稀土矿选择性浸出新工艺研究范文

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《稀土杂志》2016年第一期

摘要:

针对现行风化壳淋积型稀土矿浸出时杂质铝等一同浸出的问题，提出了抑杂选择性浸出稀土的新工艺。以广东河源稀土矿为原料，对原料粒度、抑杂剂种类及用量、浸剂硫酸铵浓度和浸出过程液固比、时间、温度对稀土浸出率的影响进行了研究。结果表明，100g矿样加入3g硫酸铵、1g2抑杂剂，液固比为2.0，室温下浸出10min时，浸液RE＞0.45g/L，Al＜1mg/L，RE/Al＞600，RE浸出率大于92%。

关键词:

风化壳淋积型稀土矿;抑杂;选择性浸出

稀土是一种重要的战略金属，广泛应用于化工、材料、玻璃陶瓷等行业［1～6］。风化壳淋积型稀土矿作为我国特有的稀土矿种，主要分布在江西、福建、湖南、广东等地［7～11］，综合利用价值大，其主要为离子型粘土矿，往往伴生着其他杂质元素，这些杂质在浸出过程中不同程度地随稀土一并进入浸出液，影响后续工艺和产品质量［12～16］。本研究提出了抑杂选择性浸出稀土的新工艺，对风化壳淋积型稀土矿浸出和除杂工序进行了系统的研究。

1实验部分

1．1实验原料实验所用的试剂均为分析纯。实验所用原料为广东河源稀土矿，主要化学成分分析结果列于表1。从表1可以看出，稀土总量∑REO为0.121%，离子相稀土RE3+0.10%，即82.65%的稀土呈离子相存在，属于离子型稀土矿。稀土品位低，组分复杂，常规选矿难将离子相稀土富集，实验采用电解质浸出。由于矿石含粘土较多，Si、Al含量高，浸出过程易进入溶液，为防止杂质Al等浸出进入溶液，实验加入抑杂剂选择性浸出稀土而不浸出杂质Al。

1．2实验装置实验装置主要包括GM/F97密封式化验制样粉碎机;电子恒速搅拌器;数显恒温水浴锅;真空抽滤设备;电热恒温干燥箱。

1．3实验过程将干燥后的稀土矿混匀磨细，加入硫酸铵和抑杂剂置于恒温水浴锅内加热搅拌浸出，浸出结束后料浆真空抽滤，滤渣烘干称量，测定滤渣中稀土总量和滤液中铝含量。稀土总量的分析采用EDTA容量法，铝的分析采用EDTA容量法。

1．4实验原理风化壳淋积型稀土矿中稀土主要以RE3+形态吸附在高岭土(石)表面，可通过配制一定NH4+浓度的溶剂浸出，通过阳离子交换，使吸附在高岭土表面的RE3+交换进入水相中［9］。通过加入抑杂剂控制浸出过程pH5～6，杂质铝水解沉淀析出，与稀土元素分离。

2结果与讨论

2．1原料粒度对稀土和杂质铝浸出的影响图1为原料粒度对稀土和杂质浸出率的影响。实验条件为100g稀土矿分别磨至不同粒度，各加入3g硫酸铵，按液固比2加水搅拌，氨水预调溶液pH约为6，室温下浸出10min，搅拌速度400r/min。由图1可知，稀土浸出率随原料粒度减小缓慢降低，杂质铝浸出率随原料粒度减小显著降低。当稀土矿粒度由0.300mm减至0.075mm时，稀土和铝的浸出率分别由91.23%和2.45%降至90.57%和0.32%，之后继续减小原料粒度，杂质铝浸出率基本不变，稀土浸出率显著减小。这是因为稀土矿成矿过程中各元素活化方向和程度不同，破碎磨细过程伴随着物理和化学性质变化，造成稀土与铝浸出率随粒度减少而降低。因此，原料粒度选0.075mm为宜。

2．2抑杂剂种类和用量对稀土和杂质铝浸出的影响图2为抑杂剂种类和用量对稀土和杂质铝浸出率的影响。实验条件为100g稀土矿磨细至0.075mm，加入3g硫酸铵，一定量的添加剂，按液固比2在室温下搅拌浸出10min，搅拌速度400r/min。图2a显示，稀土浸出率随磺基水杨酸和尿素加入量增加而显著降低，随有机抑杂剂1、2增加变化幅度小;图2b显示，杂质铝浸出率随抑杂剂的增加先显著减小后缓慢降低，降低幅度由大到小依次为抑杂剂2、抑杂剂1、尿素、磺基水杨酸;图2c显示，溶液中RE/Al随抑杂剂2增加显著增加，其他抑杂剂对稀土和铝分离效果远低于抑杂剂2。四种不同抑杂剂磺基水杨酸、尿素、抑杂剂1、抑杂剂2加入量由0到1.0%稀土矿量，稀土浸出率由91.92%分别降至79.76%、86.46%、89.97%、91.01%，杂质铝浸出率由0.19%分别降至0.01%、0.006%、0.002%、0.001%，溶液中RE/Al浓度比由3.42分别增至50.74、107.54、292.11、632.01。综上，选用抑杂剂2，且加入量为稀土矿量的1%时，稀土浸出率超过91%，溶液中铝降至0．8mg/L以下，除铝效果好，RE/Al浓度比达600以上，稀土与杂质铝分离效果好。

2．3硫酸铵加入量对稀土浸出的影响图3所示为100g稀土矿磨细至0.075mm，加入不同量的硫酸铵，1g抑杂剂2，按液固比2加水搅拌，室温下浸出10min得到的实验结果。从图3可以看出，稀土浸出率随着硫酸铵浓度增加先显著增加后趋于平缓，当硫酸铵加入量增至稀土矿量的2%时，RE浸出率为91%。之后，继续增大硫酸铵加入量，RE浸出率基本保持不变;溶液中RE/Al浓度比随硫酸铵加入量增加先显著增加后降低，当硫酸铵加入量增至稀土矿量的3%时，溶液中RE/Al浓度比最高达626.58，稀土与铝分离效果最好。之后，继续增大硫酸铵加入量，溶液中RE/Al浓度比减少。因此，硫酸铵加入量选稀土矿量的3%为宜。

2．4液固比对稀土浸出的影响图4所示为100g稀土矿磨细至0.075mm，加入3g硫酸铵，1g抑杂剂2，按不同液固比加水搅拌，室温下浸出10min得到的实验结果。图4显示，稀土浸出率随液固比增加先增加后减少，当液固比由1.5增至2.5时，稀土浸出率由90%增至92.47%，之后，继续增加液固比，稀土浸出率略有减小。提高液固比可减小矿浆粘度，有利于矿浆搅拌和固液分离，稀土浸出率增加，但液固比过大会使浸液浓度减小造成稀土浸出率降低;溶液 中RE/Al浓度比随液固比增加先显著增加后增幅变小，当溶液液固比超过2．0时，溶液中RE/Al浓度比超过600。因此，浸出液固比选2.0为宜。

2．5浸出时间对RE浸出率的影响图5为100g稀土矿磨细至0.075mm，加入3g硫酸铵，1g抑杂剂2，按液固比2加水搅拌，室温下浸出10min得到的实验结果。从图5可以看出，离子型稀土矿中稀土较容易浸出，浸出10min后，稀土浸出率已达90.15%;浸出20min后，稀土浸出率为90.03%;在20min～30min内，稀土浸出率随浸出时间的延长急剧减小，浸出30min后，稀土浸出率降至86.35%;之后，继续延长浸出时间，稀土浸出率变化不大。这是因为稀土呈离子形态存在，能与溶液中NH+4快速交换浸出，但随着时间的延长，已被NH+4交换的RE3+又有一部分重新被粘土矿物吸附，造成稀土浸出率下降。浸液中RE/Al比值随浸出时间的延长变化不大，RE/Al浓度比均为600左右。因此，浸出时间选10min为宜。

2．6浸出温度对RE浸出率的影响图6为100g稀土矿磨细至0.075mm，加入3g硫酸铵，1g抑杂剂2，按液固比2加水搅拌，不同温度下浸出10min得到的实验结果。从图6可以看出，稀土浸出率随温度升高基本不变，稀土浸出率在90%左右;溶液中RE/Al浓度比随温度升高而增加。这是因为温度升高，离子扩散与交换速度加快，有利于除铝反应。但温度升高会造成成本增加，因此，室温下浸出为宜。2．7综合性实验根据最佳实验条件进行了综合性实验。实验过程如下:先将100g稀土矿磨细至0.075mm，加入3g硫酸铵，1g抑杂剂2，按液固比2加水搅拌，室温下浸出10min。实验得到的结果列于表2。从表2可以看出，在最佳工艺条件下，稀土浸出率可达92%以上，浸液中RE/Al浓度比大于600;稀土与杂质铝分离程度高，有效净化了溶液，为后续沉淀稀土提供了纯净溶液。综合性实验所得溶液主要成分列于表3，表3显示，综合性实验所得浸出液杂质含量低，抑杂剂2除杂效果好，稀土与杂质分离程度高。

3结论

1.广东河源风化壳淋积型稀土矿中82．65%的稀土以离子相形态存在，实验用硫酸铵浸出，稀土浸出率高。2.实验最佳工艺条件为稀土矿磨细至0.075mm，加入3%矿量硫酸铵，1%矿量抑杂剂2，按液固比2加水搅拌，室温下浸出10min，稀土浸出率大于92%。3.浸出过程加入抑杂剂2除杂效果好，抑杂剂加入量为1%稀土矿量时，溶液中杂质铝含量小于1mg/L，浸液RE/Al浓度比大于600，其他杂质含量均小于3mg/L，所得溶液较纯。

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作者：彭俊 沈裕军 刘强 蔡云卓 何鲁华 单位：长沙矿冶研究院有限责任公司