NO339341B1

NO339341B1 - Fremgangsmåte til utvinning av cesium og/eller rubidium.

Info

Publication number: NO339341B1
Application number: NO20056133A
Authority: NO
Inventors: Bart Bakke; David Madden
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2016-11-28
Also published as: EP1639144A2; DE602004027136D1; WO2004106564A2; NO20056133L; ATE467694T1; ES2341860T3; EP1639144B1; US7323150B2; WO2004106564A3; CA2526870A1; PL1639144T3; US20040253157A1; CA2526870C

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse vedrører malm eller lignende materialer, og vedrører mer bestemt fremgangsmåter for utvinning av minst ett metallisk element fra malm eller et annet materiale.

Prosesser for utvinning av cesium (Cs) fra pollusitt og andre cesiumholdige mineraler ble gjennomgått av J. J. Kennedy i Chemical Reviews, vol. 23 (1938), sider 157-163. Mer nylige tekniske utviklinger ble oppsummert av R. A. Heindl, Bureau of Mines Bulletin 650, "Mineral Facts and Problems" (1979 red.), sider 527-534). I én prosess som har gjennomgått betydelig utvikling for kommersiell bruk, blir oppmalt pollusittmalm utlutet med sterk svovelsyre for å fremskaffe en ekstrakt som inneholder cesiumalun, som gjenvinnes ved krystallisasjon for videre prosessering. Cesiumalunprosessen er blitt betraktet som en tradisjonell prosess for utvinning av cesium fra pollusitt. Andre utvinningsprosesser er imidlertid blitt foreslått, som beskrevet i de ovenstående anførsler. Det første trinn i de fleste slike prosesser er en syreutluting av pollusitten for å fremskaffe cesium som et løselig salt i en blanding med andre metallsalter. En slik syreekstraksjon skjer med letthet med et mangfold av sterke syrer, inkludert ikke bare svovelsyre, men også hydrogenbromidsyre og saltsyre.

Det beskrives også i dokumentet US 4597955 A en prosess for utvinning av cesium fra cesiummalm. I dokumentet US 3207571 A beskrives en prosess for fremstilling av cesiumsulfat fra cesiumalun.

Som allerede nevnt, når svovelsyre brukes ved digereringstrinnet, kan cesiumen utvinnes som cesiumalun, uttrykt som CsAl(S04)212H20 eller Cs2S04Al2(S04)324H20. Prosesser for ytterligere rensing av cesium med utgangspunkt fra en cesiumalun er beskrevet i US patent nr. 4 469 670 og 4 466 950. Når hydrogenbromidsyre brukes, kan aluminiumbromiden fjernes først med isopropylalkoholekstraksjon, og deretter blir de blandede alkalimetallbromider gjenvunnet og behandlet i en ekstraktor for å fremskaffe en løsning av cesiumtribromid, som ved inndamping gir cesiumbromid.

Der hvor saltsyre er ekstraksjonsmidlet, kan cesiumen utfelles ved tilsetting av antimonklorid for å danne en utf elt antimonklorid (CsSbCle), som kan separeres og spaltes i vann, for å danne cesiumklorid og en vannløselig forbindelse av antimon. Cesiumkloriden kan deretter bringes til å reagere med perklorsyre for å produsere krystaller av cesiumperklorat, som kan utvinnes og deretter spaltes for å fremskaffe cesiumklorid som sluttproduktet. (Se US patent nr. 2 808 313).

Selv om de ovenfor beskrevne prosesser er i stand til å produsere cesiumsulfat, cesiumbromid og cesiumklorid, er de ovennevnte prosesser ikke i stand til å produsere tilnærmet 100 % ekstraksjonsutbytte fra en malm med lavt innhold. I tillegg har disse prosesser vist seg å være vanskelige og kostbare for kommersiell anvendelse. Det er derfor blitt et anerkjent behov for en forbedret prosess for utvinning av cesium fra pollusitt i en svært ren form. Behovet for en slik prosessforbedring har i de senere år blitt understreket av de økende bruk av cesium og cesiumforbindelser, og av den planlagte utvidelse av disse bruk i forventede applikasjoner (se Heindl, anført ovenfor, sider 528-532).

Sammenfatning av den foreliggende oppfinnelse

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en fremgangsmåte til utvinning av cesium og/eller rubidium eller begge fra en malm, som angitt i krav 1.

Det er et trekk ved den foreliggende oppfinnelse å eliminere eller redusere behovet for bruken av syrer ved utvinning av et metallisk element fra malm eller annet materiale. Særlig er det et trekk ved den foreliggende oppfinnelse fortrinnsvis å utvinne ca. 100 % av minst ett metallisk element, inkludert utmerket ekstraksjon fra en malm med lavt innhold. Det er enda et annet trekk ved den foreliggende oppfinnelse å utvinne minst ett metallisk element fra malm eller annet materiale ved å la malmen eller det annet materiale reagere med minst ett salt.

Ytterligere trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil bli fremsatt delvis i den følgende beskrivelse, og vil delvis fremgå fra beskrivelsen eller kan læres ved praktisering av den foreliggende oppfinnelse. Hensiktene og andre fordeler ved den foreliggende oppfinnelse kan virkeliggjøres og frembringes ved hjelp av de elementer og kombinasjoner som særlig er påpekt i den skrevne beskrivelse av kravene.

For å oppnå disse og andre fordeler, og i samsvar med hensikten med den foreliggende oppfinnelse, slik den her er gitt konkret form og bredt beskrevet, vedrører den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for utvinning av minst ett metallisk element fra malm eller et annet materiale ved å la malmen eller det annet materiale reagere med minst ett salt. Saltet er i stand til å utvinne minst ett metallisk element fra malmen eller det annet materiale for å danne et reaksjonsprodukt som inkluderer minst ett metallisk element. Den foreliggende oppfinnelse vedrører også utvinning av minst ett metallisk element fra reaksjonsproduktet.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en fremgangsmåte for utvinning av

minst ett metallisk element fra malm eller annet materiale ved å la malmen eller det annet materiale reagere med minst ett salt, for å danne et reaksjonsprodukt som inkluderer minst ett metallisk element. Fremgangsmåten inkluderer også knusing av reaksjonsproduktet for å danne et knust materiale, hvor det knuste materialet inkluderer minst ett metallisk element, oppløsing av i det minste en del av det knuste materialet i et løsemiddel for å danne en løsning, og valgfri konsentrering av løsningen, og utvinning av minst ett metallisk element fra malmen eller det annet materiale. Et mangfold av salter som er i stand til å utvinne minst ett metallisk element fra malm eller annet materiale betraktes og offentliggjøres.

Det skal forstås at både den foregående generelle beskrivelse og den følgende detaljerte beskrivelse kun er eksemplifiserende og forklarende, og at meningen med disse er å tilveiebringe en videre forklaring av den foreliggende oppfinnelse slik den er angitt i kravene.

De ledsagende figurer som er inkorporert i og utgjør en del av denne søknad illustrerer forskjellige aspekter av den foreliggende oppfinnelse, og tjener sammen med beskrivelsen til å forklare prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 er et blokkdiagram over prosessflyten for en foretrukket utførelse for Cs-utvinning ved bruk av litiumsulfat via klinkerdannelse ved ca. 1100°C; Fig. 2 er et blokkdiagram over prosessflyten for en foretrukket utførelse ved bruk av en pollusitt/CaO/CaS04-blanding via klinkerdannelse ved ca. 1100°C til ca. 1150°C; Fig. 3 er et blokkdiagram over prosessflyten for en foretrukket utførelse ved bruk av pollusitt/CaO/CaSCvblanding, hvor det blandede pulverutgangsmaterialet males med kulemølle under vann; Fig. 4 er en graf over vektprosentandelen av cesiumekstraksjon fra pollusitten ved oppvarming av pollusitten og litiumsulfatet ved ca. 1300°C; Fig. 5 er en graf over vektprosentandelen av cesiumekstraksjon fra pollusitten ved oppvarming av pollusitten og litiumsulfaten ved ca. 1100°C; Fig. 6 er en XRD-trase for filterrest etter utluting av en -200 mesh pollusitt Ca-25 klinker som har blitt oppvarmet i 45 min. ved 1150°C; Fig. 7 er XRD-kurvene som fremkom for Ca-25 etter 30 minutter sammensmeltinger for å danne klinker ved 1000°C; Fig. 8 er XRD-kurvene som fremkom for Ca-25 etter 30 minutter sammensmeltinger for å danne klinker ved 1200°C; Fig. 9 er en graf over Cs- og Rb-konsentrasjoner i sulfatfasen sammenholdt med utgangsmaterialets sammensetning, etter 30 minutter varmebehandling ved 1300°C; og Fig. 10 er en graf over Cs- og Rb-konsentrasjonene i sulfatfasen sammenholdt med utgangsmaterialets sammensetning, etter 30 minutter varmebehandling ved 1100°C.

Den foreliggende oppfinnelse kan mer fullstendig forstås med henvisning til de ledsagende figurer. Figurene er tiltenkt å illustrere eksemplifiserende utførelser av den foreliggende oppfinnelse, uten å begrense oppfinnelsens omfang.

Detaljert beskrivelse av den foreliggende oppfinnelse

Den foreliggende oppfinnelse vedrører fremgangsmåter for utvinning av minst ett metallisk element, fra kilder så som malm eller annet materiale. Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse inkluderer å la malmen eller det annet materiale reagere med minst ett salt, hvilket er i stand til å ekstrahere/utvinne det metalliske element som er tilstede i malmen. Reaksjonen mellom malmen eller det annet materiale og saltet danner et reaksjonsprodukt som inkluderer det metalliske element. Det metalliske element i reaksjonsproduktet kan deretter utvinnes, f.eks. ved oppløsing av i det minste en del av reaksjonsproduktet i et løsemiddel for å danne en løsning og valgfritt konsentrering av løsningen.

I nærmere detalj kan det metalliske element være i enhver form, så som i form av et kation, salt, metallholdig forbindelse, eller metall, eller kombinasjoner av disse. Det metalliske element er fortrinnsvis minst ett metall fra gruppe I eller Ia i den periodiske tabell over elementene, også kjent som alkalimetallene. Det metalliske element kan mer foretrukket være litium, natrium, kalium, rubidium, cesium og francium eller kombinasjoner av disse. Det er mest foretrukket at det metalliske element er cesium, rubidium eller kombinasjoner av disse. I et foretrukket eksempel, og som beskrevet nedenfor, utvinnes det metalliske element som en del av et sulfat, så som Cs2S04 og/eller Rb2S04.

Utgangsmalmen som brukes i den foreliggende oppfinnelse kan være en hvilken som helst malm som inneholder det ønskede metalliske element. Malmen inkluderr fortrinnsvis et metallisk element fra gruppe I eller Ia i den periodiske tabell over elementene. Med andre ord, malmen inkluderer i det minste litium, natrium, kalium, rubidium, cesium og/eller francium. Det er foretrukket at malmen inkluderer cesium og/eller rubidium. Malmen inkluderer mer foretrukket cesium, så som pollusitt (en cesiumaluminiumsilikatmalm med den foretrakkede formel CsAlSi2C>6.1 de fleste tilfeller inkluderer malm med cesiumaluminiumsilikater også rubidium. Ett eksempel på en analyse av en malm som har både cesium og rubidium er (vekt%): Cs20, 15,6; Rb20, 0,8; Li20, 1,0; Na20, 1,3; K20, 1,2; A1203, 15,9; Si02, 56,2; andre komponenter, 8,0. Annen malm kan ha varierende prosentandeler for hver av disse oksider, og kan faktisk variere sterkt fra disse tall. Malmen kan være en malm med lavt innhold. En malm med lavt innhold inkluderer mindre enn 8-10 vekt% Cs20, så som ca. 5,82 vekt% Cs20.

Utgangsmalmen for oppfinnelsen slik den er angitt i kravene kan ha en hvilken som helst form eller størrelse. Det er foretrukket at malmen er i form av et pulver eller en flerhet av partikler. Eksempler på slike foretrakkede pulvere av utgangsmalm inkluderer de hvor minst ca. 80 % av pulverne er ca. -200 mesh, og mer foretrukket, har mesh-størrelser på ca. -200 mesh.

Utgangssaltet som brukes i oppfinnelsen slik den er angitt i kravene kan være et hvilket som helst salt som er i stand til å utvinne/ekstrahere det metalliske element fra malmen eller det annet materiale. Saltet er fortrinnsvis et sulfatsalt. Sulfatsaltet ifølge den foreliggende oppfinnelse er mer foretrukket et sulfatsalt fra gruppe I eller Ia og II eller Hb i den periodiske tabell over elementene, så som f.eks. Li-, Na-, K-, Rb-, Cs-, Mg-, Ca-, Sr-, Ba-sulfater, eller en hvilken som helst kombinasjon av disse. Spesifikke eksempler på de foretrukne sulfatsalter som er kommersielt tilgjengelige er litiumsulfatsalt og kalsiumsulfatsalt. I den foretrukne utførelse kan kilden for litiumsulfatsalt eller kalsiumsulfatsalt være en hvilken som helst kilde som inneholder litiumsulfatsalt eller kalsiumsulfatsalt. F.eks. kan én kilde for kalsiumsulfat være et hvilket som helst materiale som har kalsiumsulfat (CaSC^), inkludert stukkgips (CaSCvVy^O) eller gips (CaSCy2H20).

Utgangssaltet som brukes i den foreliggende oppfinnelse kan være i en hvilken som helst form eller størrelse. Saltet er fortrinnsvis i en form som er i stand til å kunne være i nær kontakt med malmen. Saltet kan være i form av pulver eller en flerhet av partikler, eller i løsningsform. Eksempler på slike foretrukne utgangssaltpulvere inkluderer de hvor minst ca. 80 % av pulverne er ca. -200 mesh, og mer foretrukket har mesh-størrelser på ca. -200 mesh.

Løsemidlet som brukes for formålene ved oppfinnelsen slik den er angitt i kravene kan være et hvilket som helst løsemiddel som er i stand til å oppløse det produkt som dannes fra reaksjonen mellom saltet og malmen. Løsemidlet kan ha en pH som varierer fra ca. 0 til ca. 14. Løsemidlet er fortrinnsvis vann. Løsemidlet er mer foretrukket overveiende, om ikke utelukkende, vann.

Den foreliggende oppfinnelse kan også valgfritt inkludere minst én base. Basen ifølge den foreliggende oppfinnelse er fortrinnsvis en innorganisk base. Basen ifølge den foreliggende oppfinnelse er mer foretrukket avledet fra gruppe II i den periodiske tabell over elementene, så som f.eks. Mg-, Ca-, Sr-, Ba-karbonater, hydroksider, oksider, eller hvilke som helst kombinasjoner av disse. Et eksempel på en slik base er dolomitt, Ca, Mg(C03). Andre eksempler på slike baser inkluderer, men er ikke begrenset til, kalsiumoksid (CaO) og kalsiumhydroksid (Ca(OH)2), som er kommersielt tilgjengelige.

En egnet kilde for kalsiumoksid kan brukes. F.eks. kan knust kalkstein (CaCOs), som termisk spaltet ved ca. 800°C for å danne CaO, brukes som et kildemateriale.

Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse kan også inkludere bruken av minst én oppløselig karbonatkilde, hvor det minst ene oppløselige karbonat kan være minst én gass som fremmer utfelling fra det løsemiddel som inneholder reaksjonsproduktet fra malmen og saltet. En gass som kan felles ut fra løsemidlet er fortrinnsvis C02-gass. En base kan valgfritt tilsettes for å opprettholde en passende pH for å sørge for at det skjer utfelling. F.eks., for å fremme utfelling av CaC03, kan en base fra gruppe I eller II hydroksider (eksemplvis Ba(OH)2) eller CsOH) tilsettes før, under eller etter, for å opprettholde den riktige pH, (eksempelvis over 9,5).

Hvis malmen ikke har tilstrekkelig størrelse til effektivt å være i nærkontakt med saltet, kan malmen reduseres til en effektiv størrelse. Ved klargjøring av malmmaterialet, som fortrinnsvis er pollusitt, kan det faste malmmaterialet knuses til en størrelse som er tilstrekkelig til å produsere mer overflateareal, slik at malmen og saltet kan være i nær kontakt med hverandre. Malmen knuses og/eller males fortrinnsvis til pulver. Malmen kan utsetts for en sikt, for å fremskaffe en ensartet partikkelfordeling, som fortrinnsvis er ca. -200 mesh i størrelse. Hvis det er nødvendig kan malmen utsettes for knuseren og/eller møllen to eller flere ganger, for å oppnå den ønskede ensartede partikkelfordeling. Malmen kan fortrinnsvis utsettes for oppmaling for å fremskaffe en tilstrekkelig partikkelstørrelse, hvilket er ca. -200 mesh. Særlig gir oppmaling av malmen under vann en betydelig reduksjon i den påkrevde oppvarmingstid. Malmen blir mer foretrukket malt med kulemølle under vann.

Saltet (fortrinnsvis sulfatsalt) er kommersielt tilgjengelig. Hvis saltet ikke har en størrelse som er tilstrekkelig til fortrinnsvis å være i nær kontakt med malmen, kan saltet imidlertid reduseres til en effektiv størrelse. Saltet kan alternativt være i løsning. Ved klargjøring av saltet, som fortrinnsvis er et sulfatsalt, kan saltet utsettes for en hydratiseringsprosess for å gjøre saltet sprøtt, for det formål å knuse saltet til pulver, for å produsere et større overflateareal. Det pulveriserte salt kan utsettes for en sikt, for å fremskaffe ensartet partikkelfordeling, hvilken fortrinnsvis er ca. -200 mesh i størrelse. Hvis det er nødvendig kan saltet utsettes forknuseren to eller flere ganger for å oppnå den ønskede ensartede partikkelfordeling. Saltet kan fortrinnsvis utsettes for maling (eksempelvis maling med kulemølle) for å frembringe tilstrekkelig partikkelstørrelse, hvilket er ca. -200 mesh. Særlig gir oppmaling av saltet under vann en betydelig reduksjon i den påkrevde oppvarmingstid. Saltet blir mer foretrukket oppmalt med kulemølle under vann.

I den foreliggende oppfinnelse, for å utvinne minst ett metallisk element (eksempelvis cesium eller rubidium) fra malm eller et annet materiale, så som pollusitt, blir malmen fortrinnsvis blandet med et salt, fortrinnsvis sulfatsalt, så som litiumsulfatsalt eller kalsiumsulfatsalt. Pollusitt slik den her vises til inneholder typisk ca. 15 vekt% Cs20, men det forstås at pollusitt og andre kilder for cesium kan variere sterkt, og at andre forhold som gjennomgående er beskrevet også kan variere, og at prosentandelen av forhold kun er for eksemplifiserende formål. Malmen og saltet kan blandes sammen i en hvilken som helst virksom mengde. Igjen, saltet kan være i løsning. Malmen og saltet blandes fortrinnsvis slik at saltet er i nær kontakt med malmen. Malmen og saltet blir fortrinnsvis oppmalt med kulemølle under vann, for å danne en slurryblanding. Valgfritt, fordi det er praktisk ved håndtering, kan blandingen av utgangsmaterialene pelletteres, valgfritt ved bruk av et bindemiddel som brennes av under brenning. Utgangsmalmen (eksempelvis pollusitt) og saltet (eksempelvis sulfatsalt) kan være tilstede i et hvilket som helst forhold. Forholdet malm/salt er fortrinnsvis ca. 30 til ca. 85 vekt% malm (eksempelvis pollusitt) og ca. 15 til ca. 70 vekt% salt (eksempelvis sulfatsalt, fortrinnsvis CaS04 eller Li2S04). Hvis BaS04, kan vektprosenten som et eksempel være opptil ca. 89 %. Forholdet mellom malm og salt er mer foretrukket ca. 30 til ca. 70 vekt% malm (eksempelvis pollusitt) og ca. 70 til ca. 30 vekt% salt (eksempelvis sulfatsalt). Som en valgmulighet kan minst én base, så som CaO, Ca(OH)2, kalsiumkarbonat eller kombinasjoner av disse også tilsettes til blandingen av malmen og saltet. Malmen, saltet og basen (eksempelvis kalkstein) kan således males sammen med kulemølle under vann for å danne en slurryblanding. I denne foretrukne fremgangsmåte bør vektforholdet mellom sulfatsalt (eksempelvis kalsiumsulfatsalt) og base (eksempelvis kalsiumoksid) og malm (eksempelvis pollusitt) være tilstrekkelig til å frembringe maksimal cesiumutvinning. Forholdet malm-sulfatsalt-base er fortrinnsvis ca. 30 til ca. 80 vekt% malm (eksempelvis pollusitt), ca. 15 til ca. 70 vekt% sulfatsalt (eksempelvis kalsiumsulfat), og 0 til ca. 50 vekt% base (eksempelvis kalsiumoksid). Mer foretrukket er forholdet malm-sulfatsalt-base ca. 40 til ca. 45 vekt% malm, ca. 15 til ca. 20 vekt% sulfatsalt og ca. 40 til ca. 45 vekt% base. Forholdet malm-sulfatsalt-base er fortrinnsvis ca. 40 vekt% malm, ca. 20 vekt% sulfatsalt og ca. 40 vekt% base (40:20:40).

Blandingen av salt og malm, eller alternativt av saltet, malmen og baseblandingen, kan deretter varmes opp, fortrinnsvis i en passende ovn, til en temperatur som er tilstrekkelig til at en varmefremkalt reaksjon skjer med malmen (eksempelvis pollusitt) og saltet (eksempelvis sulfatsalt). Blandingen varmes fortrinnsvis opp slik at det skjer i det minste et delvis ionebytte mellom malmen og saltet. Blandingen varmes fortrinnsvis opp fra ca. 500°C til ca. 1650°C, og blandingen varmes fortrinnsvis opp ved topptemperaturen i ca. 1 minutt til ca. 120 minutter eller mer. Andre effektive temperaturer og tider kan brukes.

I ett eksempel, hvor malmen inkluderer både cesium og rubidium, involverer fremgangsmåten for ekstrahering av cesium og rubidium oppvarming av en intensiv blanding av pulverisert cesiumholdig aluminiumsilikatmalm enten med pulverisert litiumsulfat (Li2S04) eller litiumsulfatmonohydrat (Li2S04-H20) til en temperatur på 1100°C eller høyere. En smeltet sulfatfase dannes ved temperaturer over 856°C (smeltepunktet for Li2S04). Den smeltede sulfatfase gjennomgår deretter en ionebyttereaksjon med pollusittmalmen. Under reaksjonen migrerer cesium- og rubidiumioner inn i den smeltede sulfatfase, og litiumioner migrerer inni aluminiumsilikatfasen. Produktet er etter avkjøling en sammensmeltet masse som inneholder ublandbare sulfat- og aluminiumsilikatfaser, hvor sulfatfasen er anriket med cesium og rubidium, og inneholder også restlitium.

Avhengig av utgangsmaterialets sammensetning, eksempelvis sulfatsalt (eksempelvis litiumsulfatsalt eller kalsiumsulfatsalt) og brennetemperatur, skjer det en reaksjon for å danne f.eks. et produkt av klinkertypen, som har et sintret fast aluminiumsilikatmateriale som inneholder smeltet Cs-rikt sulfatmateriale i porene, eller et fullstendig smeltet materiale som har Cs-rike sulfat- og Ca-rike aluminiumsilikatvæsker som er ublandbare, slik at det dannes to smeltede faser. F.eks., hvis litiumsulfatsalt blandes med pollusitt og oppvarmes til en temperatur som er nær ca. 1300°C, blir blandingen fullstendig smeltet og inneholder ublandbare sulfat- og

aluminiumsilikatvæsker. På grunn av den høye temperatur, kan det brukes en passende reaktor, så som en roterovn, med en egnet foring av ildfast materiale som kan operere på

en kontinuerlig eller ikke-kontinuerlig basis. Som et eksempel kan ionebytte mellom cesium og litium eller cesium, rubidium og litium mellom de to smeltede faser skje relativt raskt som et resultat av omrøring av satsen på grunn av ovnens rotasjon.

Videre, hvis f.eks. den samme blanding av pollusitt og litiumsulfat varmes opp ved ca. 1100°C, kan prosesseringen av råstoffet være på en kontinuerlig basis ved bruk av en luftatmosfæretunnel eller ovn med bevegelig belte. F.eks. kan råstoffet være på en elektrisk ovn som får tilført effekt fra varmeelementer av silisiumkarbid. I dette eksempel kan det resulterende sammensmeltede produkt være et sintret fast materiale (en "klinker") som inneholder tidligere smeltet (Cs,Li)2S04 eller (Cs, Rb, Li)2S04 i porene. Den tid som er påkrevet for å fremskaffe maksimal Cs eller Cs- og Rb-utvinning kan avhenge av diffusjonshastigheten for Li og Cs og/eller Rb mellom de faste aluminiumsilikat- og de smeltede sulfatfaser. Tiden for å oppnå maksimal Cs eller Cs- og Rb-utvinning er fortrinnsvis fra ca. 30 til ca. 60 minutter.

De følgende generaliserte ligninger illustrerer én utførelse av migreringen av cesium eller cesium og rubidium til sulfatfasen ved utbytting av ioner med litiumen. CsAlSi206 + n Li2S04 -> (Cs,Li)2S04 + Li aluminiumsilikat biprodukt; og

(Cs,Rb) aluminiumsilikat + Li2S04-> (Cs,Rb,Li)2S04 + Li-anriket aluminiumsilikat biprodukt.

I det ovenstående eksempel kan Cs2S04 og/eller Li2S04 dannes individuelt.

Dette Li aluminiumsilikatet kan være en passende erstatning for kommersiell spodumen og/eller petalitt.

I et annet eksempel, hvis sulfatsaltet er kalsiumsulfatsalt istedenfor litiumsulfatsalt og malmen er pollusitt, kan blandingen av pollusitt og kalsiumsulfatsalt oppvarmes til en passende temperatur, eksempelvis ca. 1650°C. Den varmefremkalte reaksjon skjer fortrinnsvis ved en temperatur fra ca. 1200°C til ca. 1650°C. Temperaturen opprettholdes fortrinnsvis ved topptemperaturen over en tilstrekkelig tidsperiode til at det skjer en reaksjon, fortrinnsvis i ca. 30 minutter. Denne reaksjonen kan skje i en digel, eller en annen egnet reaktor.

Tilsetningen av den minst ene base til blandingen av malmen og saltet kan redusere den temperatur som er nødvendig for at reaksjonen skal skje ved en kommersielt akseptabel reaksjonshastighet. Lavere temperaturer og høyere CaO-innhold i utgangsmaterialene kan være fordelaktig av to årsaker. For det første, med CaO-sammensetninger som er større enn ca. 20 vekt%, er det liten tendens til at det dannes utslipp av svoveloksid i gassform på grunn av termisk spalting av CaS04. Uten en kalk, så som CaO, vil CaS04 spaltes til problematisk svoveloksid i gassform. For det annet, lave sammensmeltingstemperaturer og høye CaO-innhold er tilbøyelige til å danne produktet av klinkertype, hvilket kan ha viktige implikasjoner for enhver kommersiell prosess for Cs-ekstraksjon fra polusitt.

Blandingen inkluderer fortrinnsvis malm, som kan være polusitt; et salt, som kan være kalsiumsulfat; og minst én base, som kan være kalsiumoksid, kalsiumhydroksid, kalsiumkarbonat eller kombinasjoner av disse. I dette eksempel kan en blanding av kalsiumoksid, kalsiumsulfat og pollusitt varmes opp til en temperatur som er tilstrekkelig, og i en tilstrekkelig tid, til at det dannes en binær Cs,Ca eller Cs/Rb, Ca-sulfatfase som smelter ved relativt lave temperaturer. Tilstedeværelsen av en flytende fase kan da akselerere ytterligere reaksjon mellom den smeltede sulfatfase og de gjenværende faste materialer, hvilket danner en likevektsblanding som inneholder Cs2Ca2(S04)3eller (Cs, Rb)2Ca2(S04)3avhengig av sammensetningen av malmen og Ca-silikatene og/eller Ca-aluminiumsilikatene. En fordel med å bruke høyere sammensmeltingstemperaturer er å akselerere reaksjonen. CaO-CaS04-pollusittblandingen varmes fortrinnsvis opp ved en temperatur fra ca. 1000 til ca. 1350°C, og mer foretrukket fra ca. 1000 til ca. 1200°C. Ved temperaturer under ca. 1200°C, er SOx-utviklingen fra nedbryting av sulfat neglisjerbar eller null. Videre, ved temperaturer under ca. 1400°C, er reaksjonsproduktene sintrede faste materialer, istedenfor smelter, slik at korrosjon av ildfast materiale i hovedsak er eliminert.

CaO-CaS04-pollusittblandingen varmes fortrinnsvis opp ved en topptemperatur over en tilstrekkelig tid til at det skjer en reaksjon, fortrinnsvis i ca. 1 minutt til ca. 120 minutter eller mer. Blandingen kan varmes opp ved en topptemperatur fra ca. 1100°C til ca. 1350°C i ca. 1 minutt til ca. 120 minutter. Blandingen kan f.eks. varmes opp ved en topptemperatur fra ca. 1000°C til ca. 1150°C i ca. 20 til ca. 60 minutter.

En typisk reaksjon ved ekstrahering av cesium kan være:

2CsAlSi206+ 7CaO + 3CaS04-» Cs2Ca2(S04)3+ Ca2Al2Si07+ 3Ca2Si04

pollusitt kalk anhydritt binær sulfat gehlenitt larnitt

En typisk reaksjon ved ekstrahering av cesium og rubidium kan være: 2(Cs,Rb)AlSi206 + 7CaO + 3CaS04 -» (Cs,Rb)2Ca2(S04)3 + Ca2Al2Si07 + 3Ca2Si04

Produktet av reaksjonen i blandingen av malm og salt, eller reaksjonen i blandingen av malm, salt og base (reaksjonsprodukt, klinker eller smeltet) kan knuses. Reaksjonsproduktet knuses fortrinnsvis til en størrelse som er egnet til å utvinne den maksimale mengde av cesium eller cesium og rubidium. Et reaksjonsprodukt med mindre størrelse resulterer typisk i en høyere mengde av utvinning av cesium eller cesium og rubidium for en gitt reaksjonstid. Størrelsen av reaksjonsproduktet er fortrinnsvis mindre enn -200 mesh. Reaksjonsproduktet blir fortrinnsvis redusert i størrelse ved å bruke den samme metode som tidligere er beskrevet med hensyn på å redusere størrelsen av utgangsmalmen og salt. En del av reaksjonsproduktet (eksempelvis den oppløselige del) kan deretter løses i et løsemiddel. Den foretrukne metode til oppløsing av reaksjonsproduktet er med en utlutingsprosess. Løsemidlet er fortrinnsvis vann, og temperaturen i reaksjonsproduktet i løsemidlet økes til over omgivelsestemperaturen. Løsemidlet kan være vandig baserte væsker. Temperaturen økes mer foretrukket til nær koketemperaturen for løsemidlet.

I det ovenstående eksempel kan cesiumkalsiumsulfat (Cs2Ca2(S04)3) eller cesium, rubidiumkalsiumsulfat ((Cs,Rb)2Ca2(S04)3) reagere med vann for å danne en CS2SO4-eller (Cs, Rb)2S04-løsning, hvilket respektivt etterlater en tungt oppløselig CaS04-rest: Cs2Ca2(S04)3+ vann -> Cs2S04-løsning + CaS04>l- + Ca-aluminiumsilikat biprodukt (Cs,Rb)2Ca2(S04)3+ vann -» (Cs,Rb)2S04-løsning + CaS04i + Ca-aluminiumsilikat biprodukt.

Dette biproduktet kan ha forskjellige nyttige anvendelser, så som innen sementindustrien. I de ovenstående reaksjoner kan det dannes individuelle metallsalter eller forbindelser av disse.

Dersom en base, så som kalsiumoksid, kalsiumhydroksid, kalsiumkarbonat eller kombinasjoner av disse skulle bli tilsatt til blandingen av malm og sulfatsaltet, kan basen heve pH for løsningen, hvilket kan bidra til utfelling. Basen kan hjelpe til med å redusere smeltetemperaturen for blandingen. Koking og inndamping av løsningen kan forårsake ytterligere utfelling av kalsiumsulfatet, hvilket ytterligere konsentrerer løsningen. En forbindelse eller et annet additiv kan valgfritt tilsettes til løsningen for å forårsake ytterligere utfelling av metallkarbonat (dvs. litiumkarbonat hvis det brukes litiumsulfatsalt eller kalsiumkarbonat hvis det brukes kalsiumsulfatsalt) og eventuelt gjenværende Ca som CaCC>3. Den valgfrie løsning som kan tilsettes for å forårsake ytterligere utfelling av metallkarbonat er typisk minst én oppløselig karbonatkilde. Det er foretrukket at minst én oppløselig karbonatkilde er i gassform. Mer foretrukket bringes denne gassen i kontakt med løsningen ved at den bobler gjennom løsningen ved bruk av konvensjonelle teknikker. Gassen er mer foretrukket en CCVgass, som bobles gjennom løsningen. Det er foretrukket at CCVgassen bobles gjennom løsningen mens løsningen har en temperatur over omgivelsestemperaturen. Denne prosessen kan senke pH'en i løsningen og kan forårsake utfelling av metallkarbonat (Li2C03hvis det brukes litiumsulfatsalt, eller CaC03hvis det brukes kalsiumsulfatsalt), som har en relativt lav løselighet i vann. Minst én base kan valgfritt tilsettes for å opprettholde en passende pH for å sørge for at det skjer utfelling. F.eks., for å fremme utfelling av CaC03, kan en base fra gruppe I eller II hydroksider (eksempelvis Cs(OH), Ba(OH)2) tilsettes før, under eller etterpå for å opprettholde den riktige pH, (eksempelvis over 9,5).

Løselighetene av Li2C03, Cs2C03, Rb2C03og CaC03i vann ved 100°C er henholdsvis 7,2 g/l, >2600 g/l, >4500 g/l, og 0,018 g/l. Praktisk talt alle kalsiumionene og mesteparten av litiumkarbonatet kan således fjernes ved å boble karbondioksid gjennom løsningen, fulgt av filtrering for å fjerne de utf elte litium- og kalsiumkarbonater. Valgfritt kan minst én base tilsettes for å opprettholde en passende pH til å sørge for at det skjer utfelling. F.eks., for å fremme utfelling av CaC03, kan en base fra gruppe I eller II hydroksider (eksempelvis Cs(OH), Ba(OH)2) tilsettes, før, under eller etterpå for å opprettholde den riktige pH, (eksempelvis over 9,5). Bobling av gass, så som karbondioksid, kan avbrytes når kalsium- og litiumkarbonatene er utfelt, hvilket kan falle sammen når pH-nivået faller til ca. 9,5, for fortrinnsvis å unngå dannelse av oppløselig litiumbikarbonat (LiHC03) hvis det brukes litiumsulfatsalt, og oppløselig kalsiumbikarbonat (Ca(HC03)2) hvis det brukes kalsiumsulfat. Så snart konsentrasjonen av løsningen har nådd den ønskede konsentrasjon på grunn av bruken av én eller flere av de ovenfor beskrevne metoder, kan en hvilken som helst konvensjonell separasjonsprosess brukes til å fjerne gråbergmaterialet/presipitatet. Avhengig av utgangs-saltmaterialet, kan gråbergmaterialet/presipitatet variere. F.eks., hvis litiumsulfatsalt brukes som utgangssaltet, så er presipitatet Li2C03; imidlertid, hvis utgangssaltet er et salt så som kalsiumsulfatsalt, så er presipitatet CaC03. En metode til å fjerne disse gråbergmaterialene/presipitatene er med en separasjonsprosess, og mer foretrukket med en prosess med faststoff/væske-separasjon (solid/liquid separation, SLS), så som filtrering.

Fig. 1 illustrerer en eksemplifiserende prosess for utvinning av et metallisk element, så som cesium og rubidium, fra malm eller et annet materiale, så som pollusitt, ved bruk av litiumsulfatsalt. I henhold til dette eksemplet, som vist på fig. 1, ved trinn 10, blir den finmalte pollusitt og litiumsulfat (Li2S04) intensivt blandet i et passende vektforhold som en sats av materialer. Fordi det er praktisk ved håndtering, kan blandingen av pollusitten og L12SO4pelleteres med eller uten bruk av et bindemiddel som brennes av under brenning. Ved trinn 20 pelleteres den blandede sats. I en foretrukket utførelse, ved trinn 30, blir råstoffet, som inkluderer polusitten og litiumsulfatet, varmet opp ved ca. 1100°C over en tilstrekkelig tidsperiode til at det skjer en reaksjon, fortrinnsvis i ca. 1 minutt til ca. 120 minutter, og mer foretrukket i ca. 45 minutter. Prosesseringen av råstoffet kan være på en kontinuerlig basis ved bruk av en luftatmosfæretunnel eller en ovn med bevegelig belte. Så snart reaksjonen har blitt fullført ved trinn 30, tillates reaksjonsproduktet fra trinn 30 å avkjøles.

Ved trinn 40 knuses det avkjølte reaksjonsprodukt fra trinn 30, fortrinnsvis til en størrelse som er tilstrekkelig til å gi optimal cesiumekstraksjon. Det knuste reaksjonsprodukt fra trinn 40 blir deretter utlutet i et løsemiddel, fortrinnsvis vann, og mer foretrukket i oppvarmet vann. Løsningen som er dannet i trinn 30 blir deretter filtrert i trinn 50, for å separere det litiumanrikede aluminsilikatprodukt fra det oppløselige sulfatfiltrat. Det anrikede biprodukt, ved trinn 55, kan prosesseres videre, som påkrevet, til en kommersiell gjennomførbar erstatning for spodumen og petalitt, som for det inneværende brukes i keramiske formuleringer og glassformuleringer. Valgfritt, ved trinn 50, kan Ba(OH)2eller hvilke som helst andre egnede sammensetninger, inkludert alkalihydroksider, som er i stand til å øke pH'en, tilsettes til løsningen for å øke pH'en for (Li, Cs)2S04. pH'en økes fortrinnsvis til over ca. 13. Ved trinn 60 i denne prosessen, bobles C02gjennom den valgfritt forhåndskonsentrerte og pH-justerte løsning, som forårsaker utfelling av Li2C03og av eventuell gjenværende Ca som CaC03, hvis kalsium tidligere ble tilsatt som en base i trinn 50. Ved trinn 60 brukes en filtreringsprosess til å fjerne det utfelte Li2C03, og CaC03hvis en kalsiumbase tidligere ble tilsatt i trinn 50.

Det utvunnede, overveiende Cs2S04, filtrat som ble ekstrahert ved trinn 90 blir deretter forberedt på ytterligere nedstrøms prosessering til det ønskede cesiumsalt-sluttprodukt med prosesseringsteknikker som er vanlig kjent innen teknikken. Ved trinn 70 kan det utfelte Li2C03resirkuleres ved å la det reagere med H2SC>4 for å danne Li2S04-løsning pluss CaS04-2H20, forutsatt at en kalsiumbase ble tilsatt i trinn 50. Den sistnevnte er relativt uoppløselig, og kan fjernes ved filtrering. Til slutt, ved trinn 80, kan den gjenværende løsning dampes inn, slik at det dannes et tørt Li2S04-H20-salt eller en konsentrert Li2S04-saltløsning til bruk ved videre klargjøring av råstoff.

Fig. 2 illustrerer en eksemplifiserende prosess for utvinning av et metallisk element, så som cesium og rubidium fra malm, så som pollusitt, eller et annet materiale ved bruk av kalsiumsulfatsalt og kalsiumoksidbase. I dette eksemplet, som vist på fig. 2, ved trinn 100, blir pollusitten, CaO og CaS04intensivt blandet i et passende vektforhold som en sats av materialet. Ved trinn 110 kan materialsatsen i trinn 100 pelleteres for enkelhet ved håndtering med eller uten bruk av et bindemiddel som vil bli brent av under brenning. Den pelleterte sats av blanding i trinn 110 blir deretter sendt til en ovn som råstoff. Ved trinn 120 varmes råstoffet opp ved en temperatur på ca. 1100°C til ca. 1150°C i en tilstrekkelig tid til at det skjer en reaksjon, idet reaksjonstiden fortrinnsvis er ca. 45 minutter. Prosesseringen av råstoffet kan være på en kontinuerlig basis ved bruk av en luft-atmosfærisk tunnel ovn eller ovn med bevegelig belte. Varmen i trinn 120 produserer et reaksjonsprodukt som deretter tillates å avkjøles.

I trinn 130 knuses det avkjølte reaksjonsprodukt fra trinn 120, fortrinnsvis til en størrelse som er egnet til å utvinne den maksimale mengde av Cs. Det knuste reaksjonsprodukt blir deretter utlutet i vann. Vannet har fortrinnsvis en temperatur på ca. 100°C ved atmosfærisk trykk. Ved trinn 140 filtreres løsningen fra trinn 130, hvor det primære filtrat kombineres med utvaskinger fra filterresten, for å frembringe maksimal Cs-utvinning. Den utvunnede rest (vist i trinn 145) har en sammensetning og en struktur som er ganske lik det for det inneværende kommersialiserte sementmel eller tilslagsmateriale som videre kan prosesseres til et kommersielt ønskelig kvalitetsprodukt. Før eller etter filtrering blir løsningen kokt og/eller dampet inn for å frembringe ytterligere utfelling av CaS04-2H20.1 trinn 150 kan løsningen filtreres, pH justeres oppover ved bruk av en passende base, og karbondioksid bobles gjennom løsningen i trinn 140, for å forårsake utfelling av eventuelle uløselige gjenværende stoffer, så som Ca , som CaC03. Til slutt, i trinn 160, brukes en filtreringsprosess for å fjerne den utfelte CaC03, hvilket etterlater en konsentrert Cs2S04sulfatløsning.

Det utvunnede, overveiende Cs2S04-filtrat som ekstraheres i trinn 160 klargjøres deretter for videre nedstrøms prosessering til det ønskede cesiumsalt-sluttprodukt ved hjelp av prosesseringsteknikker som er vanlig kjent innen teknikken.

Fig. 3 illustrerer en eksemplifiserende prosess for utvinning av et metallisk element, så som cesium eller rubidium, fra malm, så som pollusitt, eller et annet materiale ved bruk av kalsiumsulfat og kalsiumoksidbase. Ifølge dette eksempel blir enten 29,3 vekt% pollusittmalm, 52,2 vekt% kalkstein og 18,5 vekt% gips; eller 30,1 vekt% pollusittmalm, 53,8 vekt% kalkstein og 16,1 vekt% stukkgips blandet i trinn 112 på fig. 3. I trinn 114 blir én av de to blandinger oppmalt med kulemølle under vann, for å frembringe en slurry som inneholder enkeltheter av mikronstørrelse. I trinn 116 blir slurryen forstøvningstørket eller tørket i tørkeovn, og deretter oppvarmet til 1150°C ved bruk av en ovn, så som en tunnelovn, ovn med bevegelig belte eller roterovn. I trinn 118 blir det forstøvningstørkede materialet deretter holdt ved 1150°C i en kort tid, f.eks. så lite som 1-10 minutter, før avkjøling av materialet. Det resulterende varmebehandlede materialet blir deretter i trinn 122 knust til en fin partikkelstørrelse (eksempelvis for å passere en sikt på 150 mesh) for å lette utluting, og det utlutes deretter i vann. Vannet har fortrinnsvis en temperatur på ca. 100°C ved atmosfærisk trykk. Ved trinn 124 filtreres løsningen fra trinn 122, hvor det primære filtrat kombineres med utvaskinger av filterrestene for å oppnå maksimal Cs-utvinning. I trinn 125 kan den utvunnede resten som har en sammensetning og en struktur som er ganske lik for det inneværende kommersielte sementmel prosesseres videre til et kommersielt ønskelig kvalitetsprodukt. Før eller etter filtrering blir løsningen kokt og/eller inndampet for å frembringe ytterligere utfelling av CaS04-2H20. Ved trinn 126 kan løsningen filtreres, pH justeres oppover ved bruk av en egnet base, og karbondioksid bobles i trinn 124 gjennom løsningen for å forårsake utfelling av eventuelle uoppløselige stoffer som er tilbake, så som Ca som CaCC>3. Til slutt, i trinn 128, brukes en filtreringsprosess til å fjerne det utfelte CaCC>3, hvilket etterlater en konsentrert Cs2S04 sulfatløsning.

Det utvunnede, overveiende Cs2S04-filtrat som ble ekstrahert i trinn 128 på fig. 3 blir deretter klargjort for videre nedstrøms prosessering til det ønskede cesiumsalt-sluttprodukt med prosesseringsteknikker som er vanlig kjent innen teknikken.

Den foreliggende oppfinnelse vil bli ytterligere klargjort ved hjelp av de følgende eksempler, som det vises til som eksemplifiserende for den foreliggende oppfinnelse.

EKSEMPLER

EKSEMPEL 1

Laboratoriesmelteforsøk ble utført ved bruk av forskjellige forhold mellom pollusitt/litiumsulfat og smeltetemperaturer på enten 1100°C (som gir et klinkerlignende produkt) eller 1300°C (som gir en ublandelig tofase smelte). I hvert forsøk ble testprøven holdt ved topptemperaturen i 30 minutter før den ble fjernet fra den varme ovnen, og deretter avkjølt og knust til et fint pulver. De knuste sammensmeltede produkter ble brukt til utlutingstester i vann, og kjemiske analyser ble utført på de resulterende løsninger og filterrester. Analyseresultatene ble brukt til å bestemme:

(i) % Cs-utvinning fra pollusittmalmen; og

(ii) sammensetningene av filterrestene (dvs. Li-rikt aluminiumsilikat biprodukt).

Massebalanseberegninger, hvorved sammensetningene av utlutingsløsningene og filterrestene sammenlignes med utgangsmaterialets sammensetninger, ble brukt til å verifisere nøyaktigheten av de kjemiske analyser. Resultatene er oppsummert i fig. 4 og 5. Generelt minket % Cs-utvinning fra pollusitten ettersom konsentrasjonen av pollusitt i utgangsmaterialet økte. Cs-ekstraksjoner på ca. 80 % ble oppnådd med 40-45 vekt% pollusitt i utgangsmaterialet.

Det skal påpekes at pollusittmaterialet som ble brukt i disse forsøk var ca. 80 % minus 200 mesh (< 75 um) malt malm som inneholdt ca. 15 vekt% Cs. Basert på de resultater som fremkom med etterfølgende pollusitt/CaO/CaS04sammensmeltede blandinger, er det sannsynlig at både med 1300°C smeiten og 1100°C klinkerproduktet, ville større Cs-utbytte bli oppnådd hvis et finere (mindre partikkelstørrelse) pollusittråstoff og/eller lengre reaksjonstider hadde blitt brukt. Etterfølgende forsøk som brukte teknikker med en forfinet våtoppmaling og pelletering økte cesium- og rubidiumekstraksjonen ved 1100°C til 100 % ved bruk av et forhold på 62 vekt% Li2S04-H20 til 38 vekt% pollusitt.

EKSEMPEL 2

Laboratorieforsøk har blitt utført med bruk av smeltetemperaturer fra ca. 1000°C til ca. 1500°C, og med bruk av de følgende sammensetningsområder (vekt%): pollusitt, 30-80 %; CaS04, 15-70 %; og CaO, 0-40 %. I forsøkene har utgangsmaterialene initialt blitt presset til pellets ved bruk av et voksbindemiddel. Programmert oppvarming/avkjøling til testtemperaturen (1000°C-1350°C) ved 10°C/minutt har blitt brukt til å simulere bevegelsen av de pelleterte råmaterialer gjennom en tunnelovn eller ovn med bevegelig belte. Videre ble sammensetninger som hadde vist at de dannet et klinkerprodukt brent på en platinafolie.

De sammensmeltede prøver ble kunst til et fint (-200 mesh) pulver. De knuste sammensmeltede produkter ble brukt til utlutingstester i vann, og etter filtrering ble det utført kjemiske analyser av de resulterende løsninger for å bestemme % Cs-ekstraksjon. I enkelte tilfeller har analyser av filterrestene også blitt utført for å gjøre det mulig å utføre massebalanseberegninger. Røntgendiffraksjon (X-ray diffraction, XRD) analyser av de knuste sammensmeltede produkter og filterrestene har blitt brukt til å identifisere reaksjonsproduktene.

De eksperimentelle resultater viser at, ved bruk av pollusittmalm som var oppmalt til 100 % under 200 mesh og med oppholdstider på 45-60 minutter, kan % Cs-ekstraksjon økes til ca. 100 % ved smeltetemperaturer så lave som fra ca. 1100°C til ca. 1150°C, hovedsakelig uten utslipp av SC>2-avgass.

EKSEMPEL 3

Smelteeksperimenter og XRD-resultater indikerer at > 90 % Cs-utvinninger kan oppnås ved temperaturer fra ca. 1100°C til 1150°C ved bruk av finere (dvs. mindre partikkelstørrelse) malt pollusitt i utgangsmaterialet. I disse eksperimentene ble pollusittpulveret siktet for å fjerne +200 mesh pollusittfraksjonen. De korresponderende Cs-utvinninger, beregnet fra analysedata fra utlutingstester med kokende vann, er vist nedenfor:

Utlutingstester i kokende vann ble utført med denne prøven. Resten (biproduktet) etter filtrering og vasking ble deretter tørket og analysert med XRD. Fig. 6 viser XRD-kurven for filterresten, og viser topper for gehlenitt, larnitt og en liten uidentifisert fase, men med alle topper for Cs2Ca2(S04)3og pollusitt fraværende. XRD-resultatene angir således svært høye Cs-utvinninger fra utlutingen av denne prøven, hvilket ble bekreftet av analyser, som vist i den ovenstående tabell.

Basert på de resultater som fremkom med blandingen av Ca-25, er reaksjonen for å danne Cs2Ca2(S04)3åpenbart foretrukket termodynamisk. Den eneste fordel ved å bruke høyere smeltetemperaturer er således å akselerere reaksjonen. Dette er vist på fig. 7 og 8, som viser de XRD-kurver som fremkom for Ca-25 etter 30 minutter sammensmeltinger for å danne klinker ved 1000°C henholdsvis 1200°C. Etter 30 minutter ved 1000°C har pollusitten kun delvis reagert, og danner Cs2Ca2(S04)3sammen med tallrike andre faser. Etter 30 minutter ved 1200°C har det imidlertid skjedd en fullstendig pollusittreaksjon, hvilket danner Cs2Ca2(S04)3, gehlenitt og larnitt.

Igjen, reaksjonens avhengighet av tid ved smeltetemperaturen er helt og holdent kinetisk (dvs. at lengre tider gjør at reaksjonen kan bevege seg mot fullførelse). Basert på tallrike forsøk med en blanding av Ca-25 og sammensetninger nær den, har den optimale tid og temperatur for Cs2Ca2(S04)3-produksjon blitt funnet å være fra ca. 45 til ca. 60 minutter ved en temperatur fra ca. 1100°C til ca. 1150°C.

EKSEMPEL 4

En blanding av 13,3 g av pollusittmalm, pluss 7,1 g av kommersiell stukkgips, pluss 23,8 g kalsiumkarbonat av reagensgrad (Anachemia) ble fremstilt. Denne blandingen er ekvivalent med 40 vekt% pollusittmalm, 40 vekt% CaO, 20 vekt% CaS04etter termisk spalting under etterfølgende oppvarming. Blandingen ble malt med kulemølle med 67 ml rent vann i 6 timer, ved bruk av aluminaoppmalingsmiddel, for å frembringe en fluidslurry. Merk at under oppmaling ble stukkgipsen videre hydratisert for å danne gips.

Etter oppmaling ble den resulterende slurry forstøvningstørket for å danne et grovt pulver som inneholdt agglomerater av intensivt blandede reaktanter med mikronstørrelse. Pulveret ble oppvarmet i en platinadigel, ved bruk av en programmerbar elektrisk ovn. Ovnen ble oppvarmet fra romtemperatur til 1150°C ved 10°C/minutt, og ble holdt ved 1150°C i 5 min., og deretter avkjølt til romtemperatur ved en hastighet på 10°C/minutt. Reaksjonsproduktet var et løst sintret pulver som kom fullstendig ut av digelen. Det sintrede pulver ble deretter knust for å passere enn 200 mesh sikt.

En del av reaksjonsproduktet ble brukt til røntgendiffraksjon (X-ray diffraction, XRD) analyse av pulveret for å identifisere komponentfasene, som var Cs2Ca2(S04)3, gehlenitt og larnitt. Ingen XRD-topper som korresponderte til pollusitt ble observert, hvilket indikerer at all pollusitt i den opprinnelige malm hadde reagert. Ingen Rb-faser ble detektert, fordi mengden av Rb som var tilstede i prøven var under detekteringsnivået for XRD. Det er imidlertid sannsynlig at Rb opptrådte som en faststoffløsningsurenhet i Cs2Ca2(S04)3-fasen.

Doble utlutingstester ble utført på det pulveriserte reaksjonsprodukt. I hvert tilfelle ble ca. 2,5 g produkt (nøyaktig veiet) kokt med 100 ml rent vann i 60 minutter, med kontinuerlig magnetisk røring, og deretter filtrert mens det fremdeles var varmt. Filterresten ble vasket tre ganger med 100 ml kokende vann. Filtratet pluss utvaksingene ble kombinert, avkjølt og analysert med hensyn på Cs og Rb ved atomabsorpsjon (atomic absorption, AA) spektrometri. Analysene ble brukt til å beregne vekt% av Cs og Rb som ble ekstrahert ved sammenligning av mengden av hvert element i det som var resultatet av utlutingen med den kjente mengde av tilgjengelig Cs og Rb i hver prøve. Analyseresultatet korresponderte til 102,2 + 0,6 % Cs-ekstraksjon og 109,5 + 0,2 % Rb-ekstraksjon. Den kjensgjerning at disse resultatene var større enn 100 % tilskrives sammensetning av analytiske feil, særlig med de relativt lave Rb-konsentrasjoner som var involvert. Likevel indikerer disse resultater fullstendig (dvs. 100 %) ekstraksjon av Cs og Rb.

Videre XRD-analyse av de utvaskede filterrester (dvs. etter utluting og filtrering) indikerte at de inneholdt gehlenitt, larnitt og CaSC>4; den sistnevnte fase dannes ved utluting av Cs2Ca2(S04)3. XRD-resultatene bekreftet således AA-analysekonklusjonen med fullstendig Cx-ekstraksjon. Eksperimentet indikerte også at forstøvningstørking er en effektiv metode til å tørke de oppmalte pulvere før varmebehandling.

EKSEMPEL 5

Den samme blanding av pollusittmalm, kalsiumkarbonat og stukkgips som i eksempel 4 ble malt opp med 67 ml vann i 6 timer, og deretter fikk det bunnfelle. Overskytende vann ble dekantert, og de gjenværende faststoffer ble deretter tørket i varmeovn ved 100°C. De tørkede faststoffer ble deretter på ny blandet for hånd og utsatt for den samme varmebehandling, XRD-analyse, utlutingstester med kokende vann og AA-analyser som i eksempel 4.

XRD-kurven for reaksjonsproduktet etter varmebehandling var praktisk talt identisk til den i eksempel 4, hvilket viser fullstendig pollusitt-malm-reaksjon og dannelse av Cs2Ca2(S04)3, gehlenitt og larnitt. AA-analysene korresponderte til Cs- og Rb-ekstraksjoner på 102,4 + 0,2 vekt% henholdsvis 110,0 + 0,7 vekt%, dvs. til fullstendig Cs-og Rd-ekstraksjon. De utvaskede filterrester ble ved hjelp av XRD-analyse vist å inneholde gehlenitt, larnitt og CaS04, hvilket bekrefter AA-analysekonklusjonen med fullstendig Cs-ekstraksjon. Dette eksperimentet viste også at enkel tørking i tørkeovn er en like effektiv metode til å tørke de oppmalte pulvere før varmebehandling.

EKSEMPEL 6

Den samme blanding av pollusittmalm, kalsiumkarbonat og stukkgips som i eksempel 4 ble malt med 67 ml vann i 6 timer, og deretter fikk den bunnfelle. Overskytende vann ble dekantert, og de gjenværende faststoffer ble tørket i tørkeovn ved 100°C. De tørkede faststoffer ble deretter blandet på ny for hånd og deretter presset til fire pellets på 10 g, med en diameter på 25,4 mm, ved bruk av et voksbindemiddel. Pelletsen ble plassert på platinafolie, lagt inn i ovnen og utsatt for den samme varmebehandling, XRD-analyse, utlutingstester med kokende vann og AA-analyse som i eksempel 4 og 5.

XRD-kurven for reaksjonsproduktet etter varmebehandling var praktisk talt identisk til de som var i eksempel 4 og 5, hvilket indikerer fullstendig pollusitt-malm-reaksjon og dannelse av Cs2Ca2(S04)3, gehlenitt og larnitt. AA-analysen korresponderte til Cs- og Rb-ekstraksjoner på 101,3 + 0,2 vekt% henholdsvis 108,1 + 0,2 vekt%, dvs. fullstendig ekstraksjon av Cs og Rb. De utvaskede filterrester inneholdt gehlenitt, larnitt og CaS04som de eneste faser, hvilket bekreftet at all Cs og Rb hadde blitt ekstrahert. Eksperimentet viste også at de oppmalte pulvere, etter tørking, kan pelleteres for å lette håndtering under etterfølgende prosessering.

EKSEMPEL 7

En blanding av 40,0 g pollusittmalm pluss 21,32 g kommersiell stukkgips pluss 71,38 g kalsiumkarbonat av reagensgrad (Anachemia) ble malt med kulemølle med 200 ml rent vann i 6 timer for å frembringe en slurry som inneholdt partikler av mikronstørrelse. Slurryen fikk deretter bunnfelle, overskytende vann ble dekantert, og de gjenværende faststoffer ble tørket i tørkeovn ved 100°C. Etter tilsetting av et voksbindemiddel til pulveret, ble tolv pellets på ca. 10 g presset ved bruk av en ståldyse med en diameter på 25,4 mm. To pellets, som hvilte på en platinafolie, ble brukt for hvert av de følgende eksperimenter.

Pelletsen ble oppvarmet ved 10°C/minutt til 1150°C, og ble holdt ved 1150 + 10°C i 1, 5, 10, 15, 30 eller 45 minutter. Pelletsen ble deretter avkjølt ved en hastighet på 10°C/minutt.

De varmebehandlede pellets ble deretter knust for å passere gjennom en 200 mesh sikt. Prøver fra hvert oppvarmingseksperiment ble brukt til XRD-faseanalyser og utlutingstester med kokende vann, som i eksempel 4-6. Resultatene av Cs-ekstraksjon fra AA-analyse er gitt i tabellen nedenfor.

Cesiumekstraksjonsresultater

Idet man tar analysefeil i betraktning, indikerte de ovenstående resultater at reaksjonen hovedaskelig var fullført etter kun 1 minutt oppvarming ved 1150°C, og at lengre oppholdstider er unødvendig for 100 % Cs-ekstraksjon. Resultatene ble bekreftet av XRD-analyse, hvilket frembrakte praktisk talt identiske kurver i hvert tilfelle. Reaksjonsproduktene var Cs2Ca2(S04)3, gehlenitt og larnitt, uten noe pollusitt som ble igjen i fasesammensetningen.

EKSEMPEL 8

En blanding av tørt pulver med 40,0 g pollusittmalm pluss 21,32 g kommersiell stukkgips pluss 71,38 g kalsiumkarbonat av reagensgrad (Anachemia) ble malt med kulemølle i 30 minutter, for å bryte ned agglomerater. Etter tilsetting av et voksbindemiddel til pulveret ble det presset tolv pellets på ca. 10 g, ved bruk av en ståldyse med en diameter på 25, 4 mm. To pellets, som hvilte på en platinafolie, ble brukt for hvert av de følgende oppvarmingseksperimenter: • Oppvarming ved 10°C/min. til 1100°C, 30 min. opphold ved 1100 + 10°C, avkjøling ved 10°C/min. • Oppvarming ved 10°C/min. til 1100°C, 45 min. opphold ved 1100 + 10°C, avkjøling ved 10°C/min. • Oppvarming ved 10°C/min. til 1100°C, 60 min. opphold ved 1100 + 10°C, avkjøling ved 10°C/min. • Oppvarming ved 10°C/min. til 1150°C, 30 min. opphold ved 1150+ 10°C, avkjøling ved 10°C/min. • Oppvarming ved 10°C/min. til 1150°C, 45 min. opphold ved 1150 + 10°C, avkjøling ved 10°C/min. • Oppvarming ved 10°C/min. til 1150°C, 60 min. opphold ved 1150+ 10°C, avkjøling ved 10°C/min.

Hver pellet ble veiet før og etter varmebehandling. Vekttapresultatene bekreftet at det ikke skjedde noen nedbryting av sulfat eller utvikling av SOx under noen av varmebehandlingene.

De varmebehandlede pellets ble deretter knust for å passere gjennom en 200 mesh sikt. Prøver fra hvert oppvarmingseksperiment ble brukt til XRD-faseanalyse og utlutingstester med kokende vann, som i eksempel 4-6. Cs-ekstraksjonsresultatene fra AA-analyse er gitt i tabellen nedenfor.

Resultater av cesiumekstraksion

XRD-resultatene for reaksjonsproduktene og filterrestene etter utluting bekreftet at pollusitten i hvert eksperiment i all vesentlighet hadde gjennomgått fullstendig reaksjon for å danne Cs2Ca2(S04)3, gehlenitt, larnitt og andre mindre faser. Det var fra AA-resultatene og XRD-analysene åpenbart at reaksjonsutbyttet økte med lengre oppholdstider ved topptemperaturen, og at reaksjonsutbyttet var høyere ved 1150°C enn ved 1100°C. Ifølge eksperimentet var det nødvendig med betydelig kortere tider for fullstendig pollusittreaksjon i tilfeller hvor utgangsmaterialene initialt ble malt med kulemølle under vann for å frembringe partikler av pollusittmalm med mikronstørrelse.

EKSEMPEL 9

En blanding av 40,0 g pollusittmalm pluss 32,2 g bariumsulfat av reagensgrad pluss 71,4 g kalsiumkarbonat av reagensgrad ble malt med kulemølle under rent vann i 4 timer, ved bruk av aluminaoppmalingsmiddel. Etter tørking, knusing og tilsetting av et voksbindemiddel, ble blandingen presset i en ståldyse med en diameter på 25,4 mm, til en serie pellets på ca. 15 g. Pelletsen ble plasert på platinafolie, lagt inn i en programmerbar ovn og varmebehandlet. Ovnen ble varmet fra romtemperatur til 1150°C ved 10°C/minutt, og temperaturen ble holdt ved 1150°C + 10°C i 30 minutter, ovnen ble deretter avkjølt med 10°C/minutt til romtemperatur.

De varmebehandlede pellets ble deretter individuelt knust for å passere gjennom en 200 mesh sikt. Prøver av de knuste pellets ble brukt til XRD-faseanalyse og utlutingstester med kokende vann, som i eksemplene 4-8. XRD-analysen indikerte en kompleks sammensetning av reaksjonsprodukter, hvor den eneste cesiumfase var cesiumsulfat, Cs2S04. De andre faser som var tilstede inkluderte baritt (BaS04), larnitt, gehlenitt og bariumkalsiumsilikat (Baij3Ca^ Si04). Pollusitt var påfallende fraværende i fasesammensetningen, hvilket indikerte at den hadde reagert fullstendig. Resultatene fra utlutingstesten ga korresponderende Cs-ekstraksjonsverdier på 97,0 +1,4 %, hvilket bekreftet at all pollusitt hadde reagert for å danne den vannløselige Cs2S04-fase.

EKSEMPEL 10

Åtte intensive blandinger av pollusittmalm med pulverisert litiumsulfatmonohydrat (Li2S04-H20) ble fremstilt, ved bruk av de forhold som er opplistet i tabellen nedenfor. Hver blanding ble oppvarmet i en elektrisk form i 30 minutter ved 1300°C, ved bruk av keramiske digler, og deretter avkjølt raskt i luft. For å sørge for reproduserbarhet av resultatene, ble enkelte eksperimenter utført i duplikat, eller ble gjentatt med bruk av lengre oppholdstider ved 1300°C (se tabell nedenfor).

I hvert tilfelle smeltet blandingen for å danne to væskefaser, nemlig en tett sulfatfase og en mer flytende aluminiumsilikatfase. Etter avkjøling ble de to faser med letthet separert for hånd. Prøver av hver fase ble kjemisk analysert med hensyn på alkaliioner (Cs, Rb, Li, Na og K) med atomabsorpsjonsspektroskopi, med hensyn på silisium og aluminium med induktivt koplet plasmaemisjonsspektroskopi, og med hensyn på sulfat med ionekromatografi. Fra hvert sett av analyser ble prosentandelen av totalt cesium eller rubidium som hadde blitt skilt ut til den vannløselige sulfatfase under smelting beregnet, som vist i tabellen nedenfor. I alle tilfeller viste resultatene at Cs og Rb hadde blitt brakt i likevekt mellom sulfat- og aluminiumsilikatfåsene etter 30 minutter ved 1300°C, dvs. at de relative Cs- og Rb-konsentrasjoner ikke viste noen signifikante forandringer med lengre oppvarmingstider.

Forhold mellom utgangsmaterialer og midlere Cs og Rb vekt% ekstraksioner til sulfatfase i smelteeksnerimenter ved 1300°C

De midlere Cs- og Rb-konsentrasjoner i sulfatfasen etter smelting ved 1300°C er vist plottet mot sammensetningene av utgangsmaterialet på fig. 9. Resultatene bekrefter at vekt%-andelen av Cs og Rb som er skilt ut til sulfatfasen er tilnærmet omvendt proporsjonal med vekt%-andelen av pollusittmalm i utgangsblandingen. Således, ved f.eks. å bruke en utgangsblanding som inneholder 40 vekt% pollusittmalm, migrerer > 85 vekt% av Cs og > 90 vekt% av Rb inn i den smeltede sulfatfase.

EKSEMPEL 11

Ni intensive blandinger av pollusittmalm med pulverisert litiumsulfatmonohydrat (Li2S04-H20) ble fremstilt ved bruk av de forhold som er opplistet i tabellen nedenfor. Hver blanding ble stampet inn i en keramisk digel, oppvarmet i en elektrisk ovn ved 1100°C i 30 minutter, og deretter raskt avkjølt i luft. Oppvarmingseksperimentene ble enten utført i duplikat, eller ble gjentatt med bruk av lengre oppholdstider ved 1100°C (se

tabellen nedenfor).

I varmebehandlede blandinger var sintrede masser som inneholdt separate korn av aluminiumsilikat- og sulfatfåsene. Reaksjonsproduktene ble knust for å passere gjennom en 200 mesh sikt, og deretter utlutet i rent vann ved 90°C med røring for å oppløse sulfatfasen. Det utlutede produkt ble filtrert og filterresten vasket gjentatte ganger for å utvinne alle de oppløste sulfater. Kjemisk analyse ble deretter utført på sulfatløsningene, og også på de uoppløselige aluminiumsilikatrester, ved bruk av de samme metoder som i eksempel 10. Analysene ble brukt til å beregne prosentandelen av totalt cesium eller rubidium som hadde blitt skilt ut til den vannløselige sulfatfase under varmebehandling ved 1100°C (se tabellen nedenfor). Analyseresultatene viste også at 30 minutter var tilstrekkelig tid til å gjøre det mulig for Cs- og Rb-konsentrasjonene i sulfat- og aluminiumsilikatfasene å nå likevekt, og det var ingen signifikante

konsentrasjonsforandringer ved bruk av lengre oppvarmingstider.

Forhold mellom utgangsmaterialer og midlere Cs og Rb vekt% ekstraksioner til sulfatfase i smelteeksperimenter ved 1100°C

De midlere Cs- og Rb-konsentrasjoner i sulfatfasen er vist plottet mot sammensetninger av utgangsmaterialet på fig. 10. Som i eksempel 10 bekreftet resultatene at vekt%-andelen av Cs og Rb som ble skilt ut til sulfatfasen var tilnærmet omvendt proporsjonal med vekt%-andelen av pollusittmalm i utgangsblandingen. Således, ved f.eks. å bruke en utgangsblanding som inneholdt 40 vekt% pollusittmalm, migrerer > 80 vekt% av total Cs og > 90 vekt% av total Rb inn i sulfatfasen under varmebehandling.

EKSEMPEL 12

En blanding av 40 g pollusittmalm som tidligere hadde blitt malt til ca. 80 % -200 mesh pulver, med analyserte Cs- og Rb-innhold på 15,25 + 0,5 % henholdsvis 0,60 + 0,03 vekt%, pluss 21,32 g kommersiell stukkgips pluss 71,38 g kalsiumkarbonat av laboratoriegrad (Anachemia) ble fremstilt, hvilket er ekvivalent til 40 vekt% pollusittmalm, 40 vekt% CaO, 20 vekt% CaS04. Satsen av materialet ble malt i våt form i 6 timer i 200 ml destillert vann, ved bruk av et aluminaoppmalingsmiddel med halv diameter. Under denne tiden ville stukkgipsen ha rehydratisert for å danne gips, CaS04-2H20, som deretter ville bli oppmalt sammen med de andre utgangsmaterialer. Den resulterende bit ble deretter enten forstøvningstørket eller tørket i tørkeovn. Prøver (ca. 40 g) av forstøvningstørket eller tørkeovnstørket materiale ble løst stampet i platinadigler og oppvarmet til 1100°C ved 10°C/minutt, og ble deretter holdt ved 1150 + 5°C i 5 minutter. Produktet ble deretter avkjølt med 10°C/minutt. Ytterligere tørkeovnstørket materiale (ca. 40 g) ble også pelletert uten tilsetting av bindemiddel, og deretter brent ved bruk av den samme temperaturprofil.

Alle tre materialer ble malt til pulver på -200 mesh i en wolframkarbid-skivemølle. Prøver av de knuste materialer ble deretter brukt til dupliserte utlutingstester med kokende vann. I hver test ble prøver på ca. 2,5 g kokt i 100 ml vann i 30 minutter med kontinuerlig omrøring, fulgt av filtrering, utvasking av filterresten med ytterligere kokende vann, og oppfylling til et volum på 500 ml. Resultatene av utlutingen ble deretter analysert med hensyn på Cs og Rb ved bruk av AA-spektroskopi.

Den opprinnelige malmsammensetning inkluderte 15,25 + 0,5 Cs; 0,45 + 0,1 Li; 0,60 + 0,03 Rb; 1,12 + 0,09 Na; 0,85 + 0,02 K; 26,83 + 1,43 Si; og 7,97 + 0,19 Al i vekt%. Resultatene av analyse oe dupliserte utlutingstestprøver var som følger:

De beregnede utvinninger for Cs og Rb oversteg i alle tilfeller 100 %. De relativt høye resultater tilskrives sammensetning av analytiske feil i kvantitative analyser av resultatet av utlutingen og Cs/Rb-malmanalysene. Likevel, analysene bekrefter at fullstendig Cs- og Rb-ekstraksjon ble oppnådd i alle tilfeller.

Som konklusjon, satsvis brenning av våtoppmalt Ca25 materialer ved 1150°C i 5 minutter tilveiebrakte fullstendig pollusittreaksjon for å danne vannløselige sulfatforbindelser av Cs og Rb. Utlutingstester med kokende vann gjorde det mulig å utvinne 100 % av Cs og Rb fra det som ble utlutet. Nøkkelen til vellykket rask reaksjon var den initiale våtmalte tilstand. Resultatene var således praktisk talt identiske for forstøvningstørket, løst konsolidert eller pelletert materiale etter initial våtmaling.

EKSEMPEL 13

Prøver som bruker forskjellige vektforhold for sammensetningen ble fremstilt ved bruk av finoppmalt CaS04-2H20 og -200 mesh pollusitt. De respektive blandinger ble deretter brent i 30 minutter ved 1500°C i en platinadigel. De sammensmeltede produkter ble brukket ut av digelen og malt til ca. 300 mesh ved bruk av en SPEX-mølle.

Utlutingstester med vann ble deretter utført på de pulveriserte reaksjonsprodukter. I hvert tilfelle ble pulveret tilsatt til rent vann, oppvarmet til 80°C og kraftig agitert i 1,5 timer. De resulterende suspensjoner ble deretter filtrert med filterresten gjentatte ganger vasket med rent vann ved romtemperatur. De respektive filtrater og vaskevann ble deretter kombinert og analysert med hensyn på Cs-innhold med atomabsorpsjonsspektrometri. Sammensetningene og resultatene er presentert nedenfor i tabell 1. Idet man tar analysefeil i betraktning, indikerer resultatene fra 75 vekr% CaSCv2H20: 25 vekt% pollusittblanding en hovedsakelig fullstendig (dvs. 100 %) Cs-ekstraksjon.

De høye ekstraksjonsverdier for Ca5/30/1500 sammensetningsserien ble også uavhengig bekreftet av XRD-analysen av både de sammensmeltede produkter og utvaskede filterrester, og også av det svært lave Cs-innhold i de utvaskede rester.

Sammensetningene og prøvekodene som ble brukt er vist i tabellen nedenfor:

Tre satser av hver prøvesammensetning er angitt i tabellen. Dette ble gjort for å verifisere reproduserbarhet.

Sammensetninger og prøvekoder

EKSEMPEL 14

Formålet med dette forsøk var å demonstrere anvendbarheten av sammensmeltingsteknikken for ekstraksjonen av cesium fra malm med lavt cesiuminnhold. Forsøket ble utført for å bekrefte at sammensmeltmgsteknikken virkelig tilveiebringer en utmerket metode til å gi god cesiumekstraksjon fra malmer med lavt innhold.

Utgangsmaterialene var som mottatt pollusitt med lavt innhold (low-assay pollucite, LAP) som ble analysert til å ha 5,82 vekr% CS2O, kommersiell stukkgips "Plaster of Paris", nominelt CaSO^ViH^O, og Anachemia av laboratoriekvalitet CaC03. Satsen på 100 g Ca-25 var formulert som følger:

De blandede pulvere ble malt vått med kulemølle, tørket og granulert ved børsting gjennom en 50-mesh (300-um) sikt. Det granulerte pulver ble blandet med 60 ml 5 % parafinvoksløsning i CHCI3, og ytterligere CHCI3 ble tilsatt for å danne en slurry. Etter tørking over natten ved 35°C i en luftkonveksjonsovn for å fjerne alle spor av CHC13, ble det voksede pulver på ny granulert gjennom en 30-mesh (600-u.m) sikt.

Fire pellets med en diameter på 25,4 mm ble presset i et herdet ståldysesett, ved bruk av ca. 15 g pulver for hver pellet og en last på 22,24 kN. To pellets, som hvilte på en platinafilm, ble brukt i hvert av de følgende brenneforsøk: • Oppvarming ved 10°C/minutt til 1150°C, 45 minutter opphold ved 1150 + 10°C, avkjøling ved 10°C/minutt. Kode Ca25SM-LAP/45/l 150. • Oppvarming ved 10°C/minutt til 1150°C, 60 minutter opphold ved 1150 + 10°C, avkjøling ved 10°C/minutt. Kode Ca25SM-LAP/60/l 150.

Alle sammensmeltingsprodukter ble oppmalt til -200 mesh pulver og brukt i XRD faseanalyse, og for utlutingstester med kokende vann. Utlutingstestrestene ble også analysert med XRD, og ble kjemisk analysert med hensyn på gjenværende Cs for å gjøre det mulig å utføre massebalanseberegninger.

Dupliserte utlutingstester i kokende vann ble utført på knuste (-200 mesh) prøver av sammensmeltet Ca25SM-LAP/45/l 150 og Ca25SM-LAP/60/l 150, ved bruk av den samme metode som tidligere. Resultatene er oppsummert i tabellen nedenfor.

Resultater av Ca25SM- LAP- analyser ( AA) av resultatet av utlutingen

Utvinninger ved hjelp av analyse av resultatet av utlutingen varierte fra 87-89 %. XRD-analyser av både reaksjonsproduktet og den utlutede rest bekreftet dette resultatet. XRD av reaksjonsproduktene indikerte at Cs2Ca2(SC>4)3var den eneste cesiumfase. XRD av de utlutede rester viste at det ikke var noe cesium tilstede, inkludert ingen gjenværende pollusitt. Til slutt, cesiuminnholdet som var igjen i den utlutede rest var ekstremt lavt, med analyseresultater fra 0,05 % til 0,07 %. Dette foreslo også tilnærmet fullstendig ekstraksjon av cesium.

Det er således åpenbart at reaksjonen foretrekkes termodynamisk, og er generelt intensiv overfor innholdet av cesiummalm. I teorien kan reaksjonen derfor drives til fullførelse ved å ta hensyn til kinetiske faktorer, så som partikkelstørrelse av reaktantene og reaksjonstid ved temperaturen.

Andre utførelser av den foreliggende oppfinnelse vil være åpenbare for de som har fagkunnskap innen teknikken fra en betraktning av fremstillingen og praktisering av oppfinnelsen som her er beskrevet. Det er meningen at fremstillingen og eksempler kun skal betraktes som eksemplifiserende, idet oppfinnelsens sanne omfang og idé er angitt i de følgende krav og deres ekvivalenter.

Claims

1. Fremgangsmåte til utvinning av cesium og/eller rubidium eller begge fra en malm, omfattende: - å la malmen reagere med minst ett sulfatsalt som er i stand til å utvinne minst en del av nevnte cesium og/eller rubidium fra malmen for å danne et reaksjonsprodukt som inkluderer cesium og/eller rubidium; - å oppløse minst en del av reaksjonsproduktet i et løsningsmiddel for å danne en løsning, og valgfritt konsentrere løsningen; og - å utvinne nevnte cesium og/eller rubidium fra reaksjonsproduktet; karakterisert vedat reaksjonsproduktet dannes ved minst en varmeindusert reaksjon, som finner sted ved en temperatur på fra ca. 500 °C til ca. 1650 °C slik at minst en delvis metallionebytting oppstår mellom malmen og det minst ene sulfatsalt.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat løsningen omfatter (Li,Cs)2S04, Cs2Ca2(S04)3, (Li,Cs,Rb)2S04, (Cs,Rb)2Ca2(S04)3, Rb2Ca2(S04)3, Cs2S04eller Rb2S04.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert vedat den videre omfatter tilsetting av minst én base til malmen og det minst ene salt.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert vedat basen er Ca(OH)2, CaO, kalsiumkarbonat, eller kombinasjoner av disse.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert vedat den videre omfatter utførelse av en faststoff/væske-separasjonsprosess på løsningen for å fjerne gråbergmateriale.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1 karakterisert vedat den omfatter: - å la malmen reagere med minst ett sulfatsalt som er i stand til å utvinne minst en del av nevnte cesium og/eller rubidium fra malmen for å danne et reaksjonsprodukt som inkluderer cesium og/eller rubidium; - å knuse reaksjonsproduktet for å danne et knust materiale, hvor det knuste materialet omfatter nevnte cesium og/eller rubidium; - å oppløse minst en del av det knuste materialet i et løsemiddel for å danne en løsning og valgfri konsentrering av løsningen, og - å gjenvinne nevnte cesium og/eller rubidium fra løsningen.

7. Fremgangsmåte ifølge ett av krav 2 eller 6, karakterisert vedat malmen er cesiumholdig, hvor det minst ene saltet er CaSCv eller L12SO4, og hvor løsemidlet er vann.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 6, karakterisert vedat den videre omfatter tilsetting av Ca(OH)2, CaO, kalsiumkarbonat, eller kombinasjoner av disse til løsningen eller blandingen av malmen og det minst ene sulfatsalt.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 6, karakterisert vedat den videre omfatter å bringe minst én løselig karbonatkilde i kontakt med løsningen, og valgfritt minst én base.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 6, karakterisert vedat den videre omfatter tilsetting av CaO til løsningen eller blandingen av malmen og det minst ene sulfatsalt, hvor malmen er cesiumholdig, hvor det minst ene salt er CaS04, og hvor løsemidlet er vann.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 6, karakterisert vedat den videre omfatter tilsetting av Li, Na, K, Rb, Cs, karbonater, hydroksider, oksider eller hvilke som helst kombinasjoner av disse og/eller Mg, Ca, Sr, Ba,, karbonater, hydroksider, oksider eller hvilke som helst kombinasjoner av disse til løsningen eller blandingen av malmen og det minst ene sulfatsalt.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert vedat den videre omfatter tilsetting av vann til (Cs,Rb)2Ca2(S04)3 for å danne (Cs,Rb)2S04-løsning, CaS04, og et biprodukt, hvor biproduktet omfatter Ca-aluminiumsilikat.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert vedat den videre omfatter tilsetting av vann til (Cs, Rb, Li)2SO4for å danne (Cs, Rb)2SCvløsning, LiSC>4, og et biprodukt, hvor biproduktet omfatter et sementmel eller et tilslagsmateriale Li-anriket aluminiumsilikat.

14. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-13, karakterisert vedat malmen omfatter CsAlSi206.

15. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-13, karakterisert vedat det minst ene salt er et sulfat fra gruppe II.

16. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-15, karakterisert vedat den videre omfatter utvinning av nevnte cesium og/eller rubidium som en løselig sulfatforbindelse.

17. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-16, karakterisert vedat malmen omfatter en silikatbasert malm, eller en aluminiumsilikatbasert malm.