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稀土提取及分离(稀土萃取分离工艺)

稀土提取及分离(稀土萃取分离工艺) 吸附稀土矿中抗坏血酸的强化还原浸出工艺

  提出将抗坏血酸应用到离子吸附型稀土矿的浸取过程,通过其与稀土的络合作用来强化离子相稀土的浸 取,降低浸取剂用量,减少氨氮污染;同时,利用抗坏血酸的还原性质浸取离子吸附型稀土矿中的胶态相稀土, 提高稀土资源利用率。以硫酸铵-抗坏血酸为复合浸取剂,对不同浸取条件下稀土及铁铝杂质的浸出行为进行研究。结果表明:在最佳浸取条件下,即硫酸铵浓度 0.15 mol/L、抗坏血酸浓度为 1.0 g/L、浸取剂 pH 为 2.5、浸取 剂体积为 200 mL、注液速度为 0.80 mL/min 时,稀土浸出率达 102.2%,铈配分为 5.37%,浸出液中铁和铝的浓度分别为 20.91 mg/L 和 23.74 mg/L。此外,复合浸取体系中离子相稀土的浸出率为 98.7%,较单独硫酸铵浸取体系 提高 2.7%,其在浸取尾矿中的含量仅为 2×10-5;而胶态相稀土的浸出率达 42.9%,其在尾矿中的含量为 8×10-5。 离子吸附型稀土矿抗坏血酸强化-还原浸取技术具有有效提高稀土资源利用率和减少环境氨氮污染的双重优势,对离子吸附型稀土矿高效绿色开发及其健康可持续发展具有重要推动作用。

离子吸附稀土矿是我国宝贵的战略矿产资源,稀土分布完整,放射性低,富含中重稀土元素。它的开发利用丰富了中重稀土资源,为中国乃至世界稀土工业的发展和稀土在高科技领域的应用做出了巨大贡献。一般来说,离子吸附稀土矿的总稀土品位为0.05%~0.3%。离子吸附稀土矿中稀土元素的赋存形态分为四种,即水溶性相、离子相、胶体相和矿物相。其中,离子型稀土是指吸附在高岭土、长石、云母等粘土矿物上的水合或水合稀土离子,占稀土总量的60%~95%。当离子型稀土遇到化学活性阳离子(如Na+、Mg+、Ca2+、NH4+等)时。),它们可以被交换和解吸。根据这一特点,中国科技人员先后研制出氯化钠、硫酸铵等浸出剂和桶浸、池浸、堆浸、原地浸出等浸出工艺。

目前工业生产中广泛采用铵盐原地浸出工艺回收稀土,即以硫酸铵为浸出剂,从离子吸附稀土矿中原地浸出稀土,然后用碳酸氢铵去除浸出液中的杂质,沉淀富集稀土,最后焙烧得到离子型稀土精矿。然而,随着我国离子吸附型稀土矿30多年的开发利用,特别是近年来原地浸出工艺的发展和广泛应用,硫酸铵浸出工艺带来的问题日益突出,主要体现在以下几个方面:1)据统计,开采1吨稀土精矿约需7-10吨(NH4)2SO4,产生大量含氨废水, 导致矿区水系氨氮严重超标,对生态安全构成极大威胁。 2)硫酸铵作为浸出剂只能浸出大部分可交换离子型稀土,而胶体稀土浸出效果较差。离子吸附稀土矿中胶体稀土的含量因开采条件不同而异,从2%到40%不等。按我国年产离子型稀土精矿6万吨计算,整个相中胶相的平均含量为8%,每年因胶相不浸出而损失的稀土在6000吨以上,造成稀土资源的严重浪费。

一方面,针对硫酸铵浸出造成的氨氮污染,我国科技人员开展了一系列强化浸出和新型无铵浸出剂的研究。在强化浸出方面,黄腐酸、田菁胶等添加剂和磁场等技术手段的提出和应用,可以有效降低硫酸铵浸出剂的用量,提高稀土浸出率。在无铵浸出剂的开发中,出现了硫酸镁、硫酸铝、柠檬酸盐等新型浸出剂。可以获得较好的稀土浸出率,并去除氨氮污染。但上述强化浸出措施和新型无铵浸出剂的使用会带来新的环境和成本问题,目前仅处于实验室阶段。此外,虽然上述研究可以减少或消除氨氮污染问题,但难以实现稀土元素在胶体相中的浸出。另一方面,我国稀土工作者对胶体稀土的浸出也做了一些研究。池汝安等对攀西稀土矿黑色风化矿泥进行了研究,发现黑色风化矿泥中胶体稀土占71%(质量分数),其中氢氧化物沉积相和铁锰结合相分别占59.1%(质量分数)和11.3%(质量分数)。当浸出温度为75℃,盐酸浓度为2mol/L,固液比为1:5,浸出时间为2 h时,稀土浸出率可达80%以上,但对浸出温度和盐酸酸度要求较高。黄伟等提出以硫酸亚铁为浸出剂,利用亚铁离子的还原作用,使胶体相中的高价稀土离子发生氧化还原反应,形成低价离子,然后进入浸出液,实现胶体稀土的提取。初步研究表明,硫酸亚铁对稀土的浸出率可达102.51%(以离子型稀土计),胶体稀土浸出率可达50%左右。但硫酸亚铁浸出得到的浸出液中铁含量大于8.0 g/L,会导致后续除杂富集过程中除杂剂和沉淀剂的消耗增加,稀土损失增加,离子型稀土精矿产品纯度降低。基于上述离子相强化浸出、胶体相还原浸出的研究思路,本文作者创新性地提出了一种离子吸附型稀土矿的强化-还原浸出新工艺。以硫酸铵-抗坏血酸为复合浸出剂,利用抗坏血酸的络合和还原性质,达到离子相稀土强化浸出和胶体相稀土还原浸出的目的。最终实现了离子吸附稀土矿中离子相和胶体相稀土的高效绿色提取,减少了硫酸铵用量,提高了稀土利用率。更重要的是,抗坏血酸溶于水,是动植物的必需物质,可生物降解,对环境影响很小。本文以硫酸铵-抗坏血酸为浸出剂,采用柱浸法研究了不同浸出条件下稀土和铁、铝杂质的浸出行为,为离子吸附型稀土矿抗坏血酸强化还原浸出工艺提供了数据支持。

 
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