Методи за добив на редки минерали
Редките минерали – често наричани критични минерали – играят решаваща роля в съвременните технологии. Метали и минерали като литий, кобалт, никел, редкоземни елементи (REE), тантал, ниобий, галий и германий са ключови материали за батерии за електрически превозни средства, вятърни турбини, слънчеви панели, електронни устройства и отбранителната промишленост. Нарастващото световно търсене прави добива на редки минерали едновременно стратегически и предизвикателен, тъй като много находища са разпръснати, с ниско съдържание на минерали или се намират в чувствителни среди. Тази статия разглежда често срещаните методи за добив на редки минерали, включително технически, икономически и екологични съображения.
1. Характеристики на находищата на редки минерали
Не всички редкоземни минерали се намират в лесно добиваеми „богати руди“. Много находища на редкоземни елементи, литий или кобалт са с ниско съдържание, което изисква големи обеми изкопни работи и сложни процеси на обработка . Освен това, редкоземните минерали често са свързани с примеси или други нискоценни минерали, което увеличава разходите за разделяне. Например, редкоземните минерали често са свързани с монацит или бастназит, които могат да съдържат радиоактивни елементи като торий и уран в значителни нива. Това увеличава необходимостта от стриктно управление на отпадъците .
Тези характеристики определят избора на метод на добив: дали е по-подходящ открит добив, подземен добив, излужване на място, алувиален добив или дори добив от стари хвостохранилища и отпадъци от руда.
2. Добив на открито
Откритият добив е най-разпространеният метод за добив на големи обеми близо до повърхността. Този метод се използва широко за никелов латерит, някои кобалтови находища и някои относително плитки редкоземни руди.
Предимства на открития добив:
– Висока производителност и относително ниска цена на тон.
– Операциите са по-лесни за наблюдение и контрол.
– Подходящ за големи находища с ниско съдържание на руда, които изискват мащабно производство.
Тантанган:
– Въздействията върху околната среда са по-видими: промени в ландшафта, обезлесяване, прах, шум и потенциал за киселинно оттичане на мини, ако скалите съдържат сулфиди.
– Изисквания за голяма площ за депа за отпадъци и съоръжение за съхранение на хвост.
– Изисква стабилна система за рекултивация и план за закриване на мината от самото начало.
На практика, откритият добив на редкоземни минерали често се комбинира с процеси на обогатяване (трошене, смилане, гравитационно/магнитно разделяне/флотация), преди да се премине към етапа на химическо рафиниране.
3. Подземен добив
Ако находището е по-дълбоко или повърхностната площ трябва да бъде защитена (например, в близост до селища или защитени зони), подземният добив е вариант. Този метод е често срещан за венозни находища или относително висококачествени, но тесни находища, включително някои източници на тантал, ниобий и кобалт в твърди скали.
Основни техники:
– Изкопаване и засипване: подходящо за стръмни, висококачествени и неправилно оформени находища.
– Пространство и стълб: за по-плоски находища и здрави опорни скали.
– Поднивоенно спиране или блоково обрущаване: за големи находища, в зависимост от скалната компетентност.
Предимства:
– Повърхностният отпечатък е по-малък от този при открит добив.
– Може да добива висококачествени находища по-селективно.
Липса:
– По-високите разходи, по-сложните операции изискват по-строга вентилация и безопасност.
- Геотехнически рискове като например срутвания на скали и газови експлозии (при определени условия).
– Производителността за единица време обикновено е по-ниска.
4. Излужване на място (ISL) и излужване на купчини
Някои редки минерали могат да бъдат извлечени без конвенционално извличане на цялата руда. Излужването на място включва инжектиране на излужващ разтвор в рудния пласт под земята, след което богатият на метал разтвор се изпомпва на повърхността за обработка. Този метод е добре познат за урана, но концепцията се прилага или изследва и за няколко други вида находища.
Междувременно, купчинното излужване включва натрупване на натрошена руда върху непропусклив слой и след това изливане на химически разтвор върху нея, за да се разтворят определени метали. Литият от определени руди и метали може да бъде извлечен с помощта на подобен подход, в зависимост от тяхната минералогия.
Предимства:
– Намалява необходимостта от масивни изкопни работи и употреба тежко оборудване.
– Потенциално по-ниски разходи за определени депозити.
Риск:
– Хидрогеоложкият контрол е от решаващо значение; съществува риск от изтичане на разтвора в подпочвените води.
– Ефективността е силно зависима от пропускливостта на скалите и реактивността на минералите.
– Мониторингът на околната среда и затварянето трябва да бъдат стриктни, за да се предотврати изпускането на замърсители.
5. Добив на литий от саламура (Салют и Солт Лейк)
За лития особено важен метод е извличането от саламура в затворени басейни, като например саларите в Южна Америка. Обикновено саламурата се изпомпва в изпарителни басейни, където водата се изпарява от слънчевата топлина, увеличавайки концентрацията на литий и в крайна сметка се утаява като специфично съединение, преди да бъде рафинирана в литиев карбонат или литиев хидроксид.
Предимства:
– Оперативните разходи могат да бъдат ниски, ако климатичните условия са благоприятни (горещо и сухо).
– Не изисква изкопни работи с големи скали, както при открития добив.
Основни предизвикателства:
– Използване на вода и въздействие върху местните водни баланси, включително екосистемите и нуждите на общността.
– Дълго време за обработка (месеци до години), защото зависи от изпарението.
– Вариациите в химичния състав на саламурата могат да усложнят пречистването (напр. високо съотношение Mg/Li).
В момента се разработва технология за директно извличане на литий (DLE), която включва директно извличане на литий с помощта на специфични адсорбенти, мембрани или разтворители. DLE има потенциала да ускори производството и да намали зависимостта от изпарителни басейни, но изисква по-големи инвестиции и технологична сложност.
6. Алувиален и разсипен добив
Минерали като моназит (носител на рядкоземен елемент), циркон или каситерит понякога се срещат в алувиални/плажни пясъчни находища (пласерни находища). Методите за добив включват драгиране, плитко изкопаване и гравитачно разделяне.
Предимства:
– Рудата е относително „свободна“ от твърди скали, така че смачкването е минимално.
– Ефективно гравитационно разделяне поради разликите в плътността на минералите.
Липса:
– Много чувствителни към въздействието на седименти, мътност на водата и промени в бреговата линия или речния поток.
– Потенциалните проблеми с радиоактивността в монацита изискват специално управление.
7. Извличане от хвостохранилища, минни отпадъци и градски добив
Тъй като редкоземните минерали са ценни и в недостиг, неконвенционалните подходи набират скорост: извличане на метали от стари минни отпадъци, шлака от топилни пещи или електронни отпадъци (е-отпадъци). Технически това не е класически „минно дело“, а често попада в категорията на вторичното добиване.
Manfaat:
– Намалява необходимостта от откриване на нови мини.
– Възстановяване на бивши минни земи чрез намаляване на обема на хвостохранилищата.
– Подкрепа за кръгова икономика.
Тантанган:
– Материалите са много различни и могат да бъдат смесени със замърсители.
– Изисква усъвършенствана технология за разделяне (хидрометалургия, пирометалургия или биоизлужване).
– Екологичните разрешителни и стандарти остават строги.
8. Биоизлужване и съвременна хидрометалургия
За много редки минерали ключът се крие не само в метода на добив, но и в метода на химическо извличане. Биоизлужването използва бактерии за разтваряне на метали от сулфидни минерали, докато хидрометалургията използва киселинни/основни разтворители, екстракция с разтворител, йонен обмен и селективно утаяване.
Например, в случая с редкоземните минерали (REEs), след като концентратът бъде произведен, процесът на разделяне елемент по елемент изисква продължителна серия от екстракции с разтворител. Ето защо веригата на създаване на стойност при редкоземните минерали често се определя повече от капацитета за рафиниране, отколкото просто от производството на руда.
9. Аспекти на безопасността и околната среда
При добива на редки минерали е необходимо да се обърне внимание на:
– Управление на хвостохранилищата: предотвратяване на аварии на хвостохранилищата и контролиране на киселинното оттичане на мините.
– Контрол на праха и химикалите: особено по време на раздробяване, смилане и излужване.
– Управление на примесните елементи: включително потенциала за радиоактивност в някои находища на редки метали (REE).
– Рекултивация и закриване: стабилизиране на склоновете, възстановяване на растителност и дългосрочен мониторинг на качеството на водата.
– Социална ангажираност: консултации с общността, прозрачност и справедливо разпределение на икономическите ползи.
Заключение
Методите за добив на редкоземни минерали варират значително и са повлияни от вида на находището, дълбочината, качеството на рудата, геоложките условия, както и от екологичните и социалните ограничения. Откритият добив се отличава с големи мащаби и плитки находища, докато подземният добив предлага селективност и по-малък повърхностен отпечатък, докато междуслойното излужване (ISL), купчинното излужване и извличането със саламура предоставят алтернативни решения при определени обстоятелства. В бъдеще комбинация от иновации – като например диференциално излужване (DLE) за литий, оползотворяване на хвостохранилища и градски добив – ще бъде все по-важна за задоволяване на глобалното търсене с по-управляеми въздействия. С внимателно планиране, подходящи технологии и строг екологичен контрол, добивът на редкоземни елементи може да бъде по-устойчив и да подпомогне енергийния преход и технологичния напредък.
