廣西某礦回收稀土元素的工業(yè)模擬試驗(yàn)研究

李剛，朱志成，梁建，郭鐘群，陳忠熙

（1.江西離子型稀土工程技術(shù)研究有限公司，江西 贛州341000；2.江西理工大學(xué)，江西 贛州341000；3.核工業(yè)贛州工程勘察院，江西 贛州341000）

廣西有很多瓷土礦中都伴生有離子型稀土[1,2]，由于離子型稀土品味低以及回收工藝復(fù)雜等，大多瓷土礦山開(kāi)采過(guò)程中，瓷土中的稀土未被利用而殘留于尾礦中白白浪費(fèi)掉。近幾年，離子型稀土礦山由于嚴(yán)重污染環(huán)境而被叫停[3,4]，導(dǎo)致稀土原材料嚴(yán)重匱乏，而瓷土礦中回收稀土資源將對(duì)稀土市場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)有重大意義，因此，從瓷土礦及其他材料中回收稀土金屬是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

為此，本文針對(duì)該礦山采場(chǎng)的瓷土礦進(jìn)行稀土回收工業(yè)模擬試驗(yàn)，采用無(wú)氨浸礦劑硫酸鎂置換瓷土礦中的稀土金屬，通過(guò)單因素條件實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)確定最優(yōu)浸礦劑濃度及PH等參數(shù)，為瓷土礦中稀土金屬的有效回收提供參考依據(jù)。

1 原礦性質(zhì)

該瓷土礦屬風(fēng)化殘余型礦床，礦物組成比較簡(jiǎn)單，主要礦物成分有石英、黏土礦物和長(zhǎng)石組成，瓷土礦中的黏土礦物主要是以伊利石和高嶺石，以伊利石為主含量占70%-80%，高嶺土占20%-30%。礦層頂板為風(fēng)化殘疾腐殖土及第四系沖洪積層，礦層底板巖性為松散砂土及砂礫。

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)原料及試劑

試驗(yàn)所用瓷土礦來(lái)自廣西某瓷土礦采場(chǎng)。試驗(yàn)試劑主要有：工業(yè)七水硫酸鎂（純度≥99.5%），硫酸，氨水，乙酰丙酮，磺基水楊酸，六次甲基四胺，二甲酚橙，EDTA標(biāo)準(zhǔn)液。

2.2 試驗(yàn)裝置及儀器

主要實(shí)驗(yàn)儀器: ES30K-1大稱量電子天平，KSL-110箱式高溫箱式爐，PHBJ-260便攜式PH計(jì)，S78-1磁力加熱攪拌器，JJ-100W電動(dòng)攪拌器，板框壓濾機(jī)。

2.3 試驗(yàn)方法及步驟

將瓷土礦和浸礦劑混合后攪拌半個(gè)小時(shí)，再轉(zhuǎn)入壓濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾；壓濾結(jié)束后收集母液，并測(cè)母液的體積、PH、濃度，濾餅則加入頂水重新攪拌半個(gè)小時(shí)，之后再壓濾，壓濾之后收集頂水浸出液，測(cè)體積、PH、濃度，測(cè)量濾餅重量及厚度。

3 結(jié)果與討論

3.1 試驗(yàn)原理

瓷土礦中的稀土離子主要吸附于伊利石和高嶺石等黏土礦物，當(dāng)加入浸礦劑后，稀土陽(yáng)離子與浸礦劑中的陽(yáng)離子交換，從而進(jìn)入溶液中，反應(yīng)式如下：

[瓷土礦]m·nRE3+(s)+3nMg2+(aq)= [瓷土礦]m·3n (Mg2+)(s)+n RE3+(aq)

式中：RE3+代表稀土離子；

s代表固相；

aq代表液相。

3.2 浸礦劑濃度對(duì)稀土回收率的影響

試驗(yàn)分3組，分別采用含量為1%、2%、3%、4%的硫酸鎂作為浸礦劑，固液比1:1，在室溫條件下試驗(yàn)，由圖1可以看出，在浸礦劑濃度為2%的基礎(chǔ)上，繼續(xù)增大浸礦劑濃度對(duì)瓷土礦中稀土的回收率影響甚微，采用較高濃度的浸礦劑反而需要消耗更多硫酸鎂，增加了生產(chǎn)成本，因此對(duì)不同PH的浸礦劑浸取優(yōu)化中，均采用含量為2%的浸礦劑進(jìn)行試驗(yàn)。

圖1 浸礦劑濃度對(duì)瓷土礦回收稀土的影響

3.3 浸礦劑PH對(duì)稀土回收率的影響

分別采用PH值為4.0、4.5、5.0、5.5、6.0的硫酸鎂作為浸礦劑，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在浸礦劑含量為2%，固液比為1:1的前提下，四種不同PH的浸礦劑對(duì)瓷土礦中稀土的浸出效果不同，四組實(shí)驗(yàn)中瓷土礦的稀土回收率如圖2所示。浸礦劑PH 為4.0時(shí)，其稀土回收率最高，在PH值為5之前，隨著PH增大，回收率變化交緩慢；在PH為5之后，隨著PH值升高，稀土浸出效果明顯降低。然而浸礦劑PH值較小時(shí)，瓷土礦中的鋁離子被大量提取出來(lái)進(jìn)入浸出母液，影響稀土母液提純，當(dāng)浸礦劑PH值較大時(shí)，稀土浸出母液中雖然含鋁較少，但是浸出效果太差，綜合考慮選擇PH值為5的浸礦劑效果最優(yōu)，且稀土回收率能達(dá)到83%。

圖2 浸礦劑PH對(duì)瓷土礦中稀土回收率的影響

最后的濾餅作為瓷土礦的原材料進(jìn)行加工利用，本實(shí)驗(yàn)既回收了稀土，又充分利用了瓷土礦資源，實(shí)現(xiàn)了資源的綜合利用。試驗(yàn)過(guò)程考慮到礦山實(shí)際生產(chǎn)，所有環(huán)節(jié)只需擴(kuò)大生產(chǎn)即可。

4 結(jié)論

(1)采用硫酸鎂作為浸礦劑進(jìn)行瓷土礦回收稀土試驗(yàn)，確定較優(yōu)試驗(yàn)條件為浸礦劑含量為2%，PH為5.0，固液比為1:1，攪拌時(shí)間為0.5h，轉(zhuǎn)速為200rpm，此時(shí)瓷土礦中稀土回收率達(dá)83%，浸出效果較穩(wěn)定。

(2)本試驗(yàn)設(shè)計(jì)模擬實(shí)際生產(chǎn)工藝，攪拌及壓濾環(huán)節(jié)均可在礦山實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，為該瓷土礦回收稀土提供了技術(shù)參考。