稀土离子在黏土矿物表面的吸附、迁移与解吸机制

发布时间：2017-07-31 09:03

  本文关键词：稀土离子在黏土矿物表面的吸附、迁移与解吸机制

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【摘要】：富含中重稀土元素的离子吸附型稀土资源对于发展高新技术起着非常重要的作用。但在其开发过程中仍然存在提取效率不高、环境影响普遍等关键问题。这些问题的解决还有赖于我们对稀土提取的真实机理和浸矿剂的具体行为的了解。为此,本研究针对离子吸附型稀土在粘土表面的吸附、迁移和浸出特点作更深入的研究,以寻找能够解决上述问题的新观点和新方法。具体内容包括:比较研究了粗细两组粘土矿物对稀土离子的吸附等温线,以及稀土离子在粗细颗粒矿物之间的迁移。结果表明:黏土矿物对稀土离子的吸附均呈优惠吸附,但吸附能力和饱和吸附容量随颗粒的减小而提高。因此,稀土离子可以从粗粒径的粘土矿物迁移至细粒径的粘土矿物,且在p H偏中性条件下迁移效果最好。随时间的加长,迁移程度由大变小最后趋于稳定。这对于理解离子吸附型稀土成矿过程具有指导意义。系统比较了不同浓度的八种无机盐(分别包含NH_4~+、Na~+、K~+三种阳离子和Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-)三种阴离子)对离子吸附型稀土的浸取率,并与盐浸取和后续水浸洗各阶段的矿物表面Zeta电位和浸取剂残留量进行关联。基于颗粒表面双电层模型,讨论阳离子和阴离子在双电层中的分布以及对稀土浸出的贡献。结果证明:稀土浸取率与颗粒表面zeta电位绝对值的增幅有正相关关系,而它们又与电解质阳离子的水合离子半径成反比,也与阴离子的水合离子半径成反比,说明在浸取过程中阴阳离子对稀土的浸取均有直接贡献。根据颗粒固液界面的双电层理论,可以认为阴阳离子均是以水合离子形式进入Gouy-Chapman模型的紧密层,并将紧密层中的稀土交换出来。其中阳离子是交换稀土离子的主力,而阴离子渗入到紧密层则可显著提高矿物表面电位,带入更多阳离子,从而促进稀土的浸出。进入紧密层的阴阳离子在后续水浸洗过程中的撤离能力或颗粒表面zeta电位绝对值的下降速度则与它们的水合离子半径成正比。其中,阴离子的撤离速度最快,浸取1-2次即可,但也与阳离子的撤离速度相关。在试验的8种无机盐中,硫酸铵是效率最高、流失速度最慢的浸矿试剂。采用低浓度硫酸铵溶液以柱上淋洗方式在更宽的时间范围内考察了温度、颗粒粒径、浸取剂浓度等条件对离子吸附型稀土浸取的动力学的影响。结果表明:浸取剂浓度是影响稀土浸取效率的关键因素,而温度的影响较小;浸取动力学曲线为两段式的直线关系,其交换速率常数有明显的差别,证明稀土的浸出过程符合内扩散控制的动力学模型。这种两阶段内扩散浸出动力学特征主要对应于稀土分别吸附在矿样表面和内层的稀土,且表层深度随硫酸铵浓度的增大而增大。
【关键词】：离子吸附型稀土矿 动力学 浸取机理 迁移
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD955;O647.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 概述10-11
• 1.2 离子吸附型稀土矿床与粘土矿物11-13
• 1.2.1 离子吸附型稀土矿床11-12
• 1.2.2 粘土矿物的基本特征12-13
• 1.3 离子吸附型稀土的基本特征及提取技术研究13-16
• 1.4 黏土矿物对金属离子的吸附行为16-18
• 1.5 黏土矿物上金属离子的解吸18-20
• 1.6 双电层理论及其应用20-22
• 1.7 立项依据22-23
• 1.8 本研究的内容与目标23-24
• 第2章 稀土离子在不同颗粒大小粘土矿物上的吸附和迁移24-36
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验步骤25-26
• 2.2.1 Gd~(3+)离子的显色法标准曲线25-26
• 2.2.2 粘土吸附剂的制备26
• 2.2.3 不同粒径粘土矿物的吸附等温线26
• 2.3 结果与讨论26-34
• 2.3.1 不同粒径范围的粘土样品表征结果26-27
• 2.3.2 不同粒径的粘土对稀土离子的吸附等温线27-30
• 2.3.3 不同条件下稀土离子在粘土矿物颗粒间的迁移30-34
• 2.4 结论34-36
• 第3章 基于吸附双电层模型的离子吸附型稀土浸出机理36-61
• 3.1 引言36-37
• 3.2 实验部分37-39
• 3.2.1 仪器与试剂37-38
• 3.2.2 硫酸根离子含量的分析方法38
• 3.2.3 实验步骤38-39
• 3.2.3.1 一价阳离子无机盐电解质浸取稀土实验38-39
• 3.2.3.2 测定方法39
• 3.3 结果与讨论39-59
• 3.3.1 不同的浸取剂对稀土离子的浸取率的差别39-40
• 3.3.2 硫酸铵浸取稀土后水浸黏土矿物的zeta电位和铵离子浓度40-44
• 3.3.3 氯化铵浸取稀土后水浸黏土矿物的zeta电位和铵离子浓度变化44-46
• 3.3.4 钠盐浸取稀土后黏土矿物在后续水浸洗时的zeta电位变化46-48
• 3.3.5 钾盐浸取稀土后黏土矿物在后续水浸洗时的zeta电位变化48-49
• 3.3.6 阴阳离子对浸取稀土后黏土矿物zeta电位变化的贡献程度比较49-53
• 3.3.7 浸取液固比对稀土浸取率和黏土矿物表面zeta电位的影响53-54
• 3.3.8 电解质类型及pH对稀土浸取率和粘土矿物等电点的影响54-56
• 3.3.9 离子吸附型稀土交换浸出的双电层模型56-59
• 3.4 结论59-61
• 第4章 低浓度硫酸铵浸取离子吸附型稀土的动力学61-71
• 4.1 引言61-62
• 4.2 实验部分62-64
• 4.2.1 仪器与试剂62-63
• 4.2.2 实验分析测定方法63-64
• 4.2.3 解吸动力学实验64
• 4.2.3.1 矿样分级64
• 4.2.3.2 脱附动力学实验64
• 4.3 结果与讨论64-70
• 4.3.1 硫酸铵溶液浓度对稀土浸出的影响64-67
• 4.3.2 黏土颗粒粒径对脱附过程的影响67
• 4.3.3 柱比对浸取的影响67-68
• 4.3.4 温度对脱附过程的影响68-69
• 4.3.5 再吸附稀土的脱附动力学69
• 4.3.6 铵根离子的消耗量与稀土离子的浸出量的摩尔比值69-70
• 4.4 结论70-71
• 第5章 结论与展望71-73
• 5.1 结论71-72
• 5.2 进一步工作的方向72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-80
• 攻读学位期间的研究成果80

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本文编号：598351