth elements from an iron-rich fluorapatite concentrate: Part II: Selective leaching of calcium and phosphate and acid baking of the residue”. Hydrometallurgy, 184: 29-38.
[12] McNeice, J., Kim, R., and Ghahreman, A. (2020). “Oxidative precipitation of cerium in acidic chloride solutions: Part II–oxidation in a mixed REE system”. Hydrometallurgy, 194: 1-7.
[13] فردوسی، ع.؛ 1395؛ "انحلال، استخراج و جداسازی عناصر نادر خاکی سریم، لانتانیم نئودیمیم از کنسانتره آپاتیت چادرملو". رساله دکتری، دانشگاه صنعتی شریف، 242 صفحه.
[14] Seyed Alizadeh Ganji, S. M., Shafaei, S. Z., Goudarzi, N., and Azizi, A. (2016). “Investigating the best mixture extraction systems in the separation of rare earth elements from nitric acid solution using Cyanex272, D2EHPA, and 8-Hydroxyquinoline”. Geosystem Engineering, 19: 32-38.
[15] McNeice, J., Kim, R., and Ghahreman, A. (2019). “Oxidative precipitation of cerium in acidic chloride solutions: part I–Fundamentals and thermodynamics”. Hydrometallurgy, 184: 140-150.
[16] Mioduski, T. , Hao, D. A., and Luan, H. H. (1989). “Separation of cerium from other lanthanides by leaching with nitric acid rare earth (III) hydroxide-cerium (IV) oxide mixtures”. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 132: 105-113.
[17] Abreu, R. D., and Morais, C. A. (2010). “Purification of rare earth elements from monazite sulphuric acid leach liquor and the production of high-purity ceric oxide”. Minerals Engineering, 23: 536-540.
[18] Shilov, V., Gogolev, A., Fedoseev, A., and Perminov, V. (2014). “Mechanism of cerium (III) oxidation with ozone in sulfuric acid solutions”. Radiochemistry, 56: 400-403.
[19] Zou, D., Chen, J., Cui, H., Liu, Y., and Li, D. (2014). “Wet air oxidation and kinetics of cerium (III) of rare earth hydroxides”. Industrial & Engineering Chemistry Research, 53: 13790-13796.
[20] Nechaev, A., Sibilev, A., Smirnov, A., Shestakov, S., and Polyakov, E. (2016). “A rational approach to processing cerium-containing raw materials”. Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 50: 863-866.
[21] Ho, E., Wilkins, D., and Soldenhoff, K. (2014). “Recovery of cerium from chloride solution by oxidation with sodium hypochlorite”. In Proceedings of the 7th International Symposium on Hydrometallurgy.
[22] Puigdomenech, I. (2008). “HYDRA (Hydrochemical Equilibrium- Constant Database) and MEDUSA (Make Equilibrium Diagrams Using Sophisticated Algorithms) Programs”. Royal Institute of Technology, Sweden. http://www.ke- mi.kth.se/medusa.
[23] Al-nafai, I. (2015). “Application of Pourbaix diagrams in the hydrometallurgical processing of Bastnasite”. Penn State University, pp. 160.
[24] Kim, E., and Osseo-Asare, K. (2012). “Aqueous stability of thorium and rare earth metals in monazite hydrometallurgy: Eh–pH diagrams for the systems Th–, Ce–, La–, Nd–(PO4)–(SO4)–H2O at 25 C”. Hydrometallurgy, 113: 67-78.
[25] Qi, D. (2018). “Hydrometallurgy of Rare Earths: Extraction and Separation”. Elsevier, pp. 804.
[26] Monhemius, A. (1977). “Precipitation diagrams for metal-hydroxides, sulfides, arsenates and phosphates”. Transactions Institution of Mining & Metallurgy, 86(C): 202-206.
 

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 12 آذر 1398
  • تاریخ بازنگری: 26 شهریور 1399
  • تاریخ پذیرش: 26 شهریور 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار