NO863572L - Fremgangsmaate for behandling av sjeldne jordartsmineraler. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for behandling av sjeldne jordartsmineraler med en konsentrert vandig oppløsning av alkalimetallhydroksyd for å utvinne sjeldne jordartselementer i form av deres hydroksyder, og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at man gjen-nomfører behandlingen av mineralet under ojnrøring ved en temperatur fra 100 - 220°C under et konstant trykk og med en mengde alkalimetallhydroksyd slik at vektforholdet mellom natriumhydroksyd og mineral er fra 0,5-1 eller forholdet mellom kaliumhydroksyd og mineral er mellom 0,7 og 1,4.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen er angitt i patent-kravene.

Oppfinnelsen vedrører en forbedret fremgangsmåte for behandling av sjeldne jordartsmineraler med konsentrerte vandige oppløsninger av alkalimetallhydroksyd for utvinning av sjeldne jordartselementer i form av deres hydroksyder.

Industrielle prosesser for behandling av sjeldne jordartsmineraler består generelt i å gjennomføre en kraftig maling enten tørrmaling eller i vann av et sjeldent jordartsmineral som f.eks. monazit hvoretter det malte mineral behandles med en konsentrert vandig oppløsning av natriumhydroksyd ved for-høyet temperatur. F.eks. beskriver US patentskrift 2.811.411 en fremgangsmåte hvor man gjennomfører en maling slik at av det malte mineral passerer 100% av partiklene gjennom en sikt med maskevidde 74^um og 95 - 98% av partiklene passerer en sikt med maskevidde 44^um, hvoretter det malte mineral behandles med en oppløsning av natriumhydroksyd med en konsentrasjon på 30 - 70 vekt% ved temperaturer 135 - 220°C i en tid av 1 - 3 timer, med et vektforhold mellom natriumhydroksyd og mineral på 2 - 3. Det kreves et stort forbruk av natriumhydroksyd.

Videre kan reaksjonen gjennomføres i autoklav (se f.eks. britisk patentskrift 2.084.556). Konsentrasjonen av natrium- hydroksyd i reaksjonsblåndingen synker med tiden som følge av forbruket av dette reagens ved omsetningen. Konsentrasjonen av natriumhydroksyd er da lavere ved slutten av reaksjonen enn til å begynne med og behandlingsbetingelsene for mineralet blir således stadig mildere og dette er lite gunstig for i løpet av en begrenset tid å oppnå høye behandlingsutbytter.

For å avhjelpe disse ulemper krever de kjente prosesser samtidig anvendelse av et stort overskudd av reaksjonskomponenter (initialt vektforhold mellom NaOH og mineral skal være minst 2

mineral

og anvendelse av meget høye initiale konsentrasjoner av natriumhydroksyd. Denne siste betingelse nødvendiggjør anvendelse av dyrt vannfritt natriumhydroksyd.

Ved den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en fremgangsmåte som tillater at man unngår ulempene ved de tidligere kjente industrielle prosesser og som frembyr den spesielle fordel at man kan oppnå en mer fullstendig behandling av det sjeldne jordartsmineral og dette da under mer fordelaktig betingelser med hensyn til lønnsomhet.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen behandles det sjeldne jordartsmineral ved hjelp av et alkalimetallhydroksyd som natriumhydroksyd, kaliumhydroksyd eller blandinger derav.

Man anvender foretrukket natriumhydroksyd.

I den etterfølgende beskrivelse av oppfinnelsen kan de an-gitte mengder og konsentrasjoner av natriumhydroksyd som anvendes lett ekstrapoleres av den fagkyndige på området til de tilfeller hvor natriumhydroksyd helt eller delvis erstattes med et annet alkalimetallhydroksyd.

De sjeldne jordartsmineraler som anvendes ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er alle de mineraler som kan behandles ved hjelp av et alkalimetallhydroksyd og man behandler så ledes spesielt fosfater inneholdende sjeldne jordartselementer særlig monazit og xenotim såvel som fluorkarbonater inneholdende sjeldne jordartselementer som f.eks. bastnæsit som deres blandinger, f.eks. monazit-bastnæsit.

Man forstår ved sjeldne jordartselementer de elementer i det periodiske system som har atomnummeret fra 57 - 71 samt yttrium med atomnummer 39. De sjeldne jordartselementer som behandles ved oppfinnelsen kan inneholde disse elementer i ytterst variable mengder.

De sjeldne jordartsmineraler som behandles ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er foretrukket mineraler som i det minste er grovmalt, men man kan også anvende umalte mineraler hvis partikkelstørrelsen er tilstrekkelig fin.

Malingen kan gjennomføres på klassisk måte i tørr tilstand eller i vann, men foretrukket gjennomføres malingen i nærvær av en vandig oppløsning inneholdende natriumhydroksyd ved en temperatur opp til 100°C.

Den totale mengde natriumhydroksyd som er til stede ved selve behandlingen er slik at vektforholdet mellom natriumhydroksyd og mineral er fra 0,5 - 1. Dette forhold uttrykkes som tørr vekt. Det er foretrukket fra 0,80 - 0,95.

Det er et viktig trekk ved oppfinnelsen at man arbeider ved konstant trykk. Dette trykk er fordelaktig atomosfæretrykket, men man kan anvende konstante trykk opp til 3.10 cPa.

Under disse betingelser sikres konsentrasjonen av natriumhydroksyd i reaksjonsblandingen til en konstant verdi som følge av fordampning av vann til en bestemt verdi for hvert arbeidstrykk ved den innstilte. Dette trykk er meget gunstig for oppnåelse av høye utbytter idet behandlingsbetingelsene faktisk er like strenge ved slutten av reaksjonen som de er ved begynnelsen av prosessen. Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen tillater følgelig å begrense overskuddet av anvendt natriumhydroksyd og gjennomføre en totalt bedre lønnsom-het i forhold til tidligere kjente prosesser.

Temperaturen kan variere fra 100 - 220°C og er foretrukket 130 - 180°C.

Konsentrasjonen av natriumhydroksydoppløsning (regulert ved trykket og temperaturen) kan i praksis være mellom 20 og 65 vekt% og man anvender foretrukket en kommersiell natronlut med 48 - 50 vekt% konsentrasjon.

I oppfinnelsens sammenheng er det påvist at for et gitt trykk er reaksjonskinetikken økende som funksjon av konsentrasjonen av natriumhydroksyd og av temperaturen, men utbyttet nedsettes fra en viss temperatur. Det foreligger for hvert trykk et optimalt område for temperaturer som tillater samtidig oppnåelse av hurtig reaksjons kinetikk og høye utbytter. Videre vil man fra disse konsentrasjoner av natriumhydroksyd støte på problemer med fluiditeten av behandlingsoppløsningen.

Ved et ytterligere trekk ved oppfinnelsen reguleres temperaturen til en verdi som stort sett tilsvarer den optimale verdi og denne optimale verdi kan lett bestemmes med forutgående forsøk for hvert trykkområde.

Som et eksempel når man arbeider ved atmosfæretrykk er det optimale temperaturområde 145 - 165°C tilsvarende en natri-umhydroksydkonsentrasjon på omtrent 50 - 62%. Dette område forskyves mot de høyere temperaturer når trykket øker.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen tillater:

oppnåelse av gode behandlingsutbytter som er bedre enn ut- byttene oppnådd i lukket system (et autoklav) ved ikke-kontrollert trykk,

oppnåelse av hurtig behandlingskinetikk,

- gjennomføring av vesentlig besparelser av reaksjonskomponenter idet forholdet<Na0H>som anvendes er mindre enn 1.

mineral

likeledes tillates oppnåelse for mineraler som er grovmalt eller ikke malt reaksjonslikevekter i en tid som er iden-tisk med den som er nødvendig i et autoklav for meget fin-malte mineraler og således ved samme produktivitet oppnås besparelser særlig med hensyn til maleenergier.

De etterfølgende eksempler illustrerer oppfinnelsen.

Eksempel 1

En australsk monazit med følgende sammensetning:

males til en dimmensjon slik at 15 vekt% av partiklene til-bakeholdes på en 40^um sikt.

Etter maling behandles denne monazitt med en vandig oppløsning av natriumhydroksyd i en rektor under omrøring under følgende betingelser:

atmosfæretrykk initialt vektforhold mellom

konsentrasjon av anvendt natronlut = 48 vekt% (kommersiell

natronlut)

temperaturen holdes ved en verdi mellom 140 og 150°C.

Etter 3 timer er oppnådd behandlingsutbytte (omdannelses-grad av de sjeldne jordartselementfosfater og torium til tilsvarende hydroksyder) 97,5%.

SAMMENLIKNINGSEKSEMPEL:

Dette eksempel som gis for sammenlikning viser betydningen av fremgangsmåten i henhold tii opfinnelsen i forhold til den tidligere kjente prosess som beskrevet i US patentskrift 2.822.411.

Et tonn austrask monazitt med samme sammensetning som gitt i eksempel 1 males tørt til partikkeldimmensjoner slik at 5% av partiklene holdes tilbake på 40^um sikt. I en omrørt og lukket reaktor (autoklav) innføres den malte monazitt og en 48% oppløsning av natriumhydroksyd. Vektforholdet mellom natriumhydroksyd og mineral er 3, reaktortemperaturen er mellom 160 og 170°C og reaksjonstiden er 3 timer.

Under disse betingelser, dvs. til tross for et betraktelig overskudd av natriumhydroksyd som anvendes og den kraftige maling av mineralet, er behandlingsutbyttet bare 93%.

EKSEMPEL 2:

Den samme monazitt som i eksempel 1, malt til de samme dimmen-sjoner som i sammenlikningseksempelet (5% tilbakeholdt på 40^um) behandles ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen i en reaktor under omrøring under følgende betingelser:

atmosfæretrykk,

- 152,5°C,

(NaOH) = 55,6 vekt%

Reaksjonen når sin likevekt i løpet av 20 minutter og utbyttet er 97,2%.

Dette eksempel viser at behandlingen under mindre strenge temperaturbetingelser ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er mer effektiv enn i sammenlikningseksemplet og likeledes fører til en ytterst hurtig reaksjonskinetikk.

EKSEMPEL 3:

Den australske monazitt fraksjoneres mellom 80 og lOO^um og denne fraksjon behandles uten å være malt i en reaktor under omrøring under følgende betingelser:

atmosfæretrykk

(NaOH) = 52 vekt%

temperatur = 147,8°C

reaksjonen når likevekt etter 3 timer og 30 minutter og utbyttet er 95,1%.

Dette eksempel viser at fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen tillater oppnåelse av høyere utbytter enn i eksempel 2 under mindre strenge temperaturbetingelser og fremfor alt uten foregående maling av mineraler.

EKSEMPEL 4:

Den australske monazitt males som i eksempel 2.

Den behandles i en reaktor under omrøring under følgende betingelser:

atmosfæretrykk

temperatur = 167°C

(NaOH) = 63,0 vekt%

Likevekten oppnås i løpet av bare 15 minutter, men utbyttet er bare 91%. Dette eksempel viser de grenser som ikke skal over-skrides uten at utbyttet faller.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for behandling av et sjeldent jordartsmineral ved en konsentrert vandig opplø sning av alkalimetallhydroksyd for utvinning av sjeldne jordartselementer i form av deres hydroksyder, karakterisert ved at behandlingen av mineralet gjennomfø res under omfø ring ved en temperatur fra 100 - 220°C ved konstant trykk og med en mengde alkalimetallhydroksyd slik at vektforholdet mellom natriumhydroksyd og mineral er fra 0,5-1 eller mellom kaliumhydroksyd og mineral er fra 0,7-1,4.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at man som alkalimetallhydroksyd anvneder natriumhydroksyd.

3. Fremgangsmåte som angit i krav 2, karakterisert ved at vektforholdet mellom natriumhydroksyd og mineral holdes mellom 0,80 og 0,95.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at det konstante trykk holdes i området fra atmosfaeretrykket til 3.10 Pa.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved trykket holdes ved atmosfæretrykk.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1- 5, karakterisert ved at temperaturen holdes mellom 130 - 180°C.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 2-6, karakterisert ved at konsentrasjonen av oppløsningen av natriumhydroksyd holdes mellom 20 og 65 vekt%.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-7, karakterisert ved at temperaturen holdes ved en optimal verdi bestemt på grunnlag av foregående forsøk.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 2-8, karakterisert ved at man arbeider ved atmosfæretry.kk og holder temperaturen i området fra 145 - 165°C.