风化壳淋积型稀土矿淋浸工艺及动力学研究

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风化壳淋积型稀土矿是我国特有的稀土矿种,它具有分布广、储量丰富、放射性低、稀土配分齐全等特点,它的开发和利用解决了我国中重稀土缺乏的问题,有着举足轻重的影响。为了合理有效地利用这种资源,研究其开采提取方法显得尤为重要。 本文的主要实验结果有: 以江西省信丰县稀土矿为原料,采用柱浸工艺浸取风化壳淋积型稀土矿中的稀土,获得其优化工艺参数为:浸取剂,氯化铵和硫酸铵质量比为7:3的混合铵盐;浸取剂浓度,2.5%;淋洗液固比,0.5:1;淋浸速度,0.58 mL/min。在此条件下稀土浸出率为98.40%。 对原矿和浸出尾矿进行X射线衍射分析,表明浸出前后矿物晶格没有发生改变,也更进一步证明胶态沉积相和矿物相稀土没有参与反应,只有离子相稀土被交换下来。 根据柱浸实验结果研究浸出过程动力学,考察了浸取剂浓度、流速和矿石粒度对浸出速率的影响。结果表明:该过程可定性地用Fick定律描述,且较好地符合收缩未反应芯模型。当浸取剂浓度低于2.5%时,动力学控制步骤为混合控制;当浸取剂浓度达到2.5%后,其浸取过程属内扩散控制,动力学方程为1-2/3η-(1-η)2/3=e6.105R0.21189t。 采用轻稀土氧化物和重稀土氧化物为原料制备稀土溶液,研究铵盐及钠盐存在下草酸沉淀稀土的规律。以稀土沉淀率和稀土氧化物产品纯度为指标,分别考察了草酸用量比及不同盐类(硫酸铵、氯化铵和氯化钠)浓度对草酸沉淀稀土的影响。然后,在固定草酸用量比和盐类浓度的条件下,研究盐类存在对草酸沉淀轻、重稀土的影响。结果表明:当草酸沉淀摩尔比在(2.5~3):1,体系中氯化钠、硫酸铵和氯化铵浓度分别为7%、4%和4%时,稀土沉淀率较高,分别为90.92%、91.40%和91.54%。而稀土纯度随盐类浓度的增加而逐渐降低。铵盐和钠盐体系中轻、重稀土的沉淀过程有差异,重稀土草酸盐与轻稀土草酸盐相比有更大的溶解度。大量NH4+存在时,轻稀土的沉淀率比重稀土的沉淀率高。 采用2%硫酸铵作浸取剂,草酸和碳酸氢铵作沉淀剂,对整个风化壳淋积型稀土矿提取过程进行实验模拟,研究铵盐的分布规律。结果表明: 在淋洗阶段,进入浸出液的硫酸铵量占硫酸铵投入总量的73.73%,进入尾液的占0.21%,残留在尾矿中的占26.06%。而尾矿中留在固相中的铵盐占尾矿中铵盐含量的85.90%,其余14.10%可能被吸附在矿石表面或孔隙中。 在草酸沉淀阶段,沉淀母液中铵盐含量相对原浸出液中减少了22.01%;在碳酸氢铵沉淀阶段,沉淀母液中铵盐含量相对浸出液中增加了4.10%。 在废液再生阶段,草酸沉淀工艺和碳铵沉淀工艺中浸取剂硫酸铵的回收率分别可达69.52%和74.10%。
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