BR112017002928B1

BR112017002928B1 - Métodos para extração e separação de elementos de terras raras

Info

Publication number: BR112017002928B1
Application number: BR112017002928-6A
Authority: BR
Inventors: Joseph Brewer
Original assignee: Rare Earth Salts Separation And Refining, Llc
Priority date: 2014-08-15
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2022-03-29
Also published as: KR20170042661A; PH12017500107A1; SG11201700280PA; WO2016025928A1; IL250527B; HUE051507T2; CA2955313A1; PL3180290T3; MX2017000918A; AP2017009745A0; CL2017000331A1; CA2955313C; EP3180290A1; PT3180290T; SI3180290T1; HRP20201123T1; KR102441721B1; AU2015301415B2; ES2807250T3; US20170275732A1

Abstract

MÉTODO PARA EXTRAÇÃO E SEPARAÇÃO DE ELEMENTOS DE TERRAS RARAS. Um método para extração e separação de elementos de terras raras compreendendo fornecer um minério ou rejeitos de mineração contendo terras raras; moer o minério contendo terras raras para formar minério em pó; lixiviar com, pelo menos, um ácido mineral, formando uma solução de lixiviação compreendendo, pelo menos, um íon metálico, elementos de terras raras e um material sólido; separar o material sólido da solução de lixiviação para formar concentrado aquoso de metal; precipitar o concentrado aquoso de metal para remover seletivamente o íon metálico da solução de lixiviação e obter um precipitado de elementos de terras raras; aquecer o precipitado de elementos de terras raras em ar para formar óxido de elementos de terras raras; misturar o óxido de elementos de terras raras com um sal de amônio e aquecer em ar seco/nitrogênio; formar uma mistura de sais de terras raras anidros em uma solução aquosa e separar os elementos de terras raras da solução aquosa por meio de um processo de extração eletrolítica.

Description

PEDIDOS RELACIONADOS

[001] O presente pedido reivindica prioridade ao Pedido Provisório Americano N°62/037.714, depositado em 15 de agosto de 2014.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção refere-se, em geral, à recuperação, extração e/ou separação de elementos de terras raras (ETR), e, em particular, a um método e aparelho para extrair e separar elementos de terras raras de materiais contendo terras raras (por exemplo, minério, rejeitos de mineração ou produto de reciclagem).

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[003] Elementos de terras raras incluem, principalmente, a série de lantanídeos da tabela periódica, mas o termo também pode incorporar escândio e ítrio. Exemplos de elementos de terras raras incluem: lantânio (La), cério (Ce), praseodímio (Pr), neodímio (Nd), samário (Sm), európio (Eu), gadolínio (Gd), térbio (Tb), disprósio (Dy), hólmio (Ho), érbio (Er), túlio (Tm), itérbio (Yb), lutécio (Lu), escândio (Sc) e ítrio (Y). Os elementos de terras raras podem incluir elementos de terras raras leves, elementos de terras raras médios e/ou elementos de terras raras pesados. Os elementos de terras raras leves exemplificativos incluem La, Ce, Pr, Nd e Pm. Os elementos de terras raras médios exemplificativos incluem Sm, Eu e Gd. Os elementos de terras raras pesados exemplificativos incluem Sc, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu e Y.

[004] Elementos de terras raras que são recuperados de minério/rejeitos de mineração podem ter várias aplicações. Por exemplo, alguns destes minérios/rejeitos de mineração contêm Y, um elemento de terras raras pesado que pode ser usado em lâmpadas fluorescentes compactas. Os minérios/rejeitos de minérios também podem conter Nd, um elemento de terras raras leve que pode ser usado em motores de ímã permanente em veículos híbridos, turbinas eólicas e unidades de disco de computador. Outras aplicações para elementos de terras raras podem incluir, por exemplo, uso em componentes aeroespaciais, vidro de alto índice de refração, pederneira, baterias, catalisadores, polidores, lasers, máquinas de raio-x e capacitores. Os componentes que contêm terras raras utilizados nestas aplicações anteriormente mencionadas podem também ser reciclados e as terras raras podem ser recuperadas a partir dos mesmos.

[005] Foram sugeridos vários métodos e aparelhos diferentes para a extração de elementos de terras raras. Alguns dos métodos atualmente utilizados não removem as frações de impurezas do concentrado de terras raras geradas a partir da extração e do processo de revestimento.

[006] Com base no que foi acima mencionado, existe a necessidade de um método e aparelho melhorados para extrair e separar elementos de terras raras a partir de minérios e rejeitos de mineração portadores de terras raras.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] Para minimizar as limitações encontradas na técnica anterior e para minimizar outras limitações que serão evidentes após a leitura do relatório descritivo, a modalidade preferida da presente invenção fornece um método para extrair e separar elementos de terras raras.

[008] A presente modalidade divulga um método para extrair e separar elementos de terras raras. O processo começa com o fornecimento de um material portador de terras raras (por exemplo, minério, rejeito de mineração ou produto de reciclagem). O minério de terras raras é lixiviado com, pelo menos, um ácido mineral, tal como ácido nítrico (HNO3) ou ácido clorídrico (HCl) para formar uma solução de lixiviação. O pelo menos um ácido mineral pode ser de qualquer concentração com um pH inferior a 1. A mistura de lixiviação contém a solução de lixiviação que inclui, pelo menos, íons de terras raras e um material sólido. A solução de lixiviação também pode incluir, pelo menos, um íon metálico. Por exemplo, pelo menos um íon metálico pode incluir, pelo menos, um íon de alumínio, pelo menos, um íon de zinco, pelo menos, um íon de cobre, pelo menos, um íon de níquel, pelo menos, um íon de titânio e/ou, pelo menos, um íon de ferro. A solução de lixiviação pode ser aquecida para melhorar a extração das terras raras do material portador de terras raras.

[009] O material sólido é separado do resíduo líquido/sólido e é obtida uma solução líquida de lixiviado de íon de terras raras. O material sólido é removido como resíduo ou para a recuperação do ferro (Fe) ou outros materiais por qualquer processo desejado. A solução líquida de lixiviado de íon de terras raras é tratada para recuperar os elementos de terras raras.

[0010] O pelo menos um íon metálico (por exemplo, ferro) é precipitado a partir da solução de lixiviação por titulação da solução de lixiviação com óxido de magnésio (MgO), ajustando a solução de lixiviação a um pH de cerca de 1 até um pH de cerca de 4. O concentrado líquido de terras raras é então tratado por adição de ácido oxálico para precipitar um concentrado de oxalato de terras raras ou por titulação a um pH de 7 com óxido ou carbonato de magnésio para gerar um concentrado de carbonato ou hidróxido de terras raras. O concentrado de terras raras é precipitado a partir da solução de lixiviação de terras raras como um ou mais compostos de terras raras insolúveis. Por exemplo, um minério ou rejeitos de mineração portadores de terras raras, tal como monazita, é adicionado a pelo menos um ácido mineral, tal como ácido nítrico. O minério ou rejeitos de mineração e ácido são misturados e aquecidos para dissolver os materiais portadores de terras raras do minério ou rejeitos de mineração. A solução lixiviante impregnada com terras raras é separada do minério ou dos resíduos de mineração de baixo teor de terras raras sólidas. A solução lixiviante é então titulada com MgO para precipitar um composto de metal de transição insolúvel, tal como fosfato de ferro ou hidróxido de ferro. Em seguida, a quantidade apropriada de composto de oxalato, tal como ácido oxálico ou oxalato de amônio, pode ser adicionada para precipitar um concentrado de oxalato de terras raras ou a solução pode ser titulada para pH 7 com óxido de magnésio ou carbonato de magnésio para precipitar um concentrado de hidróxido ou carbonato de terras raras.

[0011] Em outra modalidade, o minério de terras raras, tal como a argila iônica, é adicionado a, pelo menos, uma solução de ácido mineral contendo um composto de oxalato, tal como oxalato de amônio. A solução é agitada e a argila iônica de baixo teor de terras raras é separada da solução impregnada de terras raras. A solução impregnada de terras raras é então titulada com óxido de magnésio ou outra base para produzir um concentrado de oxalato de terras raras que pode conter outro metal, com exceção das terras raras em alta concentração.

[0012] O concentrado de terras raras precipitado produz oxalatos de terras raras e é então aquecido em ar (calcinado) até, pelo menos, 350°C para produzir óxido de concentrado de terras raras. Por exemplo, após a precipitação do pelo menos um íon metálico, os elementos de terras raras podem ser insolubilizados na solução e podem ser encontrados como um íon associado a um hidróxido ou a um sal ou a hidratos do mesmo.

[0013] Após a precipitação do concentrado de terras raras, o nitrato de magnésio (Mg(NO3)2) é removido da solução por evaporação do componente água. O nitrato de magnésio (MgNO3) é então decomposto termicamente aumentando a temperatura do sal para formar óxido de magnésio (MgO) e óxidos nítricos gasosos (NOx). Os óxidos nítricos (NOx) são então borbulhados através da água para regenerar o ácido nítrico (HNO3). Os valores nítricos são removidos, deixando o óxido de magnésio (MgO). O ácido nítrico regenerado é reciclado para a etapa de lixiviação para uso posterior.

[0014] O concentrado de óxido de terras raras é misturado com um sal de amônio, por exemplo, cloreto de amônio, brometo de amônio ou iodeto de amônio em uma proporção que varia entre 1:0,5 (óxido:sal de amônio) a 1:10 com as condições ótimas entre 1:2 e 1:4. A mistura é aquecida a uma temperatura entre 200°C e 250°C, em fluxo de ar seco ou nitrogênio até não haver mais alteração de cor aparente no material. Preferencialmente, a temperatura é de aproximadamente 200°C. A temperatura é então aumentada para 250°C até 350°C, sob ar seco ou nitrogênio com mistura até terminar a sublimação do excesso de sal de amônio. O material resultante é uma mistura de sais de terras raras anidros. Os sais de terras raras anidros são utilizados como fornecidos em uma solução aquosa para o processo de separação. Os materiais não solúveis da conversão são, normalmente, impurezas de metal de transição no concentrado de terras raras.

[0015] Os elementos de terras raras são separados da solução aquosa por meio de um processo de extração eletrolítica utilizando um anodo de sacrifício. Tal como aqui utilizado, o termo "processo de extração eletrolítica" refere-se a uma eletrodeposição de metais a partir de soluções contendo os metais sobre uma placa ou tela metálica, permitindo assim a purificação de um metal. Um potencial é aplicado entre um catodo e o anodo de sacrifício. Preferencialmente, o catodo é um metal relativamente inerte, tal como aço ou molibdênio. Preferencialmente, o anodo de sacrifício é alumínio. O potencial é então variado com o aumento dos potenciais para permitir a deposição sequencial dos elementos de terras raras. O potencial utilizado pode variar de uma célula eletrolítica para mais de 1,0 V, por exemplo, com uma faixa típica entre 0,1 V e 0,7 V. A posição inicial do eletrodo ocorre em aproximadamente 0,2 V e produz um material que é dominado por escândio e elementos de terras raras pesados. A temperatura também pode ser ajustada de 1°C a 35°C para facilitar o processo de separação. O processo de extração eletrolítica pode ser realizado em várias configurações de células, incluindo uma única célula sem junções ou uma célula com uma ou mais junções líquidas, tais como pontes salinas ou membrana.

[0016] Por exemplo, uma célula com múltiplas junções seria uma célula na qual o anodo e os catodos são alternados e separados por uma membrana aniônica. As meias células anódicas com as placas de alumínio são definidas como células de alumínio e contêm uma solução aquosa de cloreto de sódio que varia desde 0M até saturada ou a mesma solução de cloreto de sódio com cloreto de alumínio variando de 0,001 a 1 M. As meias células catódicas com as placas de metal inerte contêm a solução aquosa de sal de terras raras. Preferencialmente, as placas de metal inerte são de aço ou molibdênio. As membranas impedem a migração de cátions e água entre os elementos de terras raras e células de alumínio. No entanto, a membrana permite o movimento de ânions, tais como cloreto, brometo, iodeto ou nitrato e íons de hidrogênio.

[0017] Um processo de revestimento de terras raras é facilitado pela oxidação das placas de alumínio na solução aquosa de cloreto de sódio. À medida que um íon de alumínio se forma e se dissocia na solução na célula de alumínio, um elemento de terras raras é reduzido e depositado na célula de terras raras correspondente. À medida que o elemento de terras raras é depositado, os ânions difundem-se através da membrana e formam complexos com os íons de alumínio na célula de alumínio para manter o equilíbrio de carga adequado. O material revestido se oxida espontaneamente e é então removido do eletrodo e processado através do processo de conversão do concentrado de óxido de terras raras em sal.

[0018] O material revestido é tratado termicamente com um sal de amônio entre iterações. A solução contendo os íons de terras raras remanescentes das iterações é adicionada de novo a uma corrente principal de alimentação com baixo teor de íons de terras raras pesados ou a uma corrente de purificação para um segundo elemento de terras raras a ser separado, dependendo da composição na solução. A solução empobrecida em terras raras pesadas da eletrodeposição original é então passada para uma segunda célula para a separação do elemento de terras raras seguinte na sequência. O processo de separação e purificação é continuado para cada um dos dezesseis elementos de terras raras de interesse, por exemplo, lantânio (La), cério (Ce), praseodímio (Pr), neodímio (Nd), samário (Sm), európio (Eu), gadolínio (Gd), térbio (Tb), disprósio (Dy), hólmio (Ho), érbio (Er), túlio (Tm), itérbio (Yb), lutécio (Lu), escândio (Sc) e ítrio (Y). O potencial de cada célula de separação é otimizado para produzir o elemento de terras raras de interesse mais um a dois elementos principais de impureza. As células de purificação são então utilizadas para concentrar o elemento de terras raras de interesse, enquanto se minimiza a quantidade de elementos de impureza.

[0019] Em uma modalidade, um método para extrair e separar elementos de terras raras é divulgado. Inicialmente, é fornecido um minério ou rejeitos de mineração contendo terras raras e o minério ou rejeitos de mineração contendo terras raras é processado até mesh menor que 60 utilizando moagem mecânica para formar minério em pó. O minério em pó é lixiviado utilizando um ácido mineral, por exemplo, ácido nítrico (HNO3) para formar uma solução de lixiviação com, pelo menos, um íon metálico, elementos de terras raras e um material sólido. O processo de lixiviação é seguido por uma etapa de separação líquido- sólido, no qual o material sólido é separado da solução de lixiviação para formar concentrado aquoso de terras raras. O concentrado aquoso de terras raras é precipitado para remover, seletivamente, pelo menos um íon metálico da solução de lixiviação e obter um precipitado dos elementos de terras raras na forma de oxalatos de terras raras. O precipitado dos elementos de terras raras ou oxalatos de terras raras é aquecido em ar para formar um óxido dos elementos de terras raras. O óxido de terras raras é misturado com um sal de amônio e aquecido em um ar seco/nitrogênio em uma etapa de conversão de terras raras. É formada uma mistura de sais de terras raras anidros e é fornecida em uma solução aquosa. Finalmente, os elementos de terras raras são separados da solução aquosa por meio de um processo de extração eletrolítica. Durante o processo de extração eletrolítica, os elementos de terras raras são revestidos a partir da solução aquosa utilizando um anodo de sacrifício e são removidos como compostos de terras raras oxidados.

[0020] Estas e outras vantagens e características da presente invenção são descritas com especificidade de modo a tornar a presente invenção compreensível para um perito na técnica.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0021] Os elementos das figuras não foram necessariamente desenhados em escala para aumentar a sua clareza e melhorar a compreensão destes vários elementos e modalidades da invenção. Além disso, elementos que são conhecidos como comuns e bem compreendidos para os que estão na indústria não são representados de modo a fornecer uma visão clara das várias modalidades da invenção, assim os desenhos são generalizados em forma, no interesse da clareza e concisão.

[0022] A FIG. 1 é um fluxograma esquemático básico de um método para extrair e separar elementos de terras raras de acordo com a modalidade preferida da presente invenção.

[0023] A FIG. 2 é um fluxograma esquemático para recuperar elementos de terras raras a partir de um concentrado aquoso de terras raras de acordo com a modalidade preferida da presente invenção.

[0024] A FIG. 3 é um fluxograma ilustrando um método para extrair e separar elementos de terras raras de acordo com a modalidade preferida da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

[0025] Na discussão que se segue que aborda várias modalidades e aplicações da presente invenção, faz-se referência aos desenhos anexos que formam uma parte deste documento, e na qual são mostradas, a título de ilustração, modalidades específicas nas quais a invenção pode ser praticada. Deve ser entendido que podem ser utilizadas outras modalidades e podem ser feitas alterações sem se afastar do escopo da presente invenção.

[0026] Várias características inventivas são descritas abaixo que podem ser utilizadas, cada uma independentemente umas das outras, ou em combinação com outras características. Contudo, qualquer característica inventiva pode não abordar quaisquer dos problemas discutidos acima ou apenas abordar um dos problemas discutidos acima. Adicionalmente, um ou mais dos problemas discutidos acima podem não ser totalmente abordados por quaisquer das características descritas abaixo.

[0027] A FIG. 1 é um fluxograma esquemático básico de um método para extrair e separar elementos de terras raras. O processo começa com o fornecimento de um material portador de terras raras (por exemplo, minério, rejeitos de mineração ou produto de reciclagem). O minério ou rejeitos de mineração de terras raras 100 é lixiviado 102 com, pelo menos, um ácido mineral, tal como ácido nítrico (HNO3) ou ácido clorídrico (HCl) 104 para formar uma solução de lixiviação. O pelo menos um ácido mineral pode ser de qualquer concentração com um pH inferior a 1. O pelo menos um ácido mineral, utilizado para lixiviação do minério de terras raras, pode ser HCl, H2SO4, HNO3 ou misturas dos mesmos. Mais de um ácido pode ser usado como uma mistura ou separadamente. As soluções feitas com estes ácidos podem ser utilizadas em várias concentrações. Um agente quelante de terras raras, tal como um composto de oxalato, pode também ser adicionado ao ácido de lixiviação antes da adição dos minérios/rejeitos de mineração portadores de terras raras. O minério de terras raras 100 pode ser armazenado para processamento, ou pode ser misturado com outros minérios, resíduos metalúrgicos ou outros materiais portadores de terras raras. Quando necessário, os minérios são triturados ou transformados em pó ou reduzidos em tamanho para dissolver, efetivamente, o minério no pelo menos um ácido mineral durante a etapa de lixiviação 102.

[0028] A solução de lixiviação inclui, pelo menos, uma terra rara 118 e um material sólido 110. A solução de lixiviação também pode conter, pelo menos, um íon metálico. Por exemplo, pelo menos um íon metálico pode incluir, pelo menos, um íon de alumínio, pelo menos, um íon de zinco, pelo menos, um íon de cobre, pelo menos, um íon de níquel, pelo menos, um íon de titânio e/ou, pelo menos, um íon de ferro. A solução de lixiviação é, opcionalmente, aquecida 106 para formar um resíduo líquido/sólido 108. A etapa de lixiviação 102 e a etapa de aquecimento 106 podem ser realizadas no mesmo recipiente, ou em recipientes separados.

[0029] O material sólido 110 é separado do resíduo líquido/sólido 108 e é formado um concentrado aquoso de terras raras 112. O material sólido 110 é removido para a recuperação do ferro (Fe) ou outros materiais por qualquer processo desejado.

[0030] O concentrado aquoso de terras raras 112 é tratado para recuperar as terras raras 118.

[0031] Conforme mostrado na FIG. 2, o pelo menos um íon metálico é, opcionalmente, precipitado 122 a partir da solução de lixiviação por titulação da solução de lixiviação com óxido de magnésio (MgO) 120 ajustando a solução de lixiviação para um pH de cerca de 1 até um pH de cerca de 4. O precipitado é separado por filtração, centrifugação ou centrifugação por decantação. O concentrado aquoso de terras raras 112 é então tratado com o composto portador de oxalato apropriado para precipitar um concentrado de oxalato de terras raras ou um composto básico de magnésio até pH 7 para precipitar um concentrado de carbonato ou hidróxido de terras raras.

[0032] O concentrado de terras raras precipitado 122 produz oxalatos, hidróxidos ou carbonatos de terras raras e é então aquecido em 130 em ar (calcinado) até, pelo menos, 350°C ou mais quente, para produzir óxido de concentrado de terras raras em 114. Por exemplo, após a precipitação 122 do pelo menos um íon metálico, as terras raras 118 podem ser insolubilizadas a partir da solução e podem ser encontradas como um íon associado a um hidróxido ou a um sal ou a hidratos do mesmo.

[0033] Após a precipitação do concentrado de terras raras em 122, a solução de nitrato de magnésio (Mg(NO3)2) é aquecida em 124 para remover a água. O nitrato de magnésio (Mg(NO3)2) 124 é então decomposto termicamente aumentando a temperatura do sal para formar óxido de magnésio (MgO) e óxidos nítricos gasosos (NOX) em 120 e 128, respectivamente, conforme mostrado na FIG. 2. Os óxidos nítricos (NOX) 128 são então borbulhados através da água para regenerar o ácido nítrico (HNO3) em 104. Os valores nítricos 126 são removidos, deixando o óxido de magnésio (MgO) 120. O ácido nítrico removido 126, com óxidos nítricos (NOx) 128 adicionados, conforme necessário, é reciclado para a etapa de lixiviação 102 ou para o processo de reciclagem de ácido nítrico 104 para uso posterior.

[0034] O concentrado de óxido de terras raras 114 é misturado com um sal de amônio 134 tal como, por exemplo, cloreto de amônio, brometo de amônio ou iodeto de amônio em uma proporção que varia de 1:0,5 (óxido: sal de amônio) a 1:10 com as condições ótimas entre 1:1 e 1:2. A mistura é aquecida a uma temperatura entre 200°C e 250°C em fluxo de ar seco ou nitrogênio até não haver mais alteração de cor aparente no material. Preferencialmente, a temperatura é de aproximadamente 200°C. A temperatura é então aumentada para 250°C até 350°C sob ar seco ou nitrogênio 132 com mistura até terminar a sublimação do excesso de sal de amônio 134. O material resultante é uma mistura de sais de terras raras anidros 116. Os sais de terras raras anidros 116 são utilizados como fornecidos em uma solução aquosa.

[0035] Em uma modalidade, o amônio do processo de conversão é borbulhado através do ácido clorídrico (HCl) para regenerar o cloreto de amônio. O excesso de cloreto de amônio é condensado da fase gasosa para recuperação e é reutilizado no processo de conversão de terras raras.

[0036] As terras raras 118 são separadas da solução aquosa por meio de um processo de extração eletrolítica 136 utilizando um anodo de sacrifício. Tal como aqui utilizado, o termo "extração eletrolítica" refere-se a uma eletrodeposição de metais a partir dos seus minérios sobre uma placa ou tela metálica, permitindo assim a purificação de um metal não ferroso. Um potencial é aplicado entre um catodo e o anodo de sacrifício. Preferencialmente, o catodo é um metal relativamente inerte, tal como aço ou molibdênio. Preferencialmente, o anodo de sacrifício é alumínio. O potencial é então variado com o aumento dos potenciais para permitir a deposição sequencial dos elementos de terras raras 118. O potencial utilizado pode variar de uma célula eletrolítica para mais de 1,0 V, por exemplo, com uma faixa típica entre 0,2V e 0,7 V. A posição inicial do eletrodo ocorre em aproximadamente 0,2 V e produz um material que é dominado por escândio e elementos de terras raras pesados. A temperatura também pode ser ajustada de 1°C a 35°C para facilitar o processo de separação. O processo de extração eletrolítica 136 pode ser realizado em várias configurações de células, incluindo uma única célula sem junções ou uma célula com uma ou mais junções líquidas (pontes salinas ou membrana).

[0037] Por exemplo, uma célula com múltiplas junções seria uma célula na qual o anodo e os catodos são alternados e separados por uma membrana aniônica. As meias células anódicas com as placas de alumínio são definidas como células de alumínio e contêm uma solução aquosa de cloreto de sódio que varia desde 0-M até saturada ou a mesma solução de cloreto de sódio com cloreto de alumínio variando de 0,001 a 1 M. As meias células catódicas com as placas de metal inerte contêm a solução aquosa de sais de terras raras. Preferencialmente, as placas de metal inerte são de aço ou molibdênio. As membranas impedem a migração de cátions e água entre as terras raras 118 e células de alumínio. No entanto, a membrana permite o movimento de ânions, tais como cloreto, brometo, iodeto ou nitrato e íons de hidrogênio.

[0038] Um processo de revestimento de terras raras é facilitado pela oxidação das placas de alumínio na solução aquosa de cloreto de sódio. À medida que um íon de alumínio se forma e se dissocia na solução na célula de alumínio, um elemento de terras raras 118 é reduzido e depositado na célula de terras raras correspondente. À medida que o elemento de terras raras 118 é depositado, os ânions difundem-se através da membrana e formam complexos com os íons de alumínio na célula de alumínio para manter o equilíbrio de carga adequado. O material revestido se oxida espontaneamente e é então processado através do processo de conversão de concentrado de óxido de terras raras em sal, como ilustrado na FIG. 2. Este processo é repetido para um total de 10-30 iterações para produzir um elemento de terras raras puro a 99,9% 118, principalmente, um óxido do elemento de terras raras 118. O material revestido é tratado termicamente com sal de amônio entre as iterações. A solução contendo os elementos de impureza formados a partir das iterações é adicionada de novo a uma corrente principal de alimentação com baixo teor de em íons de terras raras pesados ou a uma corrente de purificação para um segundo elemento de terras raras ser separado, dependendo da composição na solução. A solução de baixo teor de terras raras pesadas da eletrodeposição original é então passada para uma segunda célula para a separação do segundo elemento de terras raras na sequência. O processo de separação e purificação é continuado para cada um dos dezesseis elementos de terras raras 118 de interesse, por exemplo, lantânio (La), cério (Ce), praseodímio (Pr), neodímio (Nd), samário (Sm), európio (Eu), gadolínio (Gd), térbio (Tb), disprósio (Dy), hólmio (Ho), érbio (Er), túlio (Tm), itérbio (Yb), lutécio (Lu), escândio (Sc) e ítrio (Y). O potencial de cada célula de separação é otimizado para produzir o(s) elemento(s) de terras raras 118 de interesse, mais vários outros elementos de impureza principais, dependendo da iteração. As células de purificação são então utilizadas para concentrar o elemento de terras raras 118 de interesse enquanto se minimiza a quantidade de elementos de impureza.

[0039] A FIG. 3 é um fluxograma ilustrando um método 140 para extrair e separar elementos de terras raras de acordo com a modalidade preferida da presente invenção. Inicialmente, é fornecido um minério/rejeitos de mineração contendo terras raras (contendo TR), como indicado no bloco 142. O minério/rejeitos de mineração contendo terras raras é processado para até mesh menor que 60 utilizando moagem mecânica para formar minério em pó, como indicado no bloco 144. A etapa de moagem 144 é seguida de uma etapa de lixiviação, como indicado no bloco 146.

[0040] A etapa de lixiviação 146 pode ser qualquer método, processo ou sistema que permita que um elemento de terras raras seja lixiviado a partir de um material contendo terras raras. Normalmente, a etapa de lixiviação 146 utiliza um ácido para lixiviar um elemento de terras raras a partir de um material contendo terras raras. Por exemplo, a etapa de lixiviação 146 pode empregar um aparelho de lixiviação tal como, por exemplo, uma lixiviação em pilha, uma lixiviação em cuba, uma lixiviação em tanque, uma lixiviação em pad, um recipiente de lixiviação ou qualquer outra tecnologia de lixiviação útil para lixiviar um elemento de terras raras de um material contendo terras raras. De acordo com várias modalidades, a etapa de lixiviação 146 pode ser realizada em qualquer pressão, temperatura e/ou teor de oxigênio adequado. A etapa de lixiviação 146 pode empregar uma de uma temperatura elevada, uma temperatura média, ou uma temperatura baixa, combinada com uma de alta pressão, ou pressão atmosférica. A etapa de lixiviação 146 pode utilizar lixiviação por pressão ou pressão atmosférica convencional, por exemplo, mas não se limitando a, lixiviação por pressão de baixa, média ou alta temperatura. Tal como aqui utilizado, o termo "lixiviação por pressão" refere-se a um processo de recuperação de elementos de terras raras em que o material contendo terras raras é colocado em contato com uma solução ácida e oxigênio sob condições de temperatura e pressão elevadas.

[0041] De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, a etapa de lixiviação 146 inclui, preferencialmente, um ácido mineral, por exemplo, ácido nítrico (HNO3). Em uma modalidade, o ácido mineral é ácido clorídrico (HCl). Em algumas modalidades, o ácido mineral é selecionado com base em uma aplicação específica para os elementos de terras raras. A concentração e a quantidade do ácido nítrico ou do ácido clorídrico dependem do minério contendo metal. Nestas modalidades, a concentração de ácido mineral é tal que o pH é inferior a 1. Nas etapas 144 e 146, não há trituração e separação do minério contendo metal em resíduos ou substâncias valiosas.

[0042] A etapa de lixiviação 146 fornece uma solução de lixiviação compreendendo, pelo menos, um íon metálico, terras raras e um material sólido, como indicado no bloco 148. A etapa de lixiviação 146 é seguida por uma etapa de separação líquido-sólido na qual o material sólido é separado da solução de lixiviação para formar concentrado aquoso de metal, como indicado no bloco 150. O concentrado aquoso de metal pode ser precipitado para remover, seletivamente, pelo menos um íon metálico da solução de lixiviação e obter um precipitado dos elementos de terras raras na forma de oxalatos ou hidróxidos de terras raras, como indicado no bloco 152. O precipitado dos hidróxidos de terras raras ou oxalatos de terras raras é aquecido em ar para formar um óxido dos elementos de terras raras, como indicado no bloco 154. O óxido de terras raras é misturado com um sal de amônio e aquecido em um ar seco/nitrogênio em uma etapa de conversão de terras raras, como indicado no bloco 156. É formada uma mistura de sais de terras raras anidros e é fornecida em uma solução aquosa, como indicado no bloco 158. Finalmente, os elementos de terras raras são separados da solução aquosa por meio de um processo de extração eletrolítica, como indicado no bloco 160. Durante o processo de extração eletrolítica 160, os elementos de terras raras são revestidos a partir da solução aquosa utilizando um anodo de sacrifício.

[0043] Em outra modalidade, as terras raras 118 são extraídas de minérios 100 e rejeitos de mineração portadores de terras raras. O processo de extração pode ser utilizado para a recuperação de elementos de terras raras 118 a partir de produtos industriais tais como ímãs ou fósforos. A etapa de lixiviação 102 inclui qualquer concentração de ácido. Os elementos de terras raras 118 são removidos da solução de lixiviação de ácido nítrico 104 por titulação com óxido de magnésio (MgO) 120 e a solução com pH ajustado é então seca por pulverização para recuperar o nitrato de magnésio (Mg(NO3)2) 124 para MgO 120 e óxido nítrico (NOx) 128. O óxido nítrico (NOx) 128 é então borbulhado através da água para recuperar o ácido.

[0044] Em uma modalidade, os elementos de terras raras 118 estão em uma solução sólida ou concentrado em vez de elementos de terras raras individuais. O tempo é reduzido de 10 horas, pelo processo Gerd Meyer, para 6 horas e a temperatura é reduzida de 230°C para 200°C. Nesta modalidade, a etapa de conversão de terras raras é realizada sob ar seco/nitrogênio 132 em vez de vácuo dinâmico, uma vez que a água provoca a oxidação do cloreto de terras raras em um oxicloreto. O método é usado para remover frações de impurezas do concentrado líquido de terras raras 112 gerado a partir da extração e do processo de revestimento. Nesta modalidade, o excesso de cloreto de amônio é condensado da fase gasosa para recuperação e reutilização. O gás de amônia é borbulhado através da água para recuperar e é reagido com HCl para regenerar cloreto de amônio e é reutilizado no processo de conversão de terras raras.

[0045] O perito na técnica compreenderá assim que os processos da presente invenção podem ser utilizados em combinação com vários processos para o tratamento de materiais portadores de metal. De fato, vários diferentes tratamentos podem ser realizados nos materiais portadores de metal nos processos da presente invenção, incluindo a recuperação de, pelo menos, um elemento de terras raras.

[0046] A descrição anterior da modalidade preferida da presente invenção foi apresentada com o objetivo de ilustração e descrição. Não se pretende que seja exaustivo ou que limite a invenção à forma precisa divulgada. Muitas modificações e variações são possíveis à luz dos ensinamentos acima. Pretende- se que o escopo da presente invenção não seja limitado por esta descrição detalhada, mas pelas reivindicações e os equivalentes às reivindicações anexadas no presente documento.

Claims

1. Método para extração e separação de elementos de terras raras, caracterizado pelo fato de que o método compreende as seguintes etapas: fornecer um minério contendo elemento de terras raras; moer o minério contendo elemento de terras raras para formar minério em pó; lixiviar o minério em pó com, pelo menos, um ácido mineral para formar uma solução de lixiviação compreendendo pelo menos um elemento de terras raras e um material sólido; separar o material sólido da solução de lixiviação para formar um concentrado aquoso de terras raras; precipitar o concentrado aquoso de terras raras para remover seletivamente o elemento de terras raras a partir da solução de lixiviação e para obter um precipitado do elemento de terras raras; aquecer o precipitado do elemento de terras raras em ar para formar um óxido do elemento de terras raras; misturar e aquecer o óxido do elemento de terras raras com um sal de amônio para formar sais de terras raras anidros; formar uma mistura dos sais de terras raras anidros em uma solução aquosa; e separar o elemento de terras raras da solução aquosa por um processo de extração eletrolítica utilizando um anodo de sacrifício.

2. Método para extração de elementos de terras raras a partir de minério contendo terras raras, caracterizado pelo fato de que o método compreende as seguintes etapas: moer o minério contendo terras raras para formar minério em pó; lixiviar o minério em pó com, pelo menos, um ácido mineral para formar uma solução de lixiviação compreendendo, pelo menos, um elemento de terras raras e um material sólido; separar o material sólido da solução de lixiviação; adicionar um composto de oxalato à solução de lixiviação para precipitar um concentrado de oxalato de terras raras; aquecer o concentrado de oxalato de terras raras em ar para formar um óxido do concentrado de terras raras; misturar o óxido do concentrado de terras raras com um sal de amônio e aquecer em ar para formar sais de terras raras anidros; formar uma mistura dos sais de terras raras anidros em uma solução aquosa; e separar os elementos de terras raras da solução aquosa por um processo de extração eletrolítica utilizando um anodo de sacrifício.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o ácido mineral está em uma concentração com um pH inferior a 1.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o ácido mineral é escolhido a partir do grupo de ácidos minerais compreendendo: HCl, HNO3 e H2SO4 e misturas dos mesmos.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o mineral ácido pode ser usado como uma mistura ou separadamente.

6. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o método compreende adicionalmente a etapa de remoção de, pelo menos, um íon metálico da solução de lixiviação.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a etapa de remoção de, pelo menos, um íon metálico da solução de lixiviação compreende adicionalmente a titulação com óxido de magnésio (MgO) a um pH de 1 a 4.

8. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de adição de ácido oxálico é substituída pela etapa de titulação com óxido de magnésio.

9. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de adição de ácido oxálico é substituída pela etapa de titulação com óxido de magnésio a um pH de 7 para gerar um hidróxido de terras raras.

10. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de adição de ácido oxálico é substituída pela etapa de titulação com carbonato a um pH de 7 para gerar um concentrado de carbonato.

11. Método para extração de elementos de terras raras a partir de material de minério contendo elementos de terras raras, caracterizado pelo fato de que o método compreende as seguintes etapas: lixiviar o material do minério com uma solução de ácido mineral, em que a solução de ácido mineral compreende um composto de oxalato; agitar a solução de ácido mineral para esgotar os elementos de terras raras do material do minério; separar o material com baixo teor de minério da solução de ácido mineral; titular com uma base para produzir um concentrado de oxalato de terras raras; remover, pelo menos, um íon metálico do concentrado de oxalato de terras raras; adicionar ácido oxálico para precipitar um concentrado de oxalato de terras raras; aquecer o concentrado de oxalato de terras raras em ar para formar um óxido do concentrado de terras raras; misturar o óxido dos elementos de terras raras com um sal de amônio e aquecer para formar sais de terras raras anidros; formar uma mistura de sais de terras raras anidros em uma solução aquosa; e separar os elementos de terras raras da solução aquosa por um processo de extração eletrolítica utilizando um anodo de sacrifício.

12. Método de acordo com a reivindicação 2 ou 11, caracterizado pelo fato de que o composto de oxalato compreende oxalato de amônio e/ou ácido oxálico.

13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a base é composta de óxido de magnésio.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 11, caracterizado pelo fato de que o sal de amônio é escolhido a partir do grupo compreendendo cloreto de amônio, brometo de amônio e iodeto de amônio.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 11 ou 14, caracterizado pelo fato de que a proporção óxido: sal de amônio varia de 1:0,5 a 1:10.

16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 11, caracterizado pelo fato de que a etapa de lixiviação é aquecida.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o aquecimento da etapa de lixiviação pode ser realizado no mesmo recipiente ou em recipientes separados.

18. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que o elemento de terras raras é selecionado a partir do grupo compreendendo lantânio (La), cério (Ce), praseodímio (Pr), neodímio (Nd), samário (Sm), európio (Eu), gadolínio (Gd), térbio (Tb), disprósio (Dy), hólmio (Ho), érbio (Er), túlio (Tm), itérbio (Yb), lutécio (Lu), escândio (Sc), ítrio (Y) e misturas dos mesmos.