المجال التقني: يتعلق هذا الاختراع بعملية تكرير خام الباستنايسايت، وبشكل خاص بعملية تكرير خام الباستنايسايت التي تجمع بين التركيز بالجاذبية، والفصل المغناطيسي، والتعويم.

الخلفية الفنية: يُعد الباستناسيت المعدن الرئيسي لاستخراج العناصر الأرضية النادرة مثل اللاانثيم (La) والسيزيوم (Ce) والبروميديوم (Pr) والنيوديميوم (Nd) والسمازيوم (Sm) واليوروبيوم (Eu) والغادولينيوم (Gd) وغيرها. وتشمل الرواسب النموذجية منجم العناصر الأرضية النادرة ماونتن باس في الولايات المتحدة، ومنجمي العناصر الأرضية النادرة ماونيوبينغ ودالوكاو في سيتشوان، الصين، ومنجم العناصر الأرضية النادرة ويشان في شاندونغ، ومنجم العناصر الأرضية النادرة بايان أوبو. الأنواع الأربعة الأولى هي خامات باستنايسيت بسيطة، في حين أن النوع الأخير عبارة عن خام أرض نادرة مختلط من الباستنايسيت والمونازيت. في الوقت الحالي، تشمل عمليات التخصيب لفصل الباستنايسيت التركيز بالجاذبية، والفصل المغناطيسي، والتعويم، أو مزيجًا من هذه العمليات الثلاث. ويعتمد مركز تركيز العناصر الأرضية النادرة في ماونتن باس بالولايات المتحدة “طريقة التعويم عالي الحرارة”، أي أن الخام يُطحن ناعماً، ويُحول إلى عجينة، ويُسخن إلى درجة حرارة تزيد عن 90 درجة مئوية، ويخضع لست مراحل من التهيئة، مع إضافة متتالية لليغنوسولفونات الأمونيوم، زيت التول C-30 أو حمض الأوليك، وفلوروسيليكات الصوديوم، ورماد الصودا، وما إلى ذلك، من أجل عملية التعويم. ومن خلال عملية ذات دائرة مغلقة تتألف من مرحلة واحدة للتنقية الأولية وخمس مراحل للتنقية الدقيقة، يمكن الحصول على مركز الباستنايسايت بدرجة نقاء REO = 60%–62% ونسبة استرداد للعناصر الأرضية النادرة تتراوح بين 65%–70% من خام التغذية الذي تبلغ نسبة العناصر الأرضية النادرة فيه (REO) ≥ 7%. بالنسبة لمنجم العناصر الأرضية النادرة في ماونيوبينغ بمقاطعة سيتشوان، تعتمد معظم العمليات على التركيز بالجاذبية أو مزيج من الجاذبية والمغناطيسية أو الجاذبية والتعويم. يمكن أن ينتج عن التركيز بالجاذبية مركز باستنايسايت بدرجة REO = 50%–55%، ويمكن أن ينتج عن الفصل المغناطيسي مركز باستنايسايت بدرجة REO = 70%–72%، ويبلغ معدل استرداد العناصر الأرضية النادرة الإجمالي 45%–56%. وباستخدام عملية الجاذبية والطفو، ينتج عن التركيز بالجاذبية مركز الباستنايسيت الذي يتراوح فيه REO بين 50% و56%؛ ويستخدم التطفو 3–5 كجم/طن من سيليكات الصوديوم، و0.4–1.0 كجم/طن من حمض الكبريتيك، و2–4 كجم/طن من مجمع H₂₀5 أو JD‑2، وبعد مرحلة واحدة من التصفية الأولية ومرحلتين من التنقية، يتم الحصول على مركزات تعويم بقيمة REO = 52%–58%، مع استرداد إجمالي للعناصر الأرضية النادرة يتراوح بين 55%–65%.

بالنسبة لخام العناصر الأرضية النادرة المختلط المكون من الباستنايزيت والمونازيت، يتم اعتماد عملية الفصل المغناطيسي عالي الكثافة والطفو. وتُستخدم المواد المتوسطة الناتجة عن الفصل المغناطيسي عالي الكثافة للحديد (التي تحتوي على REO = 7%–12%) كمواد تغذية لعملية طفو العناصر الأرضية النادرة. يستخدم عملية التعويم 4.5–7.5 كجم/طن من سيليكات الصوديوم و2.0–3.0 كجم/طن من مجمعات حمض الهيدروكساميك، وبعد مرحلة واحدة من التخمير ومرحلتين إلى ثلاث مراحل من التنقية، يتم الحصول على مركزات ذات REO = 56%–60% ونسبة استرداد عن طريق التعويم تتراوح بين 58%–64%. عيوب العمليات المذكورة أعلاه هي: 1. انخفاض درجة تركيز المادة المركزة ومعدل الاسترداد؛ 2. مخطط تدفق عملية طويل، خاصةً طريقة التعويم بدرجة الحرارة العالية، التي تستهلك كميات كبيرة من الطاقة وتتكلف تكاليف باهظة؛ 3. ارتفاع إجمالي استهلاك كواشف التعويم، والجرعات الكبيرة من سيليكات الصوديوم، وصعوبة ترسيب ملاط المخلفات، مما يتسبب في تلوث البيئة؛ 4. لا تخضع المخلفات الناتجة عن الفصل بالجاذبية أو الفصل المغناطيسي عمومًا لمعالجة الاسترداد، مما يؤدي إلى إهدار خطير للموارد.

ملخص الاختراع: تتمثل المشكلة التقنية التي يهدف الاختراع الحالي إلى حلها في تحسين عملية إثراء الباستناسيت الحالية، بهدف زيادة درجة نقاء مستخلص العناصر الأرضية النادرة ومعدل استخلاصها، وتبسيط مخطط العملية، وخفض تكاليف الإنتاج. ولحل المشكلة التقنية المذكورة أعلاه، يتم تنفيذ الاختراع الحالي على النحو التالي: يُطحن الخام إلى درجة نعومة تتراوح بين 60% و95% بحيث لا يتجاوز حجم الجسيمات 0.15 مم، ثم يُغذى إلى طاولة اهتزازية للتركيز بالجاذبية. بعد التركيز بالجاذبية، يتم فصل مركزات الباستنايسيت الخشنة، والمواد المتوسطة، والمخلفات. تُغذى المواد المتوسطة إلى فاصل مغناطيسي لإجراء الفصل المغناطيسي، مما ينتج عنه مركزات باستنايسيت متوسطة الحجم ومخلفات. تخضع المخلفات الناتجة عن الفصل المغناطيسي والمخلفات الناتجة عن الفصل باستخدام طاولة الاهتزاز لمزيد من الغربلة والطحن، بحيث يصل الخام إلى درجة نعومة تتراوح بين 75% و85%، بحيث يمر ما يقل عن 0.074 مم، ثم يتم تغذيته إلى جهاز إزالة الطين لإزالة الطين. أثناء إزالة الطين، تُضاف كمية من مادة التشتيت تتراوح بين 0.2 و2 كجم/طن، وتُجرى العملية في درجة حموضة (pH) تتراوح بين 7.5 و9.5. يتم إرسال التدفق السفلي الذي تمت إزالة الطين منه إلى خزان تكييف لتحويله إلى عجينة، مع إضافة 0.4–1.8 كجم/طن من سيليكات الصوديوم كمنظم ومثبط. يتم إرسال اللب المهيأ إلى معدات التعويم لإجراء عملية التعويم، مع إضافة متتالية لـ 0.8–3 كجم/طن من مجمع حمض الهيدروكساميك كمجمع أولي، و30–300 غ/طن من L₁08 كمجمع مساعد، و20–150 غ/طن من مادة الرغوة ككواشف تعويم. تُجرى عملية التعويم في ظل ظروف تبلغ فيها درجة الحموضة (pH) لللب 7–9.5، وكثافة اللب 50%–62%، ودرجة حرارة اللب 30–50 درجة مئوية.

إن نظام الكواشف الأمثل لعملية التعويم المذكورة أعلاه هو: إضافة 1.2–1.6 كجم/طن من مادة التجميع الأولية «حمض الهيدروكساميك»، و100–150 غرام/طن من مادة التجميع المساعدة L₁08، و60–100 غرام/طن من مادة الرغوة.

وتشمل المجمعات الأولية لحمض الهيدروكساميك المذكورة أعلاه حمض الساليسيلهيدروكساميك، وهيدروكسامات الأمونيوم الساليسيلية، وهيدروكسامات الصوديوم الساليسيلية، وهيدروكسامات البوتاسيوم الساليسيلية.

وقد يكون المجمع المساعد المذكور أعلاه هو L303 أيضًا، بجرعة تتراوح بين 150 و400 غ/طن.

تتمثل مزايا الاختراع الحالي بعد تنفيذه في ما يلي: 1. مخطط عملية قصير ونسبة تخصيب عالية؛ وعلى وجه الخصوص، يمكن إنتاج مركز عالي الجودة من خلال عملية أو عمليتين فقط من عمليات التعويم؛ 2. تبلغ الدرجة الإجمالية لمركزات العناصر الأرضية النادرة أكثر من 62%، بحد أقصى يتراوح بين 68% و74%، ويبلغ معدل الاسترداد الإجمالي للعناصر الأرضية النادرة ما بين 80% و85%؛ 3. انخفاض إجمالي استهلاك كواشف التعويم وانخفاض تكلفة الإنتاج، ولا سيما انخفاض جرعة سيليكات الصوديوم، وسهولة ترسيب مياه ملاط المخلفات، وهو ما يفيد في تصريف مياه المخلفات؛ 4. يؤدي فصل المخلفات الناتجة عن التركيز بالجاذبية على طاولة الاهتزاز والفصل المغناطيسي إلى تحسين معدل الاستفادة من الموارد.

وصف تفصيلي للنماذج: وفيما يلي أمثلة على تطبيق الاختراع الحالي في معالجة خام العناصر الأرضية النادرة في ماونيوبينغ بمقاطعة سيتشوان، وذلك لتوضيح الأمر بشكل أوضح:

يُعد خام العناصر الأرضية النادرة في ماونيوبينغ بمقاطعة سيتشوان ثاني أكبر قاعدة لموارد العناصر الأرضية النادرة الخفيفة في الصين. وتشمل المعادن الرئيسية الباستنايسايت، والباريت، والسيليستيت، والفلوريت، والكالسيت، والغالينا، والولفينيت، والبيريت، ومعادن الحديد (المنغنيز)، والأيجيرين، والألبيت، والأرففيدسونيت، والكوارتز، وغيرها. حجم حبيبات التبلور في الباستنايسيت غير متساوٍ (يتراوح من عدة سنتيمترات إلى عدة ميكرومتر)، والخام متأثر بشدة بالعوامل الجوية، ومحتوى الطين مرتفع نسبيًا (حوالي 20%). تبلغ درجة الخام REO = 3%–10%. وفيما يلي أمثلة على تطبيق الاختراع الحالي على هذا الخام.

المثال 1: تبلغ درجة نقاء الخام REO = 5.5%. يُطحن الخام إلى حجم 70% يمر عبر شبكة 100 mesh ويُغذى إلى طاولة اهتزازية للتركيز بالجاذبية، مما ينتج عنه مركزات باستنايسيت خشنة ذات REO أكبر من 57% ومعدل استرداد بالجاذبية أكبر من 45%. يتم تغذية المواد المتوسطة من طاولة الاهتزاز (REO > 16%) إلى فاصل مغناطيسي بكثافة مجال مغناطيسي تزيد عن 10,000 غاوس، مما ينتج عنه مركزات باستنايسايت ذات REO تزيد عن 72%. يتم دمج مخلفات طاولة الاهتزاز والمخلفات المغناطيسية، ثم تخضع لعملية غربلة وطحن إضافية، بحيث يصل الخام إلى نسبة 85% من الحبيبات التي يقل حجمها عن 0.074 مم، ثم يتم تغذيتها إلى جهاز إزالة الطين. تتم عملية إزالة الطين بإضافة 0.8–1.2 كجم/طن من سيليكات الصوديوم كمشتت عند درجة حموضة (pH) = 8.5–9. يتم إرسال التدفق السفلي الذي تمت إزالة الطين منه إلى خزان تكييف لتحويله إلى عجينة، مع إضافة 0.8–1.0 كجم/طن من سيليكات الصوديوم كعامل تنظيم ومثبط، ويتم التحكم في درجة حموضة العجينة عند pH = 7.5–8.2، وكثافة العجينة 50%–62%، ودرجة حرارة اللب 35–40 درجة مئوية. يتم تغذية اللب المُعد إلى معدات التعويم، مع إضافة متتالية لـ 1.3–1.6 كجم/طن من ساليسيلهيدروكسامات الأمونيوم، و80–100 غ/طن من المُجمِّع المساعد L₁08، و50–80 غ/طن من زيت المُكوّن للرغوة رقم 2، وتُجرى عملية التعويم في ظل ظروف درجة حموضة اللب = 7.5–8.2، وكثافة اللب 50%–62%، ودرجة حرارة التعويم 35–40 درجة مئوية. وبعد مرحلة واحدة من التعويم، يتم الحصول على مركز باستنايسايت بمحتوى REO = 62%–68% ونسبة استرداد بالتعويم تبلغ 88%–92%. يبلغ معدل الاسترداد الإجمالي للعناصر الأرضية النادرة في العملية بأكملها 80%–84%.

المثال 2: عينة الخام هي نفسها المذكورة في المثال 1، لكن درجة نقاء الخام المدخل هي REO = 7.8%. يُطحن الخام إلى حجم 60% يمر عبر شبكة 100 mesh ويُغذى إلى طاولة اهتزازية لإنتاج مركزات باستنايسيت خشنة بدرجة نقاء REO = 57%–58%؛ يتم تغذية المواد المتوسطة (REO > 18%) إلى فاصل مغناطيسي بكثافة مجال مغناطيسي تزيد عن 10,000 غاوس، مما ينتج عنه مركزات باستنايسيت متوسطة الحجم بدرجة نقاء REO = 72%–74%. يتم تغذية مخلفات طاولة الاهتزاز والمخلفات المغناطيسية إلى غربال دقيق عالي التردد بمفتاح 150 ميسه. يتم تغذية الحبيبات الكبيرة الحجم الناتجة عن الغربال إلى مطحنة كروية وطحنها إلى 75% تمر عبر مفتاح 200 ميسه، ثم يتم دمجها مع المخلفات الدقيقة الأصغر من حجم الغربال وتغذيتها إلى جهاز إزالة الطين، مع إضافة 200–400 غ/طن من هيكساميتافوسفات الصوديوم كمشتت تحت درجة حموضة اللب = 8.5–9.0 لإزالة الطين. يتم إرسال التدفق السفلي الذي تمت إزالة الطين منه إلى خزان تكييف لتحويله إلى عجينة، مع إضافة 0.9–1.1 كجم/طن من سيليكات الصوديوم كمنظم ومثبط، ويتم التحكم في درجة الحموضة عند 8.5–9.0، وكثافة العجينة 50%–62%، ودرجة حرارة اللب 33–40°C. يتم تغذية اللب المهيأ إلى خلايا التعويم، مع إضافة متتالية لـ 1.0–1.3 كجم/طن من المجمع الأساسي ساليسيلهيدروكسامات الصوديوم، و90–120 جم/طن من المجمع المساعد L₁08، و50–80 جم/طن من زيت الصنوبر المُكوّن للرغوة. تُجرى عملية التعويم في ظل ظروف تبلغ فيها درجة الحموضة (pH) لللب = 8.0–8.5، ودرجة حرارة التعويم 33–40 درجة مئوية، وكثافة اللب 50%–62%. وبعد مرحلة واحدة من التخمير الأولي ومرحلة واحدة من التنقية، يتم الحصول على مركز عالي الجودة من العناصر الأرضية النادرة بدرجة نقاء REO تتراوح بين 65% و72%، ومعدل استرداد عن طريق التعويم يتراوح بين 88% و92%. يصل معدل الاسترداد الإجمالي للعناصر الأرضية النادرة في العملية بأكملها إلى 82%–85%.

المثال 3: عينة الخام هي نفسها المذكورة في المثال 1، لكنها مأخوذة من منطقة تعدين مختلفة، وتبلغ درجة نقاء الخام المدخل REO = 7.0%. يتم تغذية الخام أولاً إلى غربال اهتزازي مزدوج الطبقات عالي التردد من أجل الفرز. يتم التخلص من الحبيبات الكبيرة الحجم من الطبقة الأولى (التي يزيد حجمها عن 1 مم) باعتبارها شوائب خشنة. يتم طحن الحبيبات الكبيرة الحجم من الطبقة الثانية إلى حجم 75% بحيث يكون حجم الحبيبات الناقلة أقل من 0.15 مم، ثم يتم تغذيتها إلى طاولة اهتزازية للتركيز بالجاذبية، مما ينتج عنه مركزات باستنايسيت خشنة بنسبة REO > 57%. يتم تغذية المواد المتوسطة الحجم الناتجة عن طاولة الاهتزاز إلى فاصل مغناطيسي بكثافة مجال مغناطيسي تزيد عن 10,000 غاوس، مما ينتج عنه مركزات باستنايسيت متوسطة الحجم بنسبة REO تتراوح بين 72% و74%. يتم تغذية مخلفات طاولة الاهتزاز والمخلفات المغناطيسية إلى غربال اهتزازي بشبكة 150-mesh للغربلة. يتم طحن الحبيبات الكبيرة الحجم التي تجاوزت الغربال إلى 75% بحيث تمر عبر شبكة 200، ثم يتم دمجها مع الحبيبات الصغيرة الحجم التي لم تمر عبر الغربال والجزيئات الدقيقة (<0.10 مم) من الحبيبات الصغيرة الحجم في الطبقة الثانية من الغربال عالي التردد ذي الطبقتين (التي تحتوي على كميات كبيرة من الطين)، ويتم تغذيتها إلى جهاز إزالة الطين، مع إضافة 0.6–1.0 كجم/طن من سيليكات الصوديوم كمشتت في ظل درجة حموضة اللب (pH) = 8.5–9.0 لإزالة الطين. يتم تكييف التدفق السفلي بعد إزالة الطين ثم تغذيته إلى خلايا التعويم. تُجرى عملية التعويم مع الإضافة المتتالية لـ 0.7–0.9 كجم/طن من سيليكات الصوديوم، و1.2–1.5 كجم/طن من المجمع الأولي ساليسيلهيدروكسامات البوتاسيوم (أو الأمونيوم)، و200–350 جم/طن من المجمع المساعد L₃03، و60–80 غ/طن من زيت المُكوّن للرغوة رقم 2، في ظل ظروف درجة حموضة اللب = 8.0–8.5، وكثافة اللب 50%–60%، ودرجة حرارة التعويم 33–38 درجة مئوية. وبعد مرحلة واحدة من التعويم، يتم الحصول على مركز باستنايسايت دقيق الحبيبات مع REO = 64%–68%. ويبلغ معدل الاسترداد الإجمالي للعناصر الأرضية النادرة في العملية بأكملها 80%–84%.