Методи за рударство на ретки минерали
Ретките минерали - честопати наречени критични минерали - играат клучна улога во модерната технологија. Металите и минералите како што се литиум, кобалт, никел, ретки земни елементи (REE), тантал, ниобиум, галиум и германиум се клучни материјали за батерии на електрични возила, ветерни турбини, соларни панели, електронски уреди и одбранбената индустрија. Зголемената глобална побарувачка го прави рударството на ретки минерали и стратешко и предизвикувачко, бидејќи многу наоѓалишта се расфрлани, со низок квалитет или се наоѓаат во чувствителни средини. Оваа статија ги разгледува вообичаените методи на рударство на ретки минерали, вклучувајќи технички, економски и еколошки аспекти.
1. Карактеристики на ретките минерални наоѓалишта
Не сите минерали на ретки земјени елементи се наоѓаат во лесно ископани „богати руди“. Многу наоѓалишта на REE, литиум или кобалт се со низок квалитет, што бара големи количини на ископ и сложени процеси на обработка . Понатаму, минералите на ретки земјени елементи често се поврзуваат со нечистотии или други минерали со ниска вредност, што ги зголемува трошоците за сепарација. На пример, минералите на ретки земјени елементи често се поврзуваат со моназит или бастназит, кои можат да содржат радиоактивни елементи како што се ториум и ураниум во значителни нивоа. Ова ја зголемува потребата од строго управување со отпадот .
Овие карактеристики го одредуваат изборот на метод на рударство: дали е посоодветно рударство со отворен коп, подземно рударство, лужење на лице место, алувијално рударство или дури и екстракција од стари руднички јаловини и отпад.
2. Рударство на отворено
Рударството со отворен коп е најчестиот метод за наоѓалишта во близина на површината со голем обем. Овој метод е широко користен за никел латерит, некои наоѓалишта на кобалт и одредени релативно плитки руди на ретки земни делови.
Предности на рударството на отворено:
– Висока продуктивност и релативно ниска цена по тон.
– Операциите се полесни за следење и контрола.
– Погодно за големи наслаги со низок степен кои бараат масивно производство.
Тантанган:
– Влијанијата врз животната средина се повидливи: промени во пејзажот, уништување на шумите, прашина, бучава и потенцијал за кисела дренажа во рудникот ако карпите содржат сулфиди.
– Потребни се големи површини за депонија за отпад и складиште за јаловина.
– Потребен е робустен систем за рекултивација и план за затворање на рудникот од самиот почеток.
Во пракса, рударството со отворен коп за ретки земни минерали често се комбинира со процеси на облагородување (дробење, мелење, гравитациско/магнетно одвојување/флотација) пред да се влезе во фазата на хемиско рафинирање.
3. Подземно рударство
Доколку наоѓалиштето е подлабоко или површината треба да се заштити (на пример, во близина на населби или заштитени подрачја), подземното рударство е опција. Овој метод е вообичаен за венски наоѓалишта или релативно висококвалитетни, но тесни наоѓалишта, вклучувајќи некои извори на тантал, ниобиум и кобалт во тврди карпи.
Главни техники:
– Сечење и полнење: погодно за стрмни, висококвалитетни и неправилни наслаги.
– Соба и столб: за рамни наслаги и силни потпорни карпи.
– Затнување на подниво или блоковско пробивање: за големи наслаги, во зависност од компетентноста на карпата.
Вишок:
– Површинскиот отпечаток е помал од оној на рударството по отворен коп.
– Може ли поселективно да се ископуваат висококвалитетни наоѓалишта.
Недостаток:
– Повисоките трошоци, посложените операции, бараат построга вентилација и безбедност.
- Геотехнички ризици како што се одрони од карпи и експлозии на гас (под одредени услови).
– Продуктивноста по единица време е обично помала.
4. Ин-ситу лужење (ISL) и лужење во грамада
Некои ретки минерали може да се екстрахираат без конвенционално екстракција на целата руда. Ин-ситу лужењето вклучува инјектирање на раствор за лужење во рудното легло под земја, а потоа пумпање на растворот богат со метали на површината за обработка. Овој метод е добро познат за ураниум, но концептот се применува или истражува и за неколку други видови на наоѓалишта.
Во меѓувреме, лужењето на грамада вклучува натрупување на здробена руда на непропустлив слој, а потоа истурање на хемиски раствор врз него за да се растворат одредени метали. Литиумот од одредени руди и метали може да се добие со користење на сличен пристап, во зависност од нивната минералогија.
Супериорност:
– Ја намалува потребата од масовно ископување и употреба тешка опрема.
– Потенцијални пониски трошоци за одредени депозити.
Рисико:
– Хидрогеолошката контрола е клучна; постои ризик од истекување на растворот во подземните води.
– Ефективноста е во голема мера зависна од пропустливоста на карпите и реактивноста на минералите.
– Мониторингот на животната средина и затворањето мора да бидат строги за да се спречи испуштање на загадувачи.
5. Рударство на литиум од саламура (Салут и Солт Лејк)
За литиумот, особено важен метод е екстракција од саламура во затворени базени како што се саларите во Јужна Америка. Типично, саламурата се пумпа во базени за испарување, каде што водата испарува со сончева топлина, зголемувајќи ја концентрацијата на литиум и на крајот се таложи како специфично соединение пред да се рафинира во литиум карбонат или литиум хидроксид.
Вишок:
– Оперативните трошоци можат да бидат ниски ако климатските услови се поволни (топли и суви).
– Не бара ископ на големи карпи како што е рударството со отворен коп.
Главните предизвици:
– Користење на вода и влијанија врз локалните водни биланси, вклучувајќи ги екосистемите и потребите на заедницата.
– Долго време на обработка (месеци до години) бидејќи зависи од испарувањето.
– Варијациите во хемијата на саламурата можат да го комплицираат прочистувањето (на пр. висок сооднос Mg/Li).
Моментално се развива технологијата за директна екстракција на литиум (DLE), која вклучува директно екстракција на литиум со употреба на специфични адсорбенти, мембрани или растворувачи. DLE има потенцијал да го забрза производството и да ја намали зависноста од базените за испарување, но бара поголеми инвестиции и технолошка комплексност.
6. Алувијално и плацерско рударство
Минерали како што се моназитот (носител на ретки земјени елементи), цирконот или каситеритот понекогаш се наоѓаат во алувијални/плажни песочни наслаги (плацерски наслаги). Методите на рударство вклучуваат длабинско ископување, плитко ископување и гравитациско сепарирање.
Вишок:
– Рудата е релативно „ослободена“ од тврди карпи, така што дробењето е минимално.
– Ефикасно гравитациско одвојување поради разликите во густината на минералите.
Недостаток:
– Многу чувствителни на влијанијата од седиментот, заматеноста на водата и промените во крајбрежјето или речниот тек.
– Потенцијалните проблеми со радиоактивност кај моназитот бараат посебно управување.
7. Екстракција од јаловина, рударски отпад и урбано рударство
Бидејќи ретките земни минерали се вредни, а се дефицитарни, неконвенционалните пристапи добиваат на популарност: вадење метали од стари руднички јаловини, топилничка згура или електронски отпад (е-отпад). Технички, ова не е класично „рударство“, туку често спаѓа во категоријата секундарно рударство.
Манфат:
– Ја намалува потребата од отворање нови рудници.
– Обновување на земјиштето од поранешно рударство преку намалување на обемот на јаловина.
– Поддршка на циркуларна економија.
Тантанган:
– Материјалите варираат во голема мера и можат да се мешаат со загадувачи.
– Потребна е напредна технологија за сепарација (хидрометалургија, пирометалургија или биоизолација).
– Еколошките дозволи и стандарди остануваат строги.
8. Биоилужење и модерна хидрометалургија
За многу ретки минерали, клучот лежи не само во методот на рударство, туку и во методот на хемиска екстракција. Биоилужењето користи бактерии за растворање на метали од сулфидни минерали, додека хидрометалургијата користи киселински/базни растворувачи, екстракција со растворувачи, јонска размена и селективно таложење.
На пример, во случај на ретки земни минерали (РЕМ), откако ќе се произведе концентратот, процесот на одвојување елемент по елемент бара долга серија екстракции со растворувач. Затоа вредносниот синџир на ретки земни минерали често се одредува повеќе од капацитетот за рафинирање отколку само од производството на руда.
9. Безбедносни и еколошки аспекти
При рударството на ретки минерали, потребно е да се обрне внимание на:
– Управување со јаловина: спречување на дефекти на браните за јаловина и контрола на киселинската дренажа на рудникот.
– Контрола на прашина и хемикалии: особено за време на дробење, мелење и лужење.
– Управување со елементи на нечистотија: вклучувајќи го и потенцијалот за радиоактивност во некои наоѓалишта на REE.
– Рекултивација и затворање: стабилизација на наклонот, ревегетација и долгорочен мониторинг на квалитетот на водата.
– Социјален ангажман: консултации со заедницата, транспарентност и фер распределба на економските придобивки.
Заклучок
Методите на рударство за ретки земјини минерали варираат во голема мера и се под влијание на видот на наоѓалиштето, длабочината, сортата на рудата, геолошките услови и еколошките и социјалните ограничувања. Рударството со отворен коп се истакнува во големи размери и плитки наоѓалишта, додека подземното рударство нуди селективност и помал површински отпечаток, додека ISL, лужењето на купишта и екстракцијата на саламура обезбедуваат алтернативни решенија во одредени околности. Во иднина, комбинацијата од иновации - како што се DLE за литиум, обновување на јаловина и урбано рударство - ќе биде сè поважна за задоволување на глобалната побарувачка со поуправливи влијанија. Со внимателно планирање, соодветна технологија и строги контроли на животната средина, рударството на ретки земји може да биде поодржливо и да ја поддржи енергетската транзиција и технолошкиот напредок.
