难渗透风化壳淋积型稀土矿浸取研究

发布时间：2020-06-12 14:19

【摘要】：风化壳淋积型稀土矿富含丰富的中重稀土,它的高效开采具有极大的商业价值和战略意义。目前工业上主要以铵盐为浸取剂,采用堆浸或原地浸取工艺回收稀土。实际矿山开采中发现存在较多的渗透性较差的矿山,导致矿山生产效率较低或矿山无法开采。本文针对此类难渗透风化壳淋积型稀土矿,研究了浸取剂铵盐溶液在矿体的渗透规律,提出通过改变矿石初始含水率和添加助浸剂两种方法改善浸取剂在难渗透矿体中的渗透效率,并具体研究了矿石初始含水率和助浸剂对难渗透风化壳淋积型稀土矿浸取过程的影响,为指导难渗透风化壳淋积型稀土矿的开采工艺奠定理论基础,也为强化难渗透风化壳淋积型稀土矿稀土高效浸出和低杂浸出提供科学依据。主要研究内容和成果如下:(1)考察了装矿高度、压差和矿石初始含水率对浸取剂在矿体渗透过程的影响,发现浸取剂在矿石中的渗流符合达西定律。装矿高度越小,矿石初始含水率越高,压差越大,渗透速度越大;装矿高度越小,矿石初始含水率越高,压差越大,形成稳定流场的时间越短。(2)考察了初始含水率对难渗透风化壳淋积型稀土矿浸取过程的影响,结果表明矿石初始含水率有效提高了稀土和铝的浸出速率,但不影响稀土和铝的浸出率。柱浸优化工艺为:矿石初始含水率20%,铵根浓度0.24 mol/L,液固比1:1和初始pH 5.5~6.0,稀土和铝的浸出率分别为95.35%和96.46%。通过动力学方程分析了初始含水率对稀土和铝浸取动力学的影响,结果表明增大矿石初始含水率能有效提高稀土和铝的浸出速率,稀土和铝的浸出过程受内扩散动力学控制。运用色层塔板理论探讨了矿石初始含水率对稀土和铝传质过程的影响,结果表明初始含水率越高,理论塔板高度(HETP)越小,稀土和铝的浸取传质效率越高。(3)对比了甲酸铵、羟丙基甲基纤维素和田菁胶的助浸效果,结果表明甲酸铵的助浸效果较好。以甲酸铵作助浸剂,考察了甲酸铵复配浓度、浸取温度、液固比和浸取剂pH对稀土和铝的浸出率的影响,研究结果得出增大甲酸铵复配浓度、浸取温度和液固比,稀土的浸出都有所增大。同时,还发现甲酸铵能有效抑制铝的浸出,当甲酸铵复配浓度为0.032 mol/L时,铝的浸出率仅38.86%,较未加甲酸铵作为助浸剂时铝的浸出率96.46%减少了57.60%,但较低的pH会降低甲酸铵的抑铝效果。运用动力学模型分析了甲酸铵助浸动力学过程,分析结果显示增大甲酸铵复配浓度和浸取温度,稀土的浸出速率会明显加快,稀土和铝浸出过程受内扩散动力学控制,稀土浸取反应活化能为15.83 kJ/mol,铝浸取反应活化能为9.60 kJ/mol。运用色层塔板理论考察了助浸剂甲酸铵对稀土和铝传质过程的影响,结果表明浸取温度越高,液固比越大,HETP越小,稀土和铝传质效率越高。(4)研究了甲酸铵抑铝浸出机理,发现在pH 5.5~8.0范围内,甲酸铵将离子交换态铝转化为吸附态羟基铝滞留在尾矿中不被浸出,从而大幅度降低浸取过程铝的浸出率。上述结果表明通过改变初始含水率和添加甲酸铵作为助浸剂,都能有效加快难渗透风化壳淋积型稀土矿开采过程中稀土的浸出速率,大幅度缩短生产周期,提高生产效率。同时,甲酸铵还能有效抑制稀土矿中杂质铝的浸出,降低后期除杂工艺成本,提高稀土纯度。
【图文】：

图 1.1 稀土矿的分类Fig.1.1 The classification of rare earth ore1.2.2 稀土矿的分布稀土元素在地壳中分布相当不均匀，但其含量并不稀少，由于各种原因，符合工业开采标准的稀土矿存在的不是很多。在中国、美国、埃及、马拉维、加拿大、南非等国家都发现有稀土矿床的存在[16]，但在这些国家中稀土储量的排行属中国最高。在 250 多种稀土矿物中只有风化壳淋积型稀土矿、硅铰钇矿、氟碳铈矿、独居石、磷钇矿等是由工业应用价值的稀土矿。我国典型且有工业开采价值的稀土矿包括南方七省的风化壳淋积型稀土矿、漫长海岸线上的海滨砂矿湖南褐钇铝矿、冕宁稀土矿、白云鄂博稀土矿和微山稀土矿等。典型代表白云鄂博稀土矿[17,18]的组成主要为独居石和氟碳铈矿，其比例为 1:2。四川

1.3.2 风化壳淋积型稀土矿采选工艺风化壳淋积型稀土矿目前主要以堆浸和原地浸出工艺为稀土矿采选工艺[2,32,33]。风化壳淋积型稀土矿堆浸工艺的工艺图如图1.2所示，风化壳淋积型稀土矿堆浸工艺的实景图如图 1.3 所示。风化壳淋积型稀土矿堆浸是事先选择地势较好的场地，一般是山坳处较好，之后平整场地，并在场地低侧构筑汇流沟和在场地外围挖防洪沟，然后在场地上铺垫防漏层并在防漏层上搭建木框架，竹片框架上铺垫麻布片，将稀土矿构筑堆场，，平整堆顶后在堆顶构造丘田样式构筑围堰，接着布置加液管向矿堆里注入浸取剂溶液，再通过集液沟回收浸出液至集液池，通过沉淀工艺回收稀土。尽管堆浸工艺在不断地生产实践中不断在改进完善
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD955

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本文编号：2709655