离子型稀土矿浸矿过程及工艺优化研究

摘要

目前工业上普遍采用原地浸矿工艺开采离子型稀土矿，浸矿剂为硫酸铵。但在开采过程中硫酸铵消耗过量，氨氮污染严重。为了实现离子型稀土矿的高效、绿色开采，本文研究了硫酸铵的浸矿过程，优化了硫酸铵浸矿工艺；并对硫酸镁浸矿工艺及其动力学进行了研究。
　　论文通过柱浸模拟硫酸铵原地浸矿过程，着重考察了浸出液中RE3+、NH4+、SO42-、SiO32-、Al3+、Fe3+以及浸出液pH之间的相互关系。研究发现，浸出过程各离子浸出的先后顺序是：SiO32->RE3+>Al3+，杂质离子浸出量的大小顺序是：Al3+>SiO32->Fe3+；pH的降低有利于稀土的浸出；根据浸出液中RE3+和NH4+的关系，可以将稀土浸出过程分为吸铵区、铵交换区、铵过量区。
　　硫酸铵浸矿工艺优化研究表明，用2％(NH4)2SO4浸出离子型稀土矿，浸出液稀土浓度、峰值稀土浓度和稀土浸出率都高但硫酸铵耗量更低，所以采用2%的(NH4)2SO4浸矿浓度即可使浸矿效果达到最优；稀土矿对稀土有很强的吸附能力，每公斤稀土矿最高能吸附5.1632g稀土；无矿层对稀土母液有很强的吸附能力，导致稀土无法完全浸出，且随着无矿层厚度的增加，浸出母液稀土浓度明显降低、峰值延后并降低、硫酸铵耗量增加、稀土浸出率降低，故注收液尽量避免流经无矿层；当浸出液不可避免的要经过无矿带时，硫酸铵加入量液固比在0.62-0.68之间。
　　硫酸镁浸矿工艺优化研究表明，硫酸镁作为一种绿色无铵浸矿剂，能高效的浸出单一稀土矿，稀土浸出率高；相比于硫酸铵，硫酸镁浸矿受无矿层的负面影响更大，故硫酸镁浸矿更应避免经过无矿层；硫酸镁的浓度对稀土浸出有很大的影响，2%MgSO4浸矿下，母液稀土浓度较高，在保证稀土浸出率的情况下硫酸镁的消耗最低，故硫酸镁浸矿的最佳浓度为2%（w/w）；较硫酸铵浸矿结果相比，硫酸镁浸出液中稀土浓度偏低，峰值较低，稀土浸出需要的浸矿剂液固比更大，多0.3-0.4，且浸出曲线更平缓。
　　硫酸镁浸矿动力学研究表明，硫酸镁浸取离子型稀土矿的过程为内扩散控制，稀土浸出表观活化能为9.44kJ/mol，得出浸出反应动力学方程。

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第一章 绪 论

1.1 离子型稀土矿概述

1.2 离子型稀土矿的浸出机理

1.3 离子型稀土矿浸矿工艺

1.4 离子型稀土矿山绿色开采技术研究现状及发展方向

1.5 硫酸镁用于浸出离子型稀土矿论述

1.6 研究的意义

1.7 研究内容

第二章 实验原料、设备及方法

2.1 实验原料及试剂

2.2 实验仪器及设备

2.3实验方法

2.4 分析化验

第三章 硫酸铵浸矿过程规律研究

3.1 硫酸铵浸矿过程各物质的物料平衡及流出规律

3.2 硫酸铵浸矿过程中稀土与浸矿剂中各离子的流出关系

3.3 稀土矿的流出曲线分区

3.4 硫酸铵浸矿过程中杂质离子浸出规律

3.5 浸出液pH的变化规律

3.6 本章小结

第四章 硫酸铵浸矿工艺优化

4.1 稀土品位对硫酸铵浸矿过程的影响及其工艺优化

4.2 矿层厚度分布对浸矿过程的影响及其工艺优化

4.3 硫酸铵质量分数变化对浸矿过程的影响及其工艺优化

4.4 稀土矿吸附-解析实验

4.5 本章小结

第五章 硫酸镁浸矿工艺优化

5.1 稀土品位对硫酸镁浸矿过程的影响及其工艺优化

5.2 矿层厚度对于硫酸镁用于稀土浸出的影响及其优化

5.3 硫酸镁质量分数对浸矿过程的影响及其工艺优化

5.4 硫酸铵与硫酸镁柱浸对比

5.5 本章小结

第六章 硫酸镁浸出离子型稀土矿浸出动力学研究

6.1 硫酸镁浸出离子型稀土矿的浸出化学反应

6.2 硫酸镁浸出离子型稀土矿的动力学模型

6.3 温度对离子型稀土矿浸出的影响

6.4 动力学模型的确定

6.5 稀土浸出表观活化能

6.6 硫酸镁浓度对稀土浸出动力学的影响

6.7 搅拌强度对稀土浸出动力学的影响

6.8 宏观动力学方程

6.9 本章小结

第七章 结 论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果