浸出剂pH对离子型稀土矿浸出过程中的界面反应及微观结构影响研究

发布时间：2020-06-13 06:45

【摘要】：离子型稀土矿是我国特有的一种稀土资源,从这种矿物中提取稀土通常使用硫酸铵作为浸出剂。为深入理解浸出剂初始pH值对离子型稀土矿微观结构的影响,本文研究了离子型稀土矿浸出前后的工艺矿物学,分析了在不同初始pH浸出剂下,离子型稀土矿浸出过程中的界面反应,探讨了浸出过程中的反应机理,并以实验结果为基础建立了离子型稀土矿浸出过程中zeta电位的模拟公式。首先,为研究离子型稀土矿浸出前后的工艺矿物学,本文以柱浸实验为基础,通过XRD,MLA,FT-IR,XPS,SEM等多种测量手段对稀土原矿与浸出尾矿的表面组成和结构进行对比分析。研究结果表明:离子型稀土矿主要由高岭石、钾长石、石英、金云母、褐铁矿等矿物组成,稀土含量仅含0.12%左右;浸出过后Al、RE、Fe、O元素相对含量下降,K、Si元素含量相对上升;Al减少的主要原因是高岭石、褐铁矿、金云母等矿物与浸出剂发生溶解反应造成的,浸出后矿体结构遭到破坏;Fe减少的主要原因是部分氧化铁胶体被溶解以及浸出过后离子型稀土矿中的水合铁离子进入到了溶液中。钾长石、石英等矿物在浸出过程中基本不参与反应;元素N在稀土原矿中主要以有机物的形式存在,浸出后稀土矿中发生了离子交换反应,大量N元素以-NH_2键存在于尾矿中,有机态N大量减少。Al、Fe等元素随着矿体的部分溶解而进入到溶液中,使浸出液含有杂质。其二,本文分析了在不同初始pH浸出剂下,离子型稀土矿浸出过程中的界面反应,并运用现有理论解释了在高酸度下稀土浸出率降低的原因。研究表明:浸出剂的pH会影响浸出液中稀土的含量。随着浸出剂pH的降低,溶液中稀土浓度先降低后升高,当初始pH=4.5时,稀土浸出率为96.7%到达最高值;随着浸出剂初始pH的降低,铝浓度呈一直升高趋势;稀土运移实验也表明,当浸出剂初始pH=4.5时,稀土运移受到的阻滞最小。对稀土悬浮液的zeta电位分析可以解释这种现象:随着pH的降低,稀土矿的zeta电位由负值逐渐增大到正值,土壤胶体表面对NH_4~+的吸引力逐渐减小,当zeta电位大于零时,土壤胶体表面开始排斥NH_4~+,阻碍了稀土离子交换反应的进行,稀土浸出率减小。其三,本文建立了离子型稀土矿表面的zeta电位模型,使用该模型的zeta电位计算值与电泳法测出的zeta电位实验值进行了比较,结果表明:利用该公式对不同初始pH值下离子型稀土矿zeta电位的模拟值最大偏差为1.336mV,对不同NH_4~+离子浓度下离子型稀土矿zeta电位的模拟值最大偏差仅2.068mV,因此该模型能较好的对离子型稀土矿的zeta电位进行模拟。综上,本文研究了离子型稀土矿浸出前后微观结构的变化,还对离子型稀土浸出过程中的界面反应行了分析,这为离子型稀土的开发提供相关的理论支持。
【图文】：

离子分布,双电层模型,扩散双电层

6图 1.1 Stern 双电层模型表明：固体表面的电位值总是大于 stern电解质溶液的浓度和种类有相当大的关行解释，所以 stern 提出了扩散双电层模了黏土表面电荷的静电引力，但这些离。因此在扩散双电层模型中，异电荷离子地排列，而是越靠近黏土颗粒表面的异的异电荷离子分布密度越小，如下图所示在扩散双电层理论中，Stern 设置了一个

示意图,黏土矿物,阳离子,示意图

图 1.2 黏土矿物吸附阳离子示意图ta 电位与稀土浸出的联系位可用来表征溶液中悬浮液的稳定存在程度，另外也可研究表征溶液表面组成性质。李宏亮[32]等人测量了当体系钙离子浓度不同、pH 值不岭土表面测得的 zeta 电位的影响情况，从而得到体系离子在颗粒表面的研究发现：当 pH 值在 9 以下时，随着体系碱度的增强，zeta 电位的绝势发展，主要原因在于端面两个晶面上吸附 H+的能力不断减弱，，反之、增加；Wang P.等研究了 pH 值的酸碱度和溶质的区别对黏土矿物表况，研究表明二价比单价阳离子使黏土的 zeta 电位降低的程度更高[33]。2+浓度越来越大，黏土表面的电位往 0 的方向趋近，黏土表面电位变化高岭土底面的量增加有关。李忠意等拟对包铝石英砂进行研究，根据强弱为判断依据，测定实验中矿物的表面 Zeta 值，表面包铝石英砂的铝的浓度、溶液中所含离子浓度两个因素关联，且与两者的变化情况呈
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TF845

【参考文献】