离子吸附型稀土矿矿—水界面浸出特性及其强化浸出机制研究

发布时间：2020-09-07 17:58

　　 离子吸附型稀土矿是重要的不可再生的稀土资源。40多年来,离子吸附型稀土矿的开发利用得到了长足发展,确立了以原地化学溶浸为主的稀土提取工艺。目前,浸矿工艺优化研究相对较多,但因矿物中粘土矿物组分(活性部位)具有多样性、分布不均匀性,矿中稀土含量低等特点,难以用现代光谱进行分析,从微观方面研究稀土的强化浸出机制较困难,忽略了对其浸出本质过程的深入研究。本文主要以龙南高钇重稀土矿中黏土矿物组分作为主要研究对象,立足于矿物-水界面化学的相关理论,对离子吸附型稀土矿的浸出过程进行了研究,为实现离子吸附型稀土矿高效绿色开发提供相关理论支持。首先,本文根据离子交换浸取理论对离子吸附型稀土的静态浸出特性进行了分析研究,发现采用较高浓度的浸取剂,在评判其性能时,除需考虑浸取剂中阳离子交换能力、阴离子的配位作用外,还应考虑阴、阳离子间相互作用对稀土浸出过程影响;浸取体系的初始pH值对稀土浸出过程产生了较为复杂的影响,初步推测此影响与矿物的表面物化特性有关。其二,对离子吸附型稀土矿表面物化特性研究表明,矿物中活性反应部位主要集中在以高岭石为主的黏粒中,黏粒表面具有铝醇基(≡AlOH)、强铝醇基(≡Al_2OH)等活性基团,在水溶液中可通过质子化/去质子化反应影响矿物表面正、负电荷量,稀土离子可在此基团位点产生专性吸附;而矿物永久负电荷集中在黏粒的硅氧烷表面,能通过静电作用以离子交换的方式吸附稀土离子。溶液体系pH、离子浓度是矿物表面电荷密度变化的主要影响因素,两者对矿物表面电荷性质均出现了异常的影响作用,据此可推测有其它外力因素对其产生了作用,此作用可能会对稀土在矿物表面的离子交换浸取过程产生影响;SO_4~(2-)在矿物表面的配位吸附明显降低了矿物表面的正电荷密度,使矿物表面的离子吸附行为更加复杂化。其三,通过矿物间的聚集规律分析了矿物间相互作用对稀土浸出的影响作用。研究表明,水溶液中,pH和电解质浓度会影响矿物间的聚集而影响稀土的浸出过程。由于稀土离子的浸取一般在中、高浓度电解质溶液中进行,矿物间明显的水化力会抑制稀土浸出,H~+对矿物表面结构铝元素具有溶蚀作用;当pH4.5时且电解质浓度很高、双电层强烈压缩时,矿物同种电荷表面间发生聚集,矿物表面吸附离子间的静电斥力抑制稀土浸出。其四,有机酸对稀土的强化浸出研究表明,极低浓度有机酸对稀土浸出过程具有明显的促进作用,主要表现在有机酸对矿物表面电荷性质的影响及其矿物表面水化的弱化作用上。综上,本研究对离子吸附型稀土的浸取机理进行了分析,这为离子吸附型稀土的强化浸出提供了新的思路,为该资源的高效、绿色开发提供相关的理论支持。
【学位单位】：江西理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD865
【部分图文】：

图 1.1 离子吸附型稀土矿剖面图Figure 1.1 Cross-section drawn of ion-adsorption type rare earth ore矿物主要由粘土矿物（40 ~ 70 %，主要以高岭石、埃洛石和伊利石云母等组成，重砂含量较少[ 21,[ 22]。由于原岩化学成分的影响，矿组成不同，中、全风化层以及半风化层上部主要为埃洛石、高岭石下部主要是伊利石和蒙脱石[ 23]。的化学性质主要以硅铝酸盐类粘土矿物的化性为主，具有多水性，对、pH 缓冲性以及离子可交换性等性质。这些矿物化性不仅为离子集成矿提供了必要条件，还大大简化了对此类稀土资源的提取工艺它稀土矿种相比，离子吸附型稀土具有以下独特性：赋存状态独特。有别于其他类型稀土矿中稀土元素以矿物相赋存的土矿中稀土元素主要是以离子状态赋存于花岗岩风化壳中，占总 R在天然水中不会发生水解或沉积，化学性质稳定。

图 1.2 离子吸附型稀土矿浸取工艺基本流程图gure 1.2 Basic leaching process of ion-adsorption type rare e的角度，离子吸附型稀土浸矿方式先后历经了池浸工艺。池浸工艺中一般采用水泥池作为浸出池，剥进行稀土提取，其生产量非常有限。而堆浸工艺的矿场上铺隔水层、堆矿土后进行溶浸，较池浸工艺，并大大提高了稀土资源利用率（可达 70 %以上）回收。因池浸和堆浸工艺都需剥离矿山表土层及含被国家明令禁止采用。原地浸矿工艺是参照铀矿开目前稀土提取的主要方式。此工艺最大的优点是对等自然资源和生态环境造成的破坏很小，对植被的有离子型稀土进行回收，资源回收率可达 80 %以

第一章 绪 论个步骤（图 1.3a）[33]：Ⅰ.浸取阳离子通过矿物颗粒表面周围溶液膜的扩散（外扩散）取阳离子在矿物颗粒内水化层间的扩散（内扩散）；Ⅲ.矿物表面浸取阳离子与稀之间的离子交换反应；Ⅳ.被交换的稀土离子通过矿物颗粒间内化间层的扩散（内；Ⅴ.被交换的稀土离子通过矿物表面周围溶液液膜的扩散（外扩散）。其中，步骤个非常迅速的过程，通常在毫秒甚至微秒时间内即可完成离子交换反应[34]，因而散成为离子吸附型稀土浸取的主要控制因素[35,36]。

【参考文献】

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本文编号：2813655