离子型稀土矿浸出母液新型浓缩工艺.doc

doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2014.03.012离子型稀土矿浸出母液新型浓缩工艺邱建宁，林楚浩，田春友，葛鹏，潘勇进（工信华鑫科技集团，北京 100088）摘要：采用以重金属吸附材料为基础的连续交换技术，对离子型稀土矿浸出母液分别进行杂质分离和稀土富集试验。结果表明，解吸液中稀土含量大于100 g/L，富集了约200倍，稀土对铝的比值约176.41，稀土对铁的比值约568.31。此工艺可简化离子型稀土矿浸出母液浓缩工艺流程，提升稀土浓缩液品质，降低成本。关键词：重金属吸附材料；连续交换吸附；离子型稀土矿；浸出液；新型浓缩工艺中图分类号：TF845文献标志码：A文章编号：1007-7545（2014）03-0000-00New Concentration Process of Mother Lixivium of Ion-type Rare Earth OreQIU Jian-ning, LIN Chu-hao, TIAN Chun-you, GE Peng, PAN Yong-jin（Gongxin Huaxin Technology Group, Beijing 100088, China）Abstract: Impurity separation and rare earth enrichment were conducted on the mother lixivium of ion-type rare earth ore by continuous adsorption and exchange technology based on heavy metal adsorption material. The results show that the rare earth concentration in desorption solution is above 100 g/L with the enrichment improved by about 200 times. The ratio of rare earth to aluminum and iron is 176.41 and 568.31 respectively. This process can simplify enrichment process of mother lixivium of ion-type rare earth ore, improve quality of concentrated rare earth solution and reduce cost.Key words: heavy metal adsorption material; continuous adsorption and exchange; ion-type rare earth ore; lixivium; new concentration process南方离子型稀土矿品位日益降低，浸出液中稀土浓度较低，且含有大量的杂质离子，如Al3+、Fe3+、Ca2+、Mg2+、Mn2+和Cu2+等1。对于萃取工艺来说，这样的浸出液稀土浓度太低，水相和有机相相比太高，且大量杂质离子的存在使萃取条件恶化，产生乳化现象，分相困难，同时部分杂质离子被萃入有机相，影响产品纯度，所以进入萃取前必须对浸出液进行浓缩和除杂2-4。目前浓缩和除杂主要采用沉淀法。草酸盐沉淀法是从浸出液富集稀土和实现稀土与杂质分离的有效方法。但是草酸有毒，影响操作人员的健康，过量的草酸必须进行无害化处理，给废水处理增加了难度。碳酸盐沉淀法生产成本较低，碳酸稀土的溶度积较之草酸稀土更小，更易于沉淀，稀土沉淀率高而且无毒，不会污染环境。但碳酸氢铵也能与浸出液中的部分杂质生产难溶盐类，会影响稀土产品的质量5-7。为了解决上述沉淀法存在的问题，亟待开发一种能解决离子型稀土矿浸出母液除杂和浓缩的工艺。工信华鑫科技集团经过大量的试验，开发了一种以GX稀土专用材料为基础的连续吸附交换技术，该技术可有效解决目前离子型矿浸出母液除杂和浓缩的难题。1 GX稀土专用材料GX稀土专用材料是硅胶经酸洗水合烷基化接枝后得到的一种有机/无机复合材料，是以CH2NHCH2PO(OH)2为官能团、SiO2作骨架的新型鳌合树脂，能与金属离子形成多配位络合物。与传统的有机离子交换树脂相比，螯合树脂与金属离子的结合力更强，选择性也更高。GX稀土专用材料具有以下特点：1）对稀土离子有很强的吸附能力，1 g吸附材料能吸附0.1 g稀土；2）对铝、硅、钙、镁等杂质离子有很好的分离效果；3）硫酸稀土溶解度小，现有萃取分离均在盐酸体系中操作，材料吸附稀土后，用盐酸解吸，转为氯化稀土；4）解吸酸度低，结合连续吸附设备，解吸液的pH可达到35，并利用酸度低的特点，解吸液可补充浓盐酸循环解吸，使解吸液中稀土浓度达到100 g/L以上；5）专用材料转型过程中不使用氨水，整个工艺过程无氨氮排放。收稿日期：2013-08-27作者简介：邱建宁（1948-），男，广东人，学士，高级工程师.2 工艺路线离子型稀土矿浸出母液新型浓缩工艺主体路线为：使离子型稀土浸取液流经装有GX稀土专用材料的吸附柱，优先吸附稀土浸出液中的铁、铝等杂质，吸附后液不含铁、铝，而稀土、钙、镁、硅等保留在吸附后液中。然后再经过一次稀土专用材料的吸附，吸附其中的稀土，钙、镁、硅等杂质不被吸附，从而实现稀土的分离、富集，得到纯净稀土浓缩液。GX稀土专用材料对不同金属离子吸附优先顺序不同，特别是对稀土有极强的吸附能力，可以有效分离稀土和杂质。通过创新材料、创新技术和创新设备的有效整合实现对目标金属的定靶吸附、分离、提纯连续作业，克服了传统离子交换技术在吸附、冲洗和解吸3个必要环节间断作业的难题，实现了整个工艺过程定靶化、广谱化、自动化、连续化、大规模化及低能耗，真正达到了“环保冶金”的效果。利用GX稀土材料的性能，结合连续交换吸附设备的工作原理，可以让离子型稀土矿经浸出连续吸附交换萃取后得到单一组分的稀土产品，大大缩短了工艺流程，提升了进入萃取的浓缩液的品质，减少氨氮废水的排放，降低了成本。3 试验研究3.1 杂质分离试验串联3个试验吸附柱模拟连续吸附交换床，吸附柱填装GX稀土专用材料并进行预处理。配置饱和草酸溶液用以检验稀土穿漏，获得穿漏数据。3.1.1 浸出对江西某离子型稀土矿模拟矿山原地浸出进行柱浸，填装稀土矿5 kg，配制质量浓度为2%的硫酸铵以0.5 L/h的流量淋洗稀土矿4 h，获得约2 L稀土浸出液（ReO 0.48 g/L、Al 0.17 g/L、Fe 0.001 g/L，pH 4.5）。该离子型稀土矿为低品位稀土矿，浸出液稀土浓度较低，含铝较高，铁较少，因GX稀土专用材料对钙、镁、硅不吸附，试验过程未分析这几种元素。3.1.2 吸附交换使用蠕动泵以18 m/h的流速吸附稀土浸出液，吸附出水体积为1.815 L，吸附出水中ReO、Al、Fe的浓度均小于0.001 g/L，吸附率都达到100%。吸附完成后使用1 mol/L盐酸进行解吸，解吸流速2 m/h，共获得解吸液0.6 L，分析检测稀土、铝、铁含量。除杂试验结果见表1(1#、2#、3#为三个串联的吸附柱)。表1 除杂试验结果Table 1 Results of purification experimental编号体积/LReOAlFe浓度g/L吸附量/g浓度g/L吸附量/g浓度g/L吸附量/g1#0.22.710.2711.7700.1770.00102#0.21.400.1400.00100.00103#0.20.360.0360.00100.0010由表1可见，解吸率均达到100%。而且，铝优先吸附于串联的第一吸附柱，后续吸附柱为较纯净的稀土，并得到富集，结合连续床的工作模式进行循环解吸可得到纯度、浓度都较高的稀土浓缩液。3.2 稀土富集试验采用18柱的连续吸附设备，调整好制式，根据制式连接好管道，对吸附柱填装GX稀土专用材料并进行预处理。用3 mol/L盐酸溶液解吸。使用蠕动泵以18 m/h的流速吸附稀土浸出液，吸附出水稀土不穿漏，吸附出水体积40 L。采用解吸液加酸后循环解吸的方式对稀土进行富集，流速0.5 m/h，共获得稀土解吸液150 mL。吸附出水与解吸液进行分析检测稀土、铝、铁含量。吸附解吸试验结果如表2所示。表2 稀土富集试验结果Table 2 Results of rare earth enrichment experimental /(gL-1)元素ReOAlFe吸附出水0.0010.0010.001稀土解吸液102.300.580.18由表2可见，吸附后的出水中稀土低于检测限，有效保证了稀土资源的回收率，解吸液中稀土含量大于100 g/L，富集了约200倍，稀土对铝的比值约176.41，稀土对铁的比值约568.31。根据试验过程计算得到的GX稀土专用材料对稀土的吸附容量约0.85 mmol/g，约1 gGX稀土专用材料吸附0.102 g的稀土。4 结论GX稀土专用吸附材料结合连续交换技术及装备可以很好地分离杂质和富集稀土，有效提高离子型稀土资源的回收率，经济、有效、连续地从低浓度稀土浸取液中富集纯化稀土，实现无污染离子型稀土浸取闭路循环。参考文献1 张培善. 中国稀土矿主要矿物学特征J. 中国稀土学报，1990，20(1)：13-15.2 程建忠，车丽萍. 中国稀土资源开采现状及发展趋势J. 稀土，2010，31(2)：65-69.3 李杰，张跃. 8 000 t/a稀土分离工艺J. 辽宁化工，2002，31(3)：117-120.4 廖芳丽，朱仕健，陶海霞. Cya