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稀土矿选择性浸出新工艺研究

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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。

参考文献:

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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

稀土杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次