طراحی فرآوری عناصر نادر خاکی بدون وابستگی به خارج انجام شد

به گزارش می‌متالز، «امین افصحی» مدیرعامل شرکت توسعه معادن و صنایع آرسس درباره جزئیات این فرآوری عنوان کرد: عناصر نادر خاکی همواره با حواشی متعددی روبه‌رو بوده است و در این زمینه منابع معتبر علمی در جهان وجود ندارد، چراکه کشور‌های دارنده این فناوری از این دانش محافظت می‌کنند تا دست سایر کشور‌ها قرار نگیرد. آنچه هم‌ اکنون اتفاق افتاده با سرمایه‌گذاری هلدینگ سرمایه‌گذاری توسعه معادن و فلزات روی داده است.

افصحی درباره اهمیت عناصر نادر خاکی خاطرنشان کرد: دانشمندانی که در حوزه عناصر نادر خاکی کار می‌کنند معتقدند که کشوری که عناصر نادر خاکی ندارد، هنوز وارد نیمه دوم قرن بیستم نشده است که این جمله نشان‌دهنده اهمیت این عناصر است.

بیشتر بخوانید: مدیرعامل شرکت توسعه معادن و صنایع آرسس در گفت‌و‌گو با «می متالز» مطرح کرد: آنچه باید در مورد مونازیت بدانیم/ شناخت روش در اکتشاف عناصر نادر خاکی گام ارزشمندی در راه رسیدن به این مواد معدنی مهم و استراتژیک است

وی با اشاره به این موضوع که کار شرکت تجلی در زمینه عناصر نادر خاکی، کار بزرگی بوده است، افزود: در زمینه عناصر نادر خاکی کانی مونازیت یا کانی آپاتیت همیشه به عنوان سرگروه شناخته می‌شوند و تاکنون زیر مجموعه‌های این دوکانی به شکل دقیق مطالعه نشده بود. شرکت تجلی اساس فرآیندی خویش را از ابتدا بر روی کانی‌شناسی قرار داد و این مطالعات برای نخستین‌بار در ایران انجام گرفت تا جایی که برای اولین بار لوئیس استراکچر و نقشه کریستالی کانی هدف ترسیم و مطالعه شد.

بر اساس همین مطالعات دقیق کانی‌شناسی ما متوجه شدیم کانی هدف ما در اصل مونازیت از تیپ چرالیت-برابانتیت است که خب معدنی با چنین پیچیدگی توزیع عناصر در کانی (نحوه غنی‌شدگی و حلقه اتصال کاتیون‌های REE - گادولونیوم) و پیوند‌های دوقطبی بین کاتیون‌ها و فسفات عملیات فقط یک معدن مشابه در جهان دارد و آن هم معدن ماؤنتین در کالیفرنیای شمالی است.

مدیرعامل شرکت توسعه معادن و صنایع آرسس ادامه داد: شناخت بهتر کانی منجر شد که مؤثرترین، کوتاه‌ترین و پاک‌ترین راه فرآوری را در پیش بگیریم. پیوند عناصر نادر خاکی با فسفات در این کانی به قدری مستحکم است که گاهاً پیوند‌های دو قطبی آنها تحت لیچینگ ساده سولفوریک اسید حتی تحت شرایط دما نمی‌شکند و همین از پیچیدگی‌های اصلی محلول‌سازی است.

کار بزرگ «تجلی» و «ومعادن» این بود که تمام تجهیزات را از صفر تا صد خود و بدون نیاز به وابستگی به هیچ شرکتی خارجی طراحی کرد.

بیشتر بخوانید: سعدمحمدی: تفکیک ۱۷ عنصر نادر خاکی از معدن با عیار پایین، دستاوردی تاریخی برای صنایع هایتک ایران

افصحی افزود: از فرآیند به ظاهر ساده ثقلی تمام محاسبات بر اساس رفتار شناسی کانی چرالیت، مونازیت صورت پذیرفت. مطالعاتی نظیر دانسیته، میزان تخلخل، میزان آب‌پذیری، مطالعات ترمودینامیک، رفتارسنجی بر اساس استاتدارد‌های اصطکاک که همگی این مطالعات منجر شد که تجهیزاتی طراحی شود که کم‌ترین میزان مصرف آب، انرژی و هدررفت ماده معدنی را دارا باشند.

مثال دوم میز لرزان ساخته شده است که این میز کانی‌های خوراک را بر اساس دانستیه تفکیک می‌کند و هر بخش را در یکی از نه خروجی خود که با شیار‌هایی به دقت طراحی شده خارج و عملا باعث تغلیظ حداکثری عناصر نادر خاکی در فرآیند ثقلی می‌شود.

قلب اصلی این کارخانه دستگاه الکترومگنتیک است که با کم‌ترین مصرف انرژی با ایجاد میدان مغناطیسی مثبت ۲/۳ تسلا عملا به عنوان اصلی‌ترین تجهیزات این کارخانه است که خب این دستگاه به هیچ عنوان نمونه مشابه داخلی نداشته و به دلایل تحریم امکان وارادت ان نیز متتفی است و اکنون در حال ارتقای آن تا گوس ۴ تسلا هستیم.

وی در خصوص دستاورد این کارخانه کوچک مقیاس عنوان کرد: ما در یک مسیر ۳۰۰ متری در طول ۱۳ دقیقه و ۴۸ ثانیه، ۱۶۵۰ برابر عیارسازی می‌کنیم. یعنی عیار اولیه ۱۷۹ ppm عناصر نادر خاکی را به عیار ۳۰ درصد یعنی ۳۰۰ هزار ppm تغلیظ می‌کنیم که ۱۶۷۵ برابر تغلیظ آن هم در ۱۳ دقیقه و ۴۸ ثانیه در یک مسیر فرآوری ۳۰۰ متری به نوبه خود دستاورد بزرگی است. هم اکنون این کارخانه روزانه مشغول به کار است تا بتوانیم خطا‌های احتمالی را برای سرمایه‌گذاری بزرگ‌تر محاسبه کنیم.

مدیرعامل شرکت توسعه معادن و صنایع آرسس گفت: پس از تولید کنستانتره فیزیکی از کارخانه کوچک مقیاس، بر اساس مطالعات FTIR, FESEM, XPS ,TEM موفق شدیم ترک‌های نانومتری را در ابعاد ۷ نانومتر بر روی سطح کانی شناسایی کنیم و با شناسایی دقیق فرآیند ترک‌زایی و نفوذ حرارتی عملیات نانوسایز کردن را آغاز کنیم و با سایش، کوبش و شرایط نفوذ پذیری حرارتی که ایجاد شد، سبب شد تا بتوانیم نانوسایز‌ها را تولید وسپس استیبل کنیم که همین کنسانتره نانو شده خوراک بعدی ما شود. عملیات تجزیه عناصر نادر خاکی برای تولید اکسید‌ها را در مرحله آسیاکنی آغاز کردیم؛ جایی که تحت شرایط دما در آسیاب ما اسکاندات‌ها را تجزیه کردیم و در نهایت محصول نانوسایزشده (۲۰۰ نانومتر) را به بخش حذف ناخالصی منتقل کنیم، در این مرحله بعد از حذف ناخالصی‌هایی نظیر آهن، کروم، سرب، روی و نیکل غلظت عناصر نادر خاکی بالاتر برود که خود این محصول حذف ناخالصی، دارای مواد معدنی ارزشمند در محلول ناخالصی هااست. در این مراحل ما هیچ‌گونه پساب اسیدی نداریم که این موضوع نقطه عطف به شمار می‌رود که با روش پاک پیش می‌رویم.

پس از مرحله حذف ناخالصی، عملیات تبدیل فسفات عناصر نادر خاکی به سولفات‌های محلول با روش هیدرومتالورژی و پیرومتالورژی آغاز شد. به دلیل پیوند‌های سخت عناصر نادر خاکی در کانی مورد نظر همان طور که قبلا اشاره شد به هیچ عنوان عملیات لیچینگ به تنهایی پاسخگو نمی‌باشد که در نهایت با این روش ترکیبی توانستیم فرم‌های فسفات را به فرم‌های محلول در آب تبدیل کنیم.

پس از اینکه یک محلول از عناصر نادر خاکی به دست آمد، نقطه عطف دانش این بود که با استفاده از نانوذرات‌هایی که نقش جاذب یونی عناصر نادر خاکی را داشتند طراحی کردیم و بعد از اضافه کردن این نانوذرات به محلول موفق شدیم با ریکاوری بالا عناصر نادر خاکی را از محلول جدا کنیم پس از این مرحله این نانوذرات‌های باردار را به محلول‌های سولفاته، کربناته، فسفاته، کلریدی و، منتقل کردیم و بعد از هضم REE در محلول نانو ذرات جدا و بازیافت شد و عملا فرم‌های مختلف عناصر نادر خاکی تولید شد. تا این مرحله هدررفتی نداشتیم و سیکل بسته است و آنچه در محلول باقی می‌ماند مجدد به مدار بازمی‌گردد.

برای دریافت فایل دانلود کنید: ارائه دکتر «امین افصحی» مدیرعامل شرکت توسعه معادن و صنایع آرسس در نشست خبری

پس از اینکه ترکیبات گوناگون نظیر فسفات کربنات فلوراید تشکیل شد (که هدف از این تشکیل این است که ببینم در کدام یک از این فرم‌ها عناصر نادر خاکی بیشترین خالصی را دارد و خلوص در کجا و در کدام فرم بالاست و کدام حالت برای عملیات بعدی مناسب‌تر خواهد بود.) بعد از شناسایی فرم خالص، نمک‌های عناصر نادر خاکی را در یک محلول ترکیبی از کلریدی اگزالاتی حل می‌کنیم که تمام این عملیات‌ها محاسبات بسیار پیچیده KSP، استوکیومتری دارد. پس از آنکه کریستال نمک‌ها را به فرم‌های کلریدی درآوردیم و در نهایت به ۶ بخش بر اساس شعاع یونی و ظرفیت ضریب حلالی تقسیم می‌کنیم که بخش اول سریوم و بخش ششم شامل ایتریوم، ایتربیوم، لوتتیوم است.

بیشتر بخوانید: مدیرعامل شرکت «توسعه معادن و صنایع آرسس» در گفت‌و‌گو با «می‌متالز» عنوان کرد: به همت «تجلی» و تلاش شبانه‌روزی مهندسین «آرسس»، ایران در رده چهارمین تولیدکننده عناصر نادر خاکی قرار گرفت

در هر بخش به محلول یک عامل کریستال‌ساز اضافه کرده که به عنوان مثال ما از ایزو پروپانول استفاده کرده‌ایم، میزان غلظت یونی تعیین‌کننده است که ابتدا کدام کریستال را در شرایط خاص کشت دهیم و بعد از کشت کریستال یون عالی آن کریستال از محلول جدا، شسته و برای کلسینه کردن و تبدیل به اکسید در گرادیان‌پیمایی خاصی به کثره‌های بسیار خاص منتقل می‌شوند.

در حال حاضر ما بر اساس مطالعات ولتامتری در حال طراحی دستگاه الکترولیز مذاب برای تولید فلزات عناصر نادر خاکی هستیم. مرحله بعدی روی مواد خالص‌سازی بیشتری انجام می‌دهیم که در این زمینه کار‌های موفقی انجام داده‌ایم که تا اردیبهشت تا خردادماه بحث آزمایشگاهی و پایلوت آن بخش تولید فلز را هم تمام کنیم.

همچنین مهندس «یاسر صادقی» معاون فنی شرکت توسعه معادن و صنایع آرسس عنوان کرد: در این پروژه ما با چالش‌های بسیاری رو‌به‌رو بودیم که از جمله می‌توان به عیار پایین عناصر اشاره کرد. عیار پایین و دانسیته کم بحث عیارسازی را مشکل کرده بود. عیار۱۷۹ پی‌پی‌ام را مجبور شدیم که برای بالابردن ریکاوری و بازیابی خود دست به طراحی و اجرای تجهیزات بزنیم چراکه عملا تجهیزات موجود در بازار به هیچ عنوان پاسخگوی نیاز ما نبوده است.

گزارش از علیرضا جعفری نژاد؛ پایگاه خبری فلزات خاورمیانه (می متالز)

تولید ترکیبات گوناگون عناصر نادر خاکی

تصویر میکروسکوپ الکترونی از اکسید سریوم تولیدشده

تصویر الکترونی از سولفات نئودیمیوم تولیدشده

عملیات لیچینگ در حجم نیمه‌صنعتی

کریستالیزاسیون عناصر نادر خاکی

تصاویر الکترونی از اکسونیوم نئودیمیوم سولفات آبدار