حذف ناخالصی‌های محلول حاوی عناصرنادرخاکی به روش ترسیب و بازیابی عناصر به روش تبادل یونی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد فرآوری مواد معدنی، دانشگاه تربیت مدرس

2 استاد، بخش مهندسی معدن دانشگاه تربیت مدرس

3 استادیار بخش مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده فنی دانشگاه شهید باهنرکرمان

4 استادیار دانشکده مهندسی علوم زمین دانشگاه صنعتی اراک

چکیده

هدف از این تحقیق، بازیابی عناصر نادر خاکی از محلول لیچینگ نمونه غیرمغناطیسی کانسنگ آهن گزستان است. محلول مورد بررسی حاوی عناصر نادر سریم (47 میلی‌گرم بر لیتر)، لانتانیم (67/21 میلی‌گرم بر لیتر)، نئودیمیم (67/21 میلی‌گرم بر لیتر) و ایتریم (22 میلی‌گرم بر لیتر) و و ناخالصی‌های عمده‌ای از جمله آهن (III) (33/15727 میلی‌گرم بر لیتر)، کلسیم (33/353 میلی‌گرم بر لیتر) و فسفر (67/1156 میلی‌گرم بر لیتر) بود. با توجه به مقدار قابل توجه ناخالصی‌ها در محلول، حذف آن‌ها (به ‌ویژه آهن) به روش‌های مختلف از جمله رسوب دادن و استفاده از رزین‌های تبادل یون مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد این روش‌ها در تغلیظ بیشتر عناصر نادر خاکی موفق بوده و غلظت عناصر تا سه برابر نسبت به میزان اولیه در محلول افزایش یافته است. نتایج جذب عناصر نادر خاکی از محلول تغلیظ شده به روش رسوب‌دهی این عناصر با افزایش دمای محلول بسیار مطلوب بود و میزان حذف آهن در این روش به 98 درصد رسید. آزمایش‌های جذب ناپیوسته (Batch) با رزین کاتیونی Dowex50 WX4 نشان داد، میزان بازیابی عناصر نادر سریم، لانتانیم، نئودیمیم و ایتریم بر روی رزین یاد شده به ترتیب برابر 11/99، 67/98، 0/99، 27/97 درصد است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Removal of impurities from solution containing rare earth elements by precipitation and rare earth elements recovery using ion exchange

نویسندگان [English]

  • Negar Mehrabani Motlagh 1
  • Mahmoud Abdollahy 2
  • Esmaeil Darehzereshki 3
  • Faraz Soltani 4
1 Tarbiat modares University
2 Mining engineering University of Tehran, Iran
3 Assistant Professor of Shahid Bahonar University of Kerman
4 Assistant professor Mining Engineering Department, Arak University of Technology, Markazi, Iran
چکیده [English]

Rare earth elements are generally separated from the leaching solution by concentration as a by-product of the processing plants. Among the main problems of their separation and extraction is the low level of them in the leaching stage. This study aimed to recover available rare earth elements from leaching solution of the non-magnetic sample of the Gazestan iron ore. The solution under investigation contained low concentrations of the rare elements cerium, lanthanum, neodymium, and yttrium, along with significant impurities including ferric ions, calcium, and phosphorus. Therefore, the removal of impurities, especially iron, were investigated. In this regard, it was tried to precipitate rare earth elements as fractional. The two main methods examined, 1) fractional precipitation of rare elements, iron and phosphate, and 2) precipitation of rare elements and calcium while increasing the solution temperature and remaining iron in the solution. Finally, the results of the two methods showed that rare earth elements were concentrated effectively. The REEs concentrated around two to three times higher than their initial level in the concentration step. After that, the adsorption experiments were performed on a batch scale by the Dowex50 WX4 cationic resin. Some experiments were also considered to investigate the effect of temperature enhancement on the adsorption of REEs on resin from the concentrated solution. As the temperature increased, the adsorption of the REEs from the solution increased significantly. In this case, the removal of iron was around 98%. The maximum adsorption of cerium, lanthanum, neodymium, and yttrium on the resin was, 99.11%, 98.67%, 99.0%, and 97.27%, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rare Earth Elements
  • Ion exchange
  • Precipitation
  • Dowex 50 WX4
منابع 1. N. Krishnamurthy and C. K. Gupta, Extractive metallurgy of rare earths: CRC press, 2004.## 2. V. Zepf, Rare Earth Elements: A New Approach to the Nexus of Supply, Demand and Use: Exemplified Along the Use of Neodymium in Permanent Magnets: Springer Science & Business Media, 2013.## 3. H. King. (March, 23, 2014). REE - Rare Earth Elements and their Uses. Available: http://geology.com/articles/rare-earth-elements/.## 4. R. J. Weber and D. J. Reisman, "Rare Earth Elements: A Review of Production, Processing, Recycling, and Associated Environmental Issues," ed: US EPA Region, 2012.## 5. R. Jain, "Chemistry of lanthanoids," ed, 2008.## 6. F. Habashi, Handbook of Extractive Metallurgy vol. 3. New York: WILEY-VCH, 1997.## 7. L. Lukina, "Rare-earth metals adsorption on a novel bisphosphonate separation material," 2016.## 8. D. Kołodyńska and Z. Hubicki, Investigation of sorption and separation of lanthanides on the ion exchangers of various types: INTECH Open Access Publisher, 2012.## 9. ر. غلغلی، "لیچینگ و استحصال عناصر نادر خاکی کمیاب (لانتانیدها) از کانسنگ فسفات اسفوردی،" دانشگاه تهران، دانشکده مهندسی معدن، 1392.## 10. ح. رفعتی، "بازیابی عناصر نادر خاکی از محلول لیچینگ ماده‌ی معدنی متاسوماتیک ساغند به روش کروماتوگرافی استخراجی،" کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه تهران، 1385.## 11. ا. دلریش، ع. خانچی، "استخراج لانتانیدها از محلول آبی به روش کروماتوگرافی استخراجی رزین با رزین Amberlit XAD-4 آغشته به سیانکس 301،" فصلنامه پژوهش‌های کاربردی در شیمی، 1393.## 12. F. Huang, F. Yi, Z. Wang, and H. Li, "Sorptive Removal of Ce (IV) from Aqueous Solution by Bentonite," Procedia Environmental Sciences, vol. 31, pp. 408-417, 2016.## 13. M. C. Palmieri, B. Volesky, and O. Garcia, "Biosorption of lanthanum using Sargassum fluitans in batch system," Hydrometallurgy, vol. 67, pp. 31-36, 2002.## 14. D. Sadovsky, A. Brenner, B. Astrachan, B. Asaf, and R. Gonen, "Biosorption potential of cerium ions using Spirulina biomass," Journal of Rare Earths, vol. 34, pp. 644-652, 2016.## 15. افضلی، س.، سنگ‌زایی و کانه‌زایی در کانسار اکسید آهن آپاتیت دار گزستان، خاور بافق، ایران مرکزی.## 16. م. قربانی، دیباچه‌ای بر زمین‌شناسی اقتصادی ایران. سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور، 1381.## 17. A. C. d. P. Volha Yahorava, Marthie H. Kotze, "Some Processing Options for the Removal of Critical Impurities from Multi-Source Concentrates Feeding a Rare Earths Refinery," in Materials Science & Technology 2013, Montreal, QC, 2013.## 18. ف. سلطانی، "بررسی شرایط ترمودینامیکی انحلال عناصر اصلی نادر خاکی موجود در کنسانتره فسفاتی،" رساله دکتری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، 1395.## 19. Wang, X., et al., Preparation of calcium sulfate whiskers from FGD gypsum via hydrothermal crystallization in the H 2 SO 4–NaCl–H 2 O system. Particuology, 2014. 17: p. 42-48.## 20. Shengxi Wu, Liangshi Wang, Longsheng Zhao, Patrick Zhang, Hassan El-Shall,Brij Moudgil, Xiaowei Huang,⁎, Lifeng Zhang “Recovery of rare earth elements from phosphate rock by hydrometallurgical Processes” – A critical review, Chemical Engineering Journal, 335 (2018) 774–800.## 21. Yasser M. Khawassek · Ahmed A. Eliwa · El Sayed A. Haggag · Sayed A. Omar · Saad M. Abdel‑Wahab, “Adsorption of rare earth elements by strong acid cation exchange resin thermodynamics, characteristics and kinetics” SN Applied Sciences, 2018 ##