希土類元素の酸化物を高純度で抽出する新プロセスを開発(New process developed to extract high purity rare earth element oxides)

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ペンシルバニア州立大学臨界鉱物センターは、酸性鉱山排水および関連スラッジから混合希土類酸化物を88.5%の純度で抽出する新しい精製プロセスを開発しました。 Penn State’s Center for Critical Minerals has developed a new purification process that extracts mixed rare earth oxides from acid mine drainage and associated sludges at purities of 88.5%

2022-11-21 ペンシルベニア州立大学(PennState)

酸性鉱山排水と関連スラッジから混合レアアース酸化物を88.5%の純度で抽出する新しい精製プロセスを開発した。
酸性鉱山排水(AMD)およびAMD処理の結果生じる固形物や沈殿物は、レアアース、アルミニウム、コバルト、マンガンを含む複数のCMの有力な供給源であることが判明している。
研究者によると、以前に開発された3段階のAMD処理プロセスをベースに、複数のクリーナーステップとプロセスパラメーターの精密制御を伴う水処理によって、スラッジ材料から高品位のアルミニウム、レアアース、コバルト、マンガン製品を回収する新しい精製プロセスを設計したとのことdearu.
AMDから直接レアアースとCMを抽出することで、スラッジの溶解とそれに伴う試薬や処理のコストが不要になり、低コストでより持続可能な廃棄物処理方法を実現できる。
一般的に、AMDはさまざまなアルカリ性化学物質を加えることで中和される。処理過程でAMDのpHが上昇すると、金属が金属の水酸化物やその他の錯体として沈殿する。
新しいシステムでは、pHは依然としてpH7まで上昇しますが、段階的に上昇させる。
研究者たちは、鉄が沈殿するのに必要なレベルまでpHを上げ、次にアルミニウムが沈殿するのに必要なpHまで上げた。鉄とアルミニウムを除去した後、炭酸塩の沈殿によってレアアースを回収することができる。
精製工程では、除去された沈殿物を再び循環させ、鉄、アルミニウム、その他の残留物を除去する。
精製工程では、pHを3か3.5まで下げて、もう一度同じサイクルを繰り返す。レアアース純度を高めるために、2回から3回のサイクルを経て、ゆっくりと他の残留物を取り除いているのである。
リサイクル負荷の設計により、対象元素の回収率99%以上を達成した。当初の3段沈殿プロセスでは、コバルトとマンガンの沈殿物の濃度はそれぞれ0.85%と23%でした。精製した結果、濃度はそれぞれ1.3%と43%に増加した。

<関連情報>

酸性鉱山排水処理スラッジ材からの高品位レアアース、Al、Co-Mnの選択的回収 Selective recovery of high-grade rare earth, Al, and Co-Mn from acid mine drainage treatment sludge material

Behzad Vaziri Hassas,Younes Shekarian,Mohammad Rezaee,Sarma V.Pisupati
Minerals Engineering  Available online: 29 August 2022
DOI:https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107813

Highlights

•AMD and sludge sites were evaluated for their contained value of critical elements.
•These secondary resources in Pennsylvania were found to be viable for critical elements.
•A novel process was designed to produce multiple high-purity critical element products.
•A mixed-REE-carbonate (Adamsite-REE) product was produced with over 85% purity.

Abstract

Rare earth elements (REEs) and critical elements (CEs) have been in the spotlight recently due to their vital role in high-tech applications and green energy initiatives. Due to the scarcity of mineral resources for the majority of these elements, there has been significant interest in the recovery of these elements from secondary resources. Among the secondary resources, acid mine drainage (AMD) and associated sludge materials have been found to be viable sources of multiple critical elements, including REEs, Al, Co, and Mn. AMD and sludge samples from 3 AMD treatment sites in Pennsylvania were characterized for elemental content and contained value evaluation. A novel purification process based on a previously developed 3-stage AMD treatment process was designed to recover high-grade Al, REE, Co, and Mn products from the sludge materials through aqueous processing with multiple cleaner steps and precise control of the process parameters. The final products of the three stages of this purification process are boehmite and dawsonite in Stage I, adamsite-(REE) in Stage II, and cobalt oxide and ramsdellite in Stage III. Recoveries of > 99 % for the target elements were achieved with the design of a recycling load. Through the proposed purification process, 92.8 % aluminum minerals in Stage I, 88.5 % mixed-REE-carbonate in Stage II, 68 % ramsdellite, and 6.9 % cobalt oxide in Stage III were produced.

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