风化壳淋积型稀土矿浸出渗流和传质过程研究现状及展望

风化壳淋积型稀土矿富含中重稀土,主要分布在中国的南方七省,目前主要用硫酸铵作为浸取剂的化学浸出法回收稀土。浸取剂在矿体中的渗流、传质过程直接影响着稀土浸出效率,强化其渗流、传质过程可以提高稀土浸出的有效渗流速度,加快稀土离子交换速率,降低浸取剂用量,缩短生产周期,实现稀土绿色高效回收。本文分析了风化壳淋积型稀土矿渗流、传质过程的研究现状,总结了风化壳淋积型稀土矿渗流、传质过程的强化方法。结果表明,继续探索浸取液在风化壳淋积型稀土矿矿体中的有效渗流扩散规律和找寻促进稀土传质的高效传质规律,并以此为指导筛选浸取剂和助浸剂、改进注液方式、增加外力场将是强化风化壳淋积型稀土矿渗流、传质过程的主要研究方向。     

非离子型表面活性剂对风化壳淋积型稀土矿浸出过程的影响

为了缓解风化壳淋积型稀土矿浸取过程存在的浸取周期长、浸出剂用量大和稀土拖尾等问题,以非离子型表面活性剂为助浸剂,氯化镁为浸出剂,对稀土浸出过程进行研究,研究复配浸出剂溶液性质,分析浸矿前后矿物粒径分布,探讨表面活性剂的促渗机理。研究结果显示,加入表面活性剂后,稀土浸出率提高,渗透速度加快,溶液的表面张力和接触角均减小,黏度增大,矿物颗粒的中值粒径明显减小,矿物表面Zeta电位增大,其中加入吐温40后稀土浸出率提高至86.38%,表面张力减小19.00%,接触角减小53.19%,溶液黏度减小4.29%,溶液性质变化最大。加入表面活性剂后可使溶液更容易润湿矿物,进入孔隙的阻力变小,扩散层厚度减小,黏土矿物的膨胀受到抑制,使得溶液浸出稀土的效果更好,其中吐温40对溶液浸出稀土的渗流效果影响最大,助渗效果最好。     

田菁胶助浸低品位风化壳淋积型稀土矿研究

针对低品位风化壳淋积型稀土矿渗透性存在的问题,采用田菁胶作助浸剂,利用其促渗性能来提高风化壳淋积型稀土矿浸取效率,通过试验考查了田菁胶浓度、浸取剂浓度、浸取流速、浸取固液比对稀土浸取效果的影响.结果表明,田菁胶助浸使稀土的浸取率由87.05 %提高至94.17 %,同时还减少32.56 %浸取剂用量,有效地提高了风化壳淋积型稀土矿的浸取效率.      

柠檬酸盐配位浸出风化壳淋积型稀土矿回收稀土的研究

选用柠檬酸盐作为风化壳淋积型稀土矿的浸取剂,并将柠檬酸盐对稀土的浸出效果与硫酸盐和氯化盐等浸取剂进行了对比,考察了柠檬酸铵作为浸取剂时的最佳浸取工艺。实验结果表明,柠檬酸铵作为风化壳淋积型稀土矿浸取剂时,柠檬酸根离子与稀土离子的配位作用,能促进矿石稀土离子交换,提高稀土回收率,降低浸矿剂铵盐的用量,减小氨氮废水的污染。采用柱浸回收稀土的最佳工艺条件为:柠檬酸铵浓度3 g/L,液固比2∶1,浸取剂pH 6.0~8.0,淋洗流速0.5 min/m L,稀土浸出率可达90.01%。     

风化壳淋积型稀土矿浸取技术发展现状

对风化壳淋积型稀土矿的浸取技术进行了综述。根据该矿的浸出机理,分析了三种传统浸出工艺的利弊,结合最新研究成果,总结出4种新型浸出方式并指出了浸出工艺的发展趋势。在沉淀稀土工艺方面,重点论述了碳酸氢铵沉淀工艺及镁/钙盐体系下风化壳淋积型稀土沉淀的最新成果,最后提出了风化壳淋积型稀土矿浸取工艺的发展方向。     

风化壳淋积稀土矿浸取动力学基础理论研究

风化壳淋积型稀土开采先后经历了池浸、堆浸和原地浸矿,目前采用原地浸矿法.研究风化壳淋积型稀土浸取动力学有助于从本质上提高浸矿效率和资源回收率,为高效、科学开采风化壳淋积型稀土矿提供理论依据,进一步完善风化壳淋积型稀土的原地浸出理论和技术.为此对风化壳淋积型稀土矿浸取动力学基础理论进行研究,并针对现有浸矿工艺,指出了影响浸取效率的因素,提出了提高风化壳淋积型稀土浸取速度的方法与措施.      

风化壳淋积型稀土矿浸取过程中浸取剂阴离子的影响

为了深入探索风化壳淋积型稀土矿浸取机理,从微观角度对稀土浸取过程中的溶剂化行为进行了理论研究。通过对不同阴离子与稀土离子形成的水合团簇的结构、静电势分布特性、团簇内相互作用特性以及团簇结合能等理论数据进行了计算及分析。结果表明,静态浸取过程中,稀土的浸出为热力学主导的过程,即能与稀土离子形成稳定水合团簇的阴离子具有更好的浸出率;而在动态浸取过程中,稀土的浸出行为受动力学因素影响更大,即渗透和迁移能力更强的浸取剂具有较好的浸出率。另外,从团簇结合能上反映出,重稀土水合团簇较轻稀土水合团簇具有更低的结合能,在溶液中更容易发生迁移,此结论也符合风化壳淋积型稀土矿稀土配分的分馏理论。     

风化壳淋积型稀土矿的基础研究

文章评述了40年来风化壳淋积型稀土矿的基础研究,包括矿床的成因及特征、稀土矿物的组成及性质,稀土与黏土矿物的关系、稀土在黏土矿物中的吸附及迁移理论,论述了风化壳淋积型稀土矿的稀土元素配分的特征及四大效应,并探讨了稀土浸出机理和风化壳淋积型稀土矿稀土浸取的三代工艺,提出了风化壳淋积型稀土矿基础研究和浸出工艺的发展方向及亟待解决的问题.      

硫酸铵浸取风化壳淋积型稀土矿渗透性研究

如何提高浸取液在矿体中的渗透扩散是风化壳淋积型稀土矿原地浸出高效回收稀土资源的关键。为了更好地了解硫酸铵浸取风化壳淋积型稀土矿渗透规律,进而指导实际开采,探讨了硫酸铵溶液浓度、液柱高度在不同黏土纯矿物中对渗流过程的影响,表征浸取液界面性质,计算浸取液与矿物表面的黏附功,从而揭示硫酸铵浸取渗透机理。研究发现,在蒙脱土、高岭土和伊利石中,渗透速度均随硫酸铵溶液浓度的增大而降低,随液柱高度的增大而增大。黏附功计算结果表明,硫酸铵溶液浓度越高,浸取液在黏土矿物表面的黏附功越大,在黏土矿物中的渗透速度越慢。三种典型黏土矿物中,硫酸铵溶液在高岭土表面的黏附功最大,渗透速度最慢,在蒙脱土表面的黏附功最小,渗透速度最快。     

混合铵盐浸出风化壳淋积型稀土矿中稀土的研究

采用氯化铵和硝酸铵配成的混合铵盐作浸出剂,用柱浸模拟风化壳淋积型稀土矿的浸出过程,考察混合铵盐浸出剂的配比、浓度、液固比、pH和流速等对稀土浸出率的影响。结果表明,这种类型的浸出剂对该稀土矿有较高的稀土浸出率,且能较好地抑制黏土矿物的膨胀,最优工艺条件为:NH4Cl和NH4NO3的质量比8∶2、浸出剂质量浓度10g/L、浸出液pH=4.0、液固比2∶1、流速0.5mL/min,在此条件下稀土浸出率为96.29%,黏土矿物的线膨胀率为2.738%。     

Mineral properties and leaching characteristics of volcanic weathered crust elution-deposited rare earth ore

Weathered crust elution-deposited rare earth ore is an important resource of rare earths, including grantic weathered crust elution-deposited rare earth ore and volcanic weathered crust elution-deposited rare earth ore. The development condition of the weathered crust, weathering degree and mineral composition of these ores will be different because of the differences between their parent rocks and weathered crust causes of mineralogy path. Therefore, mineral properties and leaching characteristics of volcanic weathered crust elution-deposited rare earth ore from Chongzuo(CZ), Guangxi province were investigated. It was found that the CZ rare earth ore was a typical mid-yttrium and rich-europium ore, with the overall rare earth(REE) grade in ion-exchangeable phase of 0.15%. Partide size classification showed that finer particle had a higher REE grade. Column leaching tests showed that the leaching efficiency of REE was above 94% with leaching agent concentration of 0.20 mol/L, liquid-solid ratio of 4:3, flow rate of 0.60 mL/min, and initial pH value around 5.67. Compared to ammonium sulfate leaching, magnesium sulfate leaching was advantaged by nearly zero ammonia nitrogen emission while their REE leaching was almost equivalent.     

复合铵盐浸出风化壳淋积型稀土矿的研究

采用复合铵盐作浸出剂浸出风化壳淋积型稀土矿中的稀土。考察浸出剂的配比、浓度、液固比、流速、pH等因素对稀土浸出率的影响。结果表明,NH4Cl、NH4NO3、(NH4)2SO4质量比为4∶5∶6的复合铵盐浸出剂为最佳组合;液固比越大、流速越慢,浸出率越高;当浸出剂浓度为10g/L、pH=3.5时浸出效果最好。     

Leaching hydrodynamics of weathered elution-deposited rare earth ore with ammonium salts solution

In order to reveal the permeability rule of leaching agent solution and the effects of anions in the leaching process of weathered crust elution-deposited rare earth(RE) ores, the effects of ammonium concentration, temperature, particle size and porosity on the permeability were discussed in detail with(NH_4)2_SO_4, NH_4Cl and NH_4NO_3 as the leaching agent. It was found that the permeation velocity of ammonium salts increased linearly with the increase of hydraulic gradient. The seepage of ammonium salts solution in the RE ores followed Darcy's law and displayed a laminar flow. The properties of the leaching agent solution and RE ores were the main factors that affect the permeability of RE ores. With the decrease of ammonium concentration and increase of temperature, the viscosity of solution decreased and the permeability coefficients of RE ores increased. And the effects of temperature on the viscosity and permeability were larger than ammonium concentration. The permeability of RE ores became worse with the decrease of particle size and porosity, and the particle size played a more important role compared with porosity. The permeability coefficient of RE ores increased and the viscosity of ammonium salts solution decreased in the order of(NH_4)_2SO_4, NH_4Cl and NH_4NO_3, implying that the penetrating power of anions increased in the order of SO_4~(2-), Cl~- and NO_3~-. The results may play a vital role in improving the permeability of weathered crust elution-deposited RE ores.     

渗流作用下风化壳淋积型稀土矿细观孔隙结构演化特征

为研究风化壳淋积型稀土矿浸出过程中溶液渗流作用对孔隙结构的影响,以去离子水为溶浸液开展浸矿实验。对浸出前后矿样进行显微CT扫描,获取了试样内部结构图像,利用阈值分割算法得到了浸出前后稀土矿样的孔隙结构图像。进而,研究了溶液渗流作用下试样孔隙结构的变化特征,分析了渗流作用对试样孔隙率、孔隙体积、孔隙长度、孔隙宽度和孔隙方位角等参数的影响。结果表明:稀土矿孔隙形状和尺寸在渗流作用下发生显著变化,且在粗细颗粒接触区最为明显;溶液渗流作用使得稀土矿孔隙率增大,孔隙总数量减少,孔隙总体积增大。渗流作用下矿样中小孔隙数量减少,大孔隙数量增多,各尺寸区间的孔隙数量变化率随孔隙尺寸的增大呈现先增大后减小的趋势。溶液渗流作用下孔隙长宽比分布更加集中,孔隙方位角在各角度区间的分布更加均匀,孔隙各向异性增强。      

风化壳淋积型稀土矿浸取过程中基础理论研究现状

对风化壳淋积型稀土矿浸取过程中的浸取水动力学、原地浸出渗流规律、浸取稀土动力学、浸取铝动力学、浸取传质浸取过程选择性等基础理论现状进行了概括和分析.指出了目前浸取过程中存在的一些问题和面临的挑战,特别指出应在浸铝浸取动力学过程研究、浸取过程强化研究、堆浸、原地浸出基础理论研究方面有待进一步加强.      

离子型稀土矿抑杂浸出中抑铝剂的研究

研究了在抑杂浸出过程中添加抑铝剂对稀土浸出的影响，筛选出了适宜的抑铝剂．所筛选出的抑铝剂能适应于我国南方不同类型离子型稀土矿，抑铝剂的添加几乎不影响稀土的浸出率．通过抑杂浸出得到的浸出液中铝离子含量小于2mg／L，去除率达到98％以上，铁离子含量小于0．3mg／L，该浸出液无需净化直接用碳酸氢铵沉淀得到的碳酸沉淀稀土符合生产质量要求．稀土产品质量达到国内现行标准，有效地简化了生产流程，并能减少5％-15％的稀土损失．     

风化壳淋积型稀土矿矿石性质及稀土在各粒级上的分布

研究了风化壳淋积型稀土矿矿石性质及稀土在各粒级上的含量。采用热重分析、EDTA容量法、紫外分光光度法、原子吸收分光光度法、甲醛容量法等测试手段,对矿石的多水性、吸附稀土离子的稳定性、原矿的缓冲性、吸附离子的可交换性这四大物理化学性质进行了验证,对稀土在各粒级上的含量进行了测定,为进一步合理利用该矿石资源提供理论指导。     

风化壳淋积型稀土矿浸出液沉淀浮选溶液化学分析

通过对风化壳淋积型稀土矿浸出液沉淀浮选进行溶液化学研究,探讨了体系pH、沉淀剂及浮选剂对沉淀浮选的影响.结果表明,风化壳淋积型稀土矿浸出液杂质可通过优先沉淀浮选以氢氧化物或焦磷酸盐或聚磷酸沉淀形式全部有效除去,最后将优先沉淀浮选除杂后浸出液中和提高pH值,再用沉淀浮选方法有效提取稀土.     

不同孔隙比下风化壳淋积型稀土矿强度特性

风化壳淋积型稀土开采过程中,孔隙比为影响浸矿效果和矿体稳定性的关键因素.为探索不同孔隙比下风化壳淋积型稀土矿强度特性变化,选取6组重配比的稀土矿样,对不同孔隙比矿样进行了直接剪切实验,探讨孔隙演化对矿体抗剪强度的作用规律,揭示孔隙比对黏聚力和内摩擦角的影响机制.研究表明:不同孔隙比非饱和稀土矿对应着不同的剪切强度,基于试验数据发现剪应力与剪位移呈"类抛物线"变化,并建立了孔隙比与抗剪强度指标的关系模型.机制分析认为,随着孔隙比的增大,结合水膜效应逐渐弱化,粒间接触点数目也随之减少,使矿体抗剪强度减小.