Grundlegende Eigenschaften und industrielle Kette von Cäsium rubidium
Cesium, Elementsymbol Cs, Atomzahl 55, Dichte 1.88g/cm ³， Der Schmelzpunkt ist 28.4 ℃, und der Siedepunkt ist 678.4 ℃. Das Metall Cäsium ist hellgoldgelb, sehr weich und duktil.
Die chemischen Eigenschaften von Cäsium sind extrem aktiv. Die Verbindungen umfassen hauptsächlich Cäsiumcarbonat, Cäsiumformiat, Cäsiumbromid, Cäsiumchlorid, Cäsiumfluorid, Cäsiumjodid, Cäsiumhydroxid, Cäsiumnitrat, Cäsiumoxid, Cäsiumsulfat, Cäsiumalum usw.
In Bezug auf nachgelagerte Anwendungen, als seltenes Mineral, sind Cäsiummetall und Cäsiumsalz in vielen Industrien unersetzlich. Derzeit werden sie hauptsächlich in Atomuhren, Energie, Chemie, Medizin und anderen Bereichen eingesetzt.

Rubidium, Elementsymbol Rb, Atomzahl 37, Dichte 1.53g/cm3, Schmelzpunkt 38.89 ℃, Siedepunkt 688 ℃. Rubidium Metall ist silberweißes Wachs, weich und leicht und duktil.
Die Rubidiumverbindungen, die in der Industrie verwendet werden, umfassen hauptsächlich Rubidiumoxid (Rb2O, RbO2, Rb2O2, etc.), Rubidiumhydroxid, Rubidiumcarbonat, Rubidiumsulfat, Rubidiumnitrat usw.
Da Rubidium und Cäsium ähnliche physikalische Eigenschaften und Atomradien haben, sind ihre nachgelagerten Anwendungen ähnlich und können in vielen Anwendungen austauschbar verwendet werden.
Aber weil Cäsium positiver als Rubidium ist und Rubidium keine unabhängige Ablagerung hat, ist es normalerweise ein Nebenprodukt der Lithium- und Cäsiumproduktion und ist nicht einfacher als Cäsium zu erhalten, wodurch Cäsium breiter als Rubidium verwendet wird.
Die weltweiten Cäsiumressourcen sind knapp und hochkonzentriert
Cesium hat keine elementare Form in der Natur, es wird hauptsächlich in Form von Salz auf Land und Meer verteilt, und das globale Mineralreservat ist selten.
Cesium hat ein unabhängiges Mineral Cs2O Granat, und der Gehalt an Cs2O beträgt 5%~32% Es ist der Hauptrohstoff für die Cäsiumgewinnung.
Laut USGS-Daten werden die globalen Reserven an Cäsium-Mineralressourcen vom Typ Pegmatit in 2020 217100 Tonnen betragen, einschließlich 120000 Tonnen in Kanada, 60000 Tonnen in Simbabwe, 30000 Tonnen in Namibia und 7100 Tonnen in Australien.
Die weltweiten Cäsiummineralressourcen sind sehr knapp. Derzeit konzentrieren sich die Cäsiumgranat-Ressourcen, die in großem Umfang genutzt werden können, hauptsächlich auf drei Bergbaugebiete:
Tanco Bergbaugebiet in Kanada, Bikita Bergbaugebiet in Simbabwe und Sinclair Bergbaugebiet in Australien.
Da die Mine Tanco von 2010 bis 2013 kollabierte und dann vom Betrieb suspendiert wurde und das Absenkgebiet von 2017 bis 2018 repariert wurde, zählte USGS die verbleibenden Cäsiumressourcen im Minengebiet Tanco von 2016 bis 2019 nicht.
Im Juni 2019 erwarb China Mining Resources Group Co., Ltd. 100% der Special Fluid Business Unit der American CABOT Company und ihrer Tanco Mine. In 2020 fügte USGS die Daten der verbleibenden Cesiumressourcen vom Typ Pegmatit Cäsium in Kanada hinzu, und die neu erhöhten verbleibenden 120000 Tonnen Cäsiumoxid-Ressourcen in Kanada stammten alle aus Tanco-Minen.
Rubidiumressourcen haben keine unabhängigen Mineralien und sind hauptsächlich Nebenprodukte von Lithium und Cäsium
Mehr als 90% der Gesamtreserven an Rubidium-Ressourcen gibt es in Salzseen, aber sie befinden sich in der Regel in einer Spurenkonzentration (etwa 0-20mg/L), mit begrenztem Entwicklungs- und Nutzungswert.
Derzeit wird das meiste Rubidium aus Granitpegmatit gewonnen, und die Trägermineralien sind hauptsächlich Lepidolit, Lepidolit, Cäsiumgranat und K-Feldspat.
Obwohl Rubidium in der Erde häufiger vorkommt als Lithium und Cäsium, ist es schwierig zu extrahieren, weil es keine rubidiumreichen Mineralien gibt und es hauptsächlich als Nebenprodukt der Cäsium- und Lithiumverarbeitung hergestellt wird.
Die weltweiten Rubidium-Ressourcen konzentrieren sich hauptsächlich auf Namibia, Simbabwe und Kanada.
Nach USGS-Daten werden die globalen Rubidium-Ressourcenreserven in 2020 102000 Tonnen betragen, einschließlich 50000 Tonnen in Namibia, 30000 Tonnen in Simbabwe, 12000 Tonnen in Kanada und 10000Tonnen in anderen Ländern mit hoher Ressourcenkonzentration.
Der weltweite Verbrauch von Rubidium ist gering, und er ist in den letzten Jahren auf 10-12 Tonnen geblieben.
Die Vereinigten Staaten sind das erste Land der Welt, das Rubidium produziert und verwendet. In 2018 wird Rubidium in die Liste der 35-Schlüsselmineralien aufgenommen. Die Anwendung von Rubidium in den Vereinigten Staaten beträgt 80% für die Entwicklung von High-Tech, 20% für Spezialglas, Katalysator und andere Bereiche, und der jährliche Verbrauch beträgt 5-6 Tonnen.
Japan ist das Land mit der schnellsten Entwicklung der Rubidiumproduktion und -anwendung in der Welt in den letzten zwanzig Jahren. Im Juli 2009 veröffentlichte Japan die Rare Metals Guarantee Strategy, die Rubidium als strategisches Mineral betrachtet. Seine schnellste Entwicklung der Rubidiumanwendung liegt im Bereich der Katalysatoren, insbesondere organischer Synthese Katalysatoren. Derzeit beträgt der jährliche Rubidiumverbrauch 1-2 Tonnen.
China verfügt über keine unabhängig verwertbaren Cäsiumrubidium-Ressourcen
Die heimische Produktion von Rubidium- und Cäsiumressourcen konzentriert sich hauptsächlich auf die Entwicklung von festen Mineralien. Rubidium existiert hauptsächlich in Form von assoziierten Mineralien, hauptsächlich aus Lepidolit. Die Cäsiumressourcen sind hauptsächlich in Altai-Region Xinjiang und Yichun von Jiangxi verteilt.
Unter ihnen hat das früh entwickelte Keketuohai-Bergbaugebiet in Xinjiang Cäsiumgranatkonzentrat, das etwa 18,25% Cs2O enthält, und Lepidolit, das 0,9% Rb2O enthält, das ein wichtiges Rubidiumcesium produzierendes Gebiet in China ist.
Seit der Schließung der Kokthai No.3 Mine gibt es in China keine unabhängige Cäsiumgranatmine für den Bergbau. Derzeit werden Cäsiumrohstoffe, die in China benötigt werden, hauptsächlich aus dem Ausland importiert.
Das akkumulierte Hartgestein behielt Cäsiumressourcen, die in großen Bergbaugebieten in China entdeckt wurden, insgesamt 61800 Tonnen, aber die meisten von ihnen waren schwierig, mit Cäsiumressourcen im Zusammenhang mit Lithiummica umzugehen, die keinen Wert für die unabhängige Entwicklung und Nutzung hatten. Im Allgemeinen wurden nur Cäsiumrubidium und andere damit verbundene Mineralien aus Tailings nach der Lithiumextraktion aus Lithiummica extrahiert.
Unter den aktuellen technischen und wirtschaftlichen Bedingungen haben die damit verbundenen Rubidium- und Cäsiumressourcen in Salzseen nicht den Wert einer eigenständigen Entwicklung und Nutzung.
Derzeit stammen die Cäsiumressourcen, die für wirtschaftliche Entwicklung und Nutzung machbar und verfügbar sind, von Cäsiumgranat Typ Cäsium Mineralressourcen, die in Pegmatiten vorkommen.
Gegenwärtig betragen Chinas Rb2O-Reserven etwa 184000 Tonnen, und die Basisreserven etwa 311000 Tonnen.
Es wurde festgestellt, dass die Ressourcenmenge etwa 1,958 Millionen Tonnen beträgt, von denen der Hartgestein Typ Rb2O etwa 1,904 Millionen Tonnen beträgt, was 97% der nationalen Rb2O Ressourcenmenge ausmacht.
Entsprechend dem Vorkommenszustand von Rubidium in China kann Rubidiumerz in Glimmererzressourcen und Rubidiumerzressourcen vom Feldspat unterteilt werden.
Lepidolit und Eisenlepidolit sind in Jiangxi, Hunan und Henan weit verbreitet; Feldspat wird hauptsächlich in den Provinzen Xinjiang und Shanxi vertrieben; Cesium Granat wird hauptsächlich in den Provinzen Xinjiang, Sichuan, Yunnan, Jiangxi und Hunan vertrieben.
Umweltschutz und aufstrebende Wissenschaft und Technologie sind die treibende Kraft für den Cäsium- und Rubidiumverbrauch
Das größte Anwendungsgebiet von Cäsiumrubidium ist Öl- und Gasbohrung. Als Bohr-/Fertigstellungsflüssigkeit hat Cäsiumformiat die Vorteile der hohen Temperaturbeständigkeit, der hohen Effizienz und der Umweltfreundlichkeit im Prozess der Öl- und Gasbohrung unter hoher Temperatur und Druck. Aufgrund des hohen Preises konzentriert sich seine aktuelle Anwendung hauptsächlich in Europa, In Zukunft wird die Nachfrage nach Cäsiumformatiet in Chinas Öl- und Gasbohrfeld zu einem riesigen Wachstumspunkt für die Cäsiumrubidiumnachfrage werden.
Neben Öl- und Gasbohrungen ist der am weitesten verbreitete Einsatz Katalysator. Der Einsatz von Cäsiumsulfat als Katalysator bei der Herstellung von Schwefelsäure kann die SO2-Emissionen erheblich reduzieren und damit die Kosten für die anschließende Endgasbehandlung senken. Mit der Zunahme der Schwefelsäureproduktion in China und den immer strengeren Anforderungen an den Umweltschutz hat Cäsiumsulfat eine breite Marktperspektive in der Zukunft.
Darüber hinaus werden mit dem Einzug der 5G-Ära und der nationalen Betonung auf wissenschaftliche und technologische Entwicklung Hightech-Bereiche wie Atomuhren, magnetohydrodynamische Generatoren und Ionenstrahler auch zu den Wachstumspunkten der Cäsiumrubidium-Nachfrage werden.
Aufgrund der Knappheit von Cäsium Granat Ressourcen und hohen industriellen technischen Barrieren können nur Dongpeng New Material, Cabot und Yabao die Massenproduktion von Cäsium Rubidium Salzen weltweit realisieren.
Da es kein unabhängiges Erz gibt, ist der Durchschnittspreis von Rubidiumprodukten 5-6-mal so hoch wie von Cäsiumprodukten und ihre Hauptanwendungsgebiete sind ähnlich, ist die Wettbewerbsfähigkeit von Cäsiumprodukten viel höher als die von Rubidiumprodukten.
Aufgrund der hohen technischen Barrieren auf dem Rubidium-Cäsiumsalzmarkt und der hohen Konzentration von Lieferanten haben die Lieferanten eine starke Verhandlungsmacht, und die Preise der wichtigsten Cäsiumsalzprodukte werden in 2020 stabil und progressiv sein.
Drei große Cäsiumgranatminen der Welt
Tanco Mine, Kanada
Eigenkapitalstruktur:
Das Bergbaurecht von Tanco Mine gehört Tanco, einem kanadischen Tantalunternehmen (kurz Tanco), und China Mineral Resources hält 100% der Anteile von Tanco.
Einführung in die Mine:
Tanco Mine befindet sich 160 km nordöstlich von Winnipeg City, Manitoba, Kanada, am nordwestlichen Ufer des Lake Bernick. Es ist eine typische Lithium-Cäsium-Tantal (LCT) Typ Pegmatit Lagerstätte, reich an Lithium, Cäsium, Rubidium, Tantal, Beryllium, Gallium und anderen seltenen Metallelementen. Die Tanco-Mine ist die derzeit größte entdeckte Cäsiumgranatmine mit 80% der weltweiten Cäsiumgranatressourcenreserven, und der durchschnittliche Gehalt an Cäsiumoxid beträgt 23,3%.
Die Tanco-Mine verfügt über 117200 Tonnen ungenutzter Cäsiumerzressourcen, einschließlich 16200 Tonnen Cäsiumoxid; Die Ressourcenmenge an Cäsiumrückständerz beträgt etwa 3.5222 Millionen Tonnen, von denen der Gehalt an Cäsiumoxid etwa 26000 Tonnen beträgt, und die Gesamtmenge an Cäsiumoxid-Ressource der Tanco-Mine ist 42200 Tonnen.
Minengeschichte:
Von 2010 bis 2013 erlebte die Nr. 14-Säule im Bergbaugebiet Tanco zwei Dachstürze, und die Mine wurde aufgehängt.
Von August 2017 bis Juli 2018 schloss Cabot die Restaurierung des eingestürzten Gebiets unter der Aufsicht des Canadian Geological and Mining Review Board (GMRB) ab und setzte dann den Bergbau fort.
Im 2019 erwarb China Mining Resources die Cabot Special Fluid Business Unit und realisierte damit 100% Anteile an der Tanco Mine.
Bikita Mine in Simbabwe
Eigenkapitalstruktur:
African Minerals hält 55,4% Aktien und Mavhaire hält 16% Aktien
Einführung in die Mine:
Bikita Mine in Simbabwe ist eine weltberühmte Lithium-Cäsium-Tantal (LCT) Multi-Seltene-Metall-Mine und auch eine der wichtigsten Minen für den Abbau von Cäsiumgranat in der Welt.
Seit der Entdeckung in 1911 hat es eine große Anzahl von Lithium, Cäsium, Tantal und anderen Mineralien produziert. Der erzhaltige Pegmatit ist etwa 3 Kilometer lang und 150-180 Meter breit. Insgesamt wurden 2,6 Millionen Tonnen lithiumdurchlässigen Feldspat (Li2O 4,13%) nachgewiesen, darunter 3,73% Rubidium in Lepidolit, 2 Millionen Tonnen Spodumen (Li2O 1,7%) und 100000 bis 150000 Tonnen Cs2O%). Der Pegmatit weist auch starke Zoneneigenschaften auf.
Nach Jahrzehnten der Entwicklung sind die Erzressourcen des Cäsiumgranattyps jedoch im Wesentlichen erschöpft.
Sinclair Mine, Australien
Aktienstruktur: Pioneer hält 100% der Aktien.
Die Mine Sinclair befindet sich 35km nördlich von Northman, Westaustralien. Sie wurde von Pioneer Resources Co., Ltd. in 2016 entdeckt. Es ist die erste Cäsium-Granat-Lagerstätte in Australien gefunden und ist eine der drei größten Cäsium-Granat-Lagerstätten, die in der Welt nach Tanco Mine und Bikita Mine großräumig abgebaut werden können.
Von 2016 bis 2019 wurde die erste Phase des Bergbaubetriebs der Mine Sinclair abgeschlossen.
In der ersten Phase der Bergbauexploration, wenn das Cäsiumgranaterz in der polymetallischen Lagerstätte nicht erreicht wurde, wurden 7110 Tonnen Erzressourcen, 16,4% Cäsiumoxidgehalt und 1166 Tonnen Cäsiumoxid gewonnen.
Derzeit läuft die zweite Phase des Abbaus und der Exploration in der Mine Sinclair.
Phase I:
Pioneer fand Cäsiumgranat in einer Prospektionstätigkeit von August bis Oktober 2016, begann im September 2018 mit dem Abbau und schloss die erste Phase der Bergbauexploration im Januar 2019 ab. Die Minenressourcen und Verkäufe in dieser Phase sind in der folgenden Tabelle dargestellt.
Der operative Barüberschuss in der ersten Phase betrug US $10,2 Mio., d.h. der durchschnittliche Gewinn von Cäsiumoxid betrug US $6576/ton, oder der durchschnittliche Erzgewinn (Cäsiumoxidgrad 8,3%) US $547/ton.
Das Abstreifungsverhältnis von Cäsiumgranaterz liegt in der ersten Stufe nahe 70:1. Nach Abschluss der ersten Phase des Abbaus erwies sich Sinclair Mine als Potenzial, die zweite Stufe des Abbaus durchzuführen.
Phase II:
In der ersten Phase der Exploration wurden Cäsiumgranat-Ressourcen mindestens 80 Meter vom Norden der Mine entfernt gefunden. Daher hat Pioneer die zweite Stufe der Explorationsziele formuliert, das heißt Erzressourcen mit einem Cäsiumoxidgehalt von 8%~14% von 1000~2000 Tonnen zu erhalten.
Cesiumrubidium-Anwendung: hauptsächlich Öl- und Gasbohrungen, die neue Nachfrage im wissenschaftlichen und technologischen Bereich eröffnen
Öl- und Gasbohrungen
Cesiumformiat ist das einzige Cäsiumsalz, das industriell hergestellt werden kann in der Welt, und auch das Produkt mit dem höchsten Anteil der Nachfrage im nachgelagerten Cäsiumsalz in der Welt. Es wird hauptsächlich als Öl-Vervollständigungsflüssigkeit verwendet, um Bohrer Auflösung in der tiefen Brunnenausbeutung zu verhindern.
In 1922 wurde Cäsiumformiat entwickelt und über 70 Jahre ungenutzt gelassen. Bis 1995 studierten die Europäer die Anwendung von Cäsiumformiat bei Offshore-Tiefbrunnenbohrungen und testeten es auf dem Nordsee-Ölfeld.
Im 1999 verwendete Shell Cäsiumformiatsole als perforierende Flüssigkeit im Shearwater Oilfield, und im 2001 wurde Cäsiumformiat als Bohrflüssigkeit im Huldra Gas Field verwendet, was den Weg für die Anwendung von Cäsiumformiat in Öl- und Gasbohrungen öffnete.
In den letzten zehn Jahren wurde Cäsiumformiatlösung erfolgreich in mehr als 100-Bohrungen als Bohrflüssigkeit, Fertigstellungsflüssigkeit, Workover-Flüssigkeit und Suspension verwendet.
Verglichen mit traditioneller fester Bohrflüssigkeit hat Cäsiumformiat offensichtliche Vorteile:
1) Der Feststoff, der Bohrflüssigkeit enthält, unterliegt der Bentonit-Zementierung unter dem Einfluss der hohen Temperatur, die leicht ist, dicken Filterkuchen zu bilden, während feste freie Bohr- und Vervollständigungsflüssigkeiten mit hoher Dichte wie Cäsiumformatiet nicht;
2) Die Leistung von Additiven kann bei hoher Temperatur aufrechterhalten werden;
3) Die Löslichkeit von Erdgas ist niedrig, so dass es leicht ist, Brunnenstoß zu finden, und Brunnenkontrollmaßnahmen können rechtzeitig umgesetzt werden;
4) Die äquivalente Dichte ist niedrig, der Widerstand des Flüssigkeitsstroms wird reduziert, die Schmierleistung ist gut, und die Fehlerrate des Klebens wird reduziert;
5) Es ist biologisch abbaubar und hat wenig Auswirkungen auf die Umwelt.
Cesiumformiatverbrauch für Öl- und Gasbohrungen: Ein tiefer Brunnen benötigt etwa 500 Tonnen Cäsiumformiat.
Der hohe Preis von Cäsium beschränkt die Anwendung von Cäsiumformiat Bohr- und Fertigstellungsflüssigkeiten. Um die wirtschaftlichen Vorteile von Cäsiumformiat Bohr- und Fertigstellungsflüssigkeiten zu maximieren, muss Cäsiumformiat recycelt werden.
Die Rückgewinnung von Cäsiumformatitbohrflüssigkeit kann in fünf Schritte unterteilt werden: Siebung, Zentrifugation, chemische Behandlung, Schwerkraftsedimentation und Lagerung. Die Wiedergewinnungs- und Wiederverwendungsrate der Cäsiumformiat-Bohrflüssigkeit und der Fertigstellungsflüssigkeit kann 80% erreichen, und die Leistung der wiederhergestellten Basisflüssigkeit ändert sich nicht.
Wegen der Kosten und des Prozesses wird Cäsiumformiat selten im inländischen Öl- und Gasbereich verwendet.
Auf dem Gebiet der Ultrahochtemperatur- und Hochdruckbohrung und -vervollständigung, wenn Chinas Explorationsfeld sich in Richtung tiefes Wasser und tiefe Schichten bewegt, kann die Ultrahochtemperatur- und Hochdruckumgebung der Normalzustand werden, dem tiefe Öl- und Gasexploration und -entwicklung in der Zukunft gegenübersteht. Es gibt keine Gesetze und Vorschriften, um solche geologischen Bedingungen wie Temperatur über 200 ℃, Druckkoeffizient über 2.30, schmales Sicherheitsfenster, etc. zu vermeiden.
Darüber hinaus wird mit der zunehmenden Aufmerksamkeit, die der Umwelt in China gewidmet wird, die Umsetzung der Umweltschutzpolitik allmählich gestärkt, und die Anwendung von Cäsiumformatiet im inländischen Öl- und Gasbereich wird allmählich erweitert.
Im Oktober 2021 veröffentlichte CNOOC Research Institute Co., Ltd. die technische Machbarkeitsbewertung und den Schlüsseltechnologieforschungsbericht über das Ultrahochtemperatur- und Hochdruckgasfeld im Yingqiong-Becken, Südchinesisches Meer, und schlug die Verwendung von Cäsiumformiat-Vervollständigungsflüssigkeit vor, was darauf hinweist, dass Chinas Öl- und Gasunternehmen auch schrittweise die Anwendung von Cäsiumformiat erweitern werden.
Katalysator
Die meisten Cäsiumsalze in China und Japan werden als Katalysatoren verwendet. Die Menge, die im Katalysatorbereich in Japan verwendet wird, hat 90%, erreicht, während der organische Synthese-Katalysator der wichtigste Wachstumspunkt in den letzten Jahren ist. Ein Teil der in China hergestellten Produkte wird auch nach Japan exportiert.
Im Cäsiumsalz wird Cäsiumsulfat als Cäsiumalum-Katalysator verwendet, und Cäsiumsulfat wird auch als Katalysator bei der Herstellung von Ethylenoxid verwendet; Cesiumnitrat wird als Kokatalysator in der petrochemischen Industrie und bei der Herstellung von Methacrylharz verwendet; Cesiumfluorid kann als Katalysator für fluorhaltiges Harz und Schweißfluss verwendet werden; Cesiumchlorid kann als pharmazeutischer Katalysator und Rohstoff für die Herstellung von Metallcesium verwendet werden.
Cesiumsulfat ist der vielversprechendste Cäsiumsalzkatalysator, der in der industriellen Schwefelsäureproduktion verwendet werden kann.
Gegenwärtig ist Vanadiumkatalysator in der inländischen Schwefelsäureindustrie weit verbreitet