Neue elektrokinetische Bergbautechnologie zur Gewinnung von Seltenerdelementen aus Verwitterungskrusten

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Seltenerdelemente (REEs), insbesondere schwere REEs (HREEs), sind wichtig in der modernen Industrie. Herkömmliche Bergbautechniken wenden jedoch einen übermäßigen Einsatz von Laugungsmitteln auf Ammoniumsalzbasis an, um HREEs aus Ionenadsorptions-Seltenerdlagerstätten (IADs) zu gewinnen, was eine geringe Effizienz und verheerende Umweltauswirkungen auf das lokale Ökosystem aufweist.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. He Hongping vom Guangzhou Institute of Geochemistry der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat dies getan aufgetreten eine neue Technik – Electrokinetic Mining (EKM) – für die umweltfreundliche und effiziente Gewinnung von REEs aus Verwitterungskrusten.

Die Technik übt eine Spannung auf die Ober- und Unterseite des IAD aus, die ein elektrisches Feld erzeugt, um die Migration von REE und Wasser zur Kathode zu beschleunigen. Im Vergleich zu herkömmlichen Techniken erreicht EKM eine Rückgewinnungseffizienz von ~90 %, eine Verringerung des Einsatzes von Laugungsmitteln um etwa 80 % und eine Verringerung der metallischen Verunreinigungen in den erhaltenen REEs um etwa 70 %. Die Studie wurde veröffentlicht in Natur Nachhaltigkeit.

Veranschaulichung des IAD-Mining über EKM- und AIP-Mechanismen (autonome Verunreinigungsreinigung). a, 3D-Darstellung einer In-situ-EKM für ein IAD. Es wird erwartet, dass die hydratisierten REEs unter elektrokinetischen Effekten mobilisiert und aus einem IAD extrahiert werden. Ich, Strom. b, Veranschaulichung der EKM-Mechanismen für die REE-Rückgewinnung, einschließlich Ionenaustausch, Elektromigration, Elektroosmose und Sammlung von EOF und Niederschlag. c, Vergleich zwischen konventioneller Laugung und der EKM-Technik und Schema des AIP-Prozesses. Wang et al.


Um die Durchführbarkeit von EKM für die REE-Gewinnung zu bewerten, führte das Labor von Prof. He zunächst Experimente im Labormaßstab in einem selbstgebauten Prototyp mit einem simulierten IAD durch. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die mit der EKM-Technik erzielte REE-Rückgewinnungseffizienz 2,6-mal höher war als die mit der Ammoniumlaugungstechnik erzielte.

Dann führten sie weiter vergrößerte Experimente im Kilogrammmaßstab (20 kg) in einem größeren EKM-Aufbau durch. Die Ergebnisse stimmten mit Experimenten im Labormaßstab überein, dh die EKM-Technik kann eine höhere Rückgewinnungseffizienz erreichen und erfordert weniger Behandlungszeit.

Basierend auf den erfolgreichen Experimenten im Labormaßstab und in größerem Maßstab wandten sie die EKM-Technik über ein Feldexperiment vor Ort auf ein tatsächliches IAD (~14 t-Maßstab) an. Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass die REE-Rückgewinnungseffizienz in 264 Stunden mehr als 90 % erreichte.

Die Forscher untersuchten weiter die Mechanismen, die der hohen REE-Rückgewinnungseffizienz des EKM zugrunde liegen.

Das angelegte elektrische Feld, das die Migration von REEs und Wasser durch Elektromigration und Elektroosmose unidirektional zum vorgesehenen Ort beschleunigt, ist der Schlüssel zur Verbesserung der Effizienz der REE-Rückgewinnung.

—Prof. Er

Neben der Nachhaltigkeit und hohen Rückgewinnungseffizienz zeigt das EKM Selektivität für REEs im Vergleich zu anderen metallischen Verunreinigungen (Al3+Ca2+ Schon+und k+) – dh die gesammelten metallischen Verunreinigungen werden durch die Verwendung der EKM-Technik verringert.

Wir identifizierten einen autonomen Reinigungsmechanismus für Verunreinigungen während des elektrokinetischen Prozesses, der auf Geschwindigkeits- und Reaktivitätsdiversität zwischen REE und anderen aktiven Metallionen basiert.

—Prof. Er

Ressourcen

  • Wang, G., Xu, J., Ran, L. et al. (2022) „Eine grüne und effiziente Technologie zur Gewinnung von Seltenerdelementen aus Verwitterungskrusten.“ Nat zwei: 10.1038/s41893-022-00989-3

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