Dagens gästskribent är Claes-Erik Simonsbacka.
Frigörandet av sällsynta jordartsmetaller (REE) från eudialytmineraler är en komplex process som påverkas av mineralets invecklade kristallstruktur och de specifika bearbetningstekniker som används. Eudialytgruppmineraler (EGM) är Na-Ca-Zr-cyklosilikater kända för att rymma ett brett spektrum av element, inklusive REE, inom sin komplexa trigonala kristallstruktur. Denna strukturella egenskap dikterar kraven för sönderdelning och efterföljande bearbetning för effektiv extraktion av REE.
Betydande avlagringar av EGM finns i peralkaliska magmatiska komplex globalt, inklusive Ilímaussaq (Grönland), Norra Kärr (Sverige), Lovozero och Khibina (Ryssland), Kipawa (Kanada) och Pajarito (USA). Medan eudialyt anses vara ett malmmineral med relativt låg halt jämfört med karbonatithaltiga REE-malmer (vanligtvis 1–10 viktprocent total REE2O3), dess ekonomiska betydelse förstärks av en relativt hög andel värdefulla tunga sällsynta jordartsmetaller (HREE) jämfört med lätta sällsynta jordartsmetaller (LREE), samt låg uran- och toriumhalt och enkel utvinning genom magnetisk separation. De senaste metallurgiska framstegen har fokuserat på att övervinna problemet med kiselgelbildning under eudialytupplösning, vilket hindrar metallutvinning. Innovativa flerstegslakningstekniker har utvecklats, vilket visar lovande resultat för uppskalning, även om deras ekonomiska lönsamhet i industriell skala fortfarande demonstreras.
Utvinning av strategiska element från eudialytkoncentrat är utmanande på grund av mineralets komplexa strukturella och sammansättningsmässiga natur. Ett betydande hinder vid hydrometallurgisk bearbetning av eudialyt är bildandet av kiselgel, vilket hindrar metallutvinning.
För att hantera detta har innovativa flerstegstekniker för urlakning utvecklats, inklusive sulfatering och termisk nedbrytning av icke-REE-sulfater, följt av selektiv urlakning. Dessa metoder syftar till att undertrycka bildandet av kiselgel och förbättra utvinningen av REE, zirkonium, hafnium, mangan och niob.
Eudialyt är känt för att lätt brytas ner av syra, vilket gör lösningsmedelsextraktionsmetoder användbara för att utvinna REE från sura urlakningslösningar. Lovozero-fyndigheten på Kolahalvön i Ryssland har nästan obegränsade reserver av eudialytmalm, vilket gör den till en lovande källa för sällsynta jordartsmetaller, inklusive zirkonium, hafnium, niob, tantal, yttrium, cerium och europium. Tekniker för att anrika eudialytmalm genom magnetiska metoder och flotationsmetoder finns redan-
Pågående forskning inom metallurgisk bearbetning syftar till att övervinna extraktionsutmaningar, särskilt kiselgelbildning, för att frigöra den fulla ekonomiska potentialen hos dessa komplexa mineral. Ny forskning, särskilt med hjälp av röntgenabsorptionsspektroskopi (XAS)-tekniker såsom röntgenabsorptionsnära kantstruktur (XANES) och utökad röntgenabsorptionsfinstruktur (EXAFS), har gett viktiga insikter i den lokala koordinationsmiljön för REE i EGM.
Den erforderliga malningsfinheten för att frigöra REE-element från eudialytmineralgittret betonar litteraturen eudialytens komplexa mineralogi och de utmaningar som är förknippade med dess bearbetning, särskilt bildandet av kiselgel under syrauppslutning, vilket hindrar metallutvinning. Innehållet ger flera insikter som sammantaget indikerar behovet av finmalning och avancerade bearbetningstekniker för att uppnå effektiv frigöring.
Exempel på logiska steg för att dra slutsatsen om den nödvändiga sönderdelningen:
1. Eudialyt beskrivs som att ha en ”komplex mineralogi” och innehålla ”konstiga och underbara mineraler” som är utmanande att bearbeta REE-molekylerna finns i eudialytens invecklade trigonala kristallstruktur. Detta tyder på att de begränsade mängderna inte bara är ytadsorberade utan är en integrerad del av mineralets gitter, vilket kräver att kristallstrukturen bryts ner för att frigöras.
1. Bearbetningsutmaningar och lösningar:
• En betydande utmaning vid eudialytbearbetning är bildandet av kiselgel under syrauppslutning, vilket ”hindrar metallutvinning”. Detta problem åtgärdas med ”innovativa flerstegslakningstekniker” och ”torrrötning vid låg temperatur för att förhindra bildandet av kiselgel”. Även om det inte direkt handlar om sönderdelning, innebär behovet av specialiserade nedbrytningsmetoder att mineralet måste presenteras i en form som möjliggör effektiv kemisk attack, vilket vanligtvis innebär en hög ytarea som uppnås genom finmalning.
• Bearbetningen av eudialyt innefattar hydrometallurgisk behandling, inklusive syrauppslutning, Hydrometallurgiska processer är generellt sett mer effektiva med finmalet material för att maximera ytan för kemiska reaktioner.
• Innehållet nämner att ”effektiv mineralbearbetning av en målmalm är det som hindrar de flesta REE-utvecklare som är nya inom denna sektor” Medan gravitationsseparation är att föredra för grovkorniga mineral med hög densitet, framhävs skumflotation som en viktig koncentreringsprocess för ”mycket finkorniga” partiklar och ”komplexa mineralsammansättningar”. Det faktum att eudialyt är ett komplext silikat antyder att flotation eller liknande tekniker för separation av fina partiklar skulle vara nödvändig, vilket i sin tur kräver finmalning.
• ”Rötprocessen” (Leaching process) med HCl omvandlar eudialyt till en blandning av metallsalter och en ”kiselhaltig sekundär fällning”. Denna process är fördelaktig eftersom den kan uppnå hög utvinning av sällsynta jordartsmetaller och andra värdefulla metaller samtidigt som den genererar en relativt ren kiseldioxidprodukt som potentiellt kan användas som råmaterial i andra industrier. Denna kemiska omvandling är sannolikt mer effektiv med ett finfördelat råmaterial.
1. Efter rötningen separeras den fasta kiselhaltiga fällningen från den metallhaltiga lösningen (lakvätskan) genom filtrering eller dekantering.
2. Lakvätskan, som nu innehåller de lösta metallsalterna, kan sedan genomgå ytterligare hydrometallurgiska processer som lösningsmedelsextraktion, jonbyte eller utfällning för att selektivt separera och rena de önskade metallerna, såsom zirkonium, sällsynta jordartsmetaller och niob. Den kiselhaltiga fällningen kan antingen deponeras som avfall eller i vissa fall vidarebearbetas för att utvinna kiseldioxid av högre renhet.
3. Utmaningar inkluderar hantering av stora volymer saltsyra, korrosion av utrustning och bortskaffande av den kiselhaltiga fällningen
4. Allmänna principer för mineralbearbetning: Finfördelning, som involverar krossning och malning, är ett grundläggande steg för att ”frigöra och koncentrera dessa målmineraler”. Målet är att minska partikelstorleken till den punkt där målmineralerna ”bäst frigörs från avfallsmineralerna”. För mineral med komplexa interna strukturer, som eudialyt, är denna frigöringsstorlek vanligtvis mycket liten.
De samlade bevisen pekar alltså på behovet av fin till mycket fin malning för att effektivt frigöra REE från eudialytgittret, vilket möjliggör efterföljande kemiska och fysikaliska separationsprocesser. Utmaningarna med kiselgelbildning understryker ytterligare behovet av optimerad sönderdelning för att presentera materialet i en reaktiv form för nedbrytning.
Graden av sönderdelning bestäms genom detaljerade mineralogiska studier och frigöringsanalys, i syfte att uppnå en balans mellan frigöringseffektivitet och energiförbrukning, samtidigt som man beaktar de efterföljande bearbetningssteg som är utformade för att mildra problem som kiselgelbildning.
Förståelsen av REE-substitution i eudialytgruppens mineraler har utvecklats avsevärt genom detaljerad spektroskopisk analys. Det primära fyndet är att HREE, särskilt yttrium, företrädesvis ersätter kalcium, vilket bidrar till de unika REE-profiler som gör eudialyt till en värdefull resurs. Pågående forskning inom metallurgisk bearbetning syftar till att övervinna extraktionsutmaningar, särskilt kiselgelbildning, för att frigöra den fulla ekonomiska potentialen hos dessa komplexa mineralelement.
Referenser:
Ample Rare Elements A Geochemical Anomaly in the Earth’s Crust at Norra Kärr
Sjöqvist, Axel Stig Leo (2021-11-18)
gupea_2077_69728_2%20(2).pdf
SME Mineral Processing & Extractive Metallurgy Handbook
https://app.knovel.com/kn/resources/kpSMEMPEM1/toc
Hydrometallurgical Treatment of an Eudialyte Concentrate for Preparation of Rare Earth Carbonate
https://pdfs.semanticscholar.org/836a/07cfca436826fbbf06a7c18f00ca654cb55f.pdf
Davris, P., Stopic, S., Balomenos, E., Panias, D., Paspaliaris, I., Friedrich, B. (2017) Leaching of rare earth elements from eudialyte concentrate by suppressing silica gel formation. Minerals Engineering, 108. 115-122 doi:10.1016/j.mineng.2016.12.011
https://www.mindat.org/reference.php?id=7719184
Claes-Erik Simonsbacka
Ingenjör och f.d. managementkonsult till gruvföretag med gruvverksamheter i Sverige, Västafrika och Sydamerika