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離子吸附型稀土礦提高采冶回收率的技術(shù)措施

文檔作者：何耀文檔來源：廣西地潤礦業(yè)投資有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月09日
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2015年2月第1期 何耀：離子吸附型稀土礦提高采冶回收率的技術(shù)措施 ·27·
離子吸附型稀土礦提高采冶回收率的技術(shù)措施
何 耀
(廣西地潤礦業(yè)投資有限公司，廣西南寧530022)
[摘要] 介紹了離子吸附型稀土礦的特點和稀土采冶的原理及工藝流程，對采冶過程各個環(huán)節(jié)提高
稀土回收率的措施進行了全面論述。
[關(guān)鍵詞] 離子吸附型稀土；采冶；回收率
[中圖分類號] TD98；TF845 [文獻標志碼] B [文章編號] 1672—6103(2015)01—0027—05
稀土元素具有獨特的優(yōu)異性能，被喻為工業(yè)的
“維生素”和“新材料寶庫”，廣泛應(yīng)用于冶金、石油、
化工、玻璃、電子、原子能和國防軍工等高科技領(lǐng)域，
是現(xiàn)代工業(yè)重要的戰(zhàn)略資源。而離子吸附型稀土礦
在我國則被列為國家保護開采礦種。
離子吸附型稀土礦的形成過程為：在內(nèi)生條件
下形成的富含易風化稀土礦物的巖漿巖，在氣候溫
暖濕潤、丘陵地貌地區(qū)，巖漿巖風化后形成以粘土類
礦物和石英為主的風化殼，與此同時，易風化的稀土
礦物分解，生成的三價稀土離子被粘土類礦物吸附
富集成礦。礦石呈泥土、砂土狀，粘土類礦物約占
20％ ～60％ ，石英約占20％ ～45％ ，礦石中離子相
稀土氧化物(SREO)最低工業(yè)品位為0．030％ 一
0．050％ 。礦體似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，在平面上為不
規(guī)則狀，一般與山體形狀基本相同。礦體走向與山
脊的走向一致，礦體的邊界與山腳線基本一致，在風
化殼薄處、山溝和山腳濕地、沖溝及其兩旁濕地等地
段為無礦地段，即礦體的完整性受到上述這些無礦
地段分割；在垂直方向上，一般中部的全風化層離子
相稀土品位高，上下較貧，礦體厚度一般15m以下，
最厚局部可達20多米；礦層中偶有夾石或未風化的
橢球狀巖石，礦體的頂、底板隨地形的起伏而變化，
[作者簡介]何耀(1970一)，男，廣西玉林人，工程師，主要從事礦產(chǎn)
開發(fā)研究。
[收稿日期]2014—02—26 [修訂日期]2014—11—29
礦體頂板為風化殼上部的殘坡積層或全風化層，礦
體底板為風化殼下部的半風化層或基巖。但也有例
外，如半風化層為礦體頂板，或是全風化層為礦體
底板。
離子吸附型稀土礦含鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、
鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥和釔等15個稀土元素，其中
重稀土含量較高，高價值的銪、鋱、鏑比以鈰為主的
內(nèi)生稀土礦要高出5—50倍，因此，其經(jīng)濟價值較
高。目前，在全球范圍內(nèi)僅我國南方部分省份和緊
鄰我國的緬甸、越南有發(fā)現(xiàn)，而采冶技術(shù)水平低，管
理不到位，以及偷采濫采，采富棄貧，造成了寶貴資
源的極大浪費和環(huán)境污染。因此，加強管理，開展提
高離子吸附型稀士礦采冶回收率技術(shù)措施的研究，
以及研究成果在生產(chǎn)實際中充分應(yīng)用十分必要，其
對于利用、保護寶貴的離子吸附型稀土礦資源和環(huán)
境具有重要意義。
1 離子吸附型稀土礦采冶原理及工藝
況程
1．1 提取方法
從離子吸附型稀土礦提取稀土的方法有三種：
池浸、堆浸和原地浸取。采用池浸、堆浸時，礦石需
要異地搬運，破壞地表植被，資源利用率低，生產(chǎn)成
本高。原地浸取時，采礦、選礦和冶煉提取一體化，
對生態(tài)環(huán)境影響較小，資源利用率高，能大幅度地降
低生產(chǎn)成本，且產(chǎn)量大，經(jīng)嚴格的質(zhì)量管理，獲得的
＼一?！駥伲?／一
· 28· 中國有色冶金 A生產(chǎn)實踐篇．稀土金屬
碳酸稀土可以不經(jīng)過焙燒直接應(yīng)用于分離廠，經(jīng)濟
效益好。目前原地浸取基本上取代了池浸、堆
浸? 。
1．2 原地浸取采冶原理及工藝流程
原地浸取采冶原理及工藝流程如下：通過注液
井注入浸礦劑(1．5％ 一3％ 硫酸銨溶液)，浸礦劑中
的銨離子將吸附在粘土類礦物表面的稀土陽離子交
換解吸下來使其進入溶液，其化學反應(yīng)如下：
[Al2Si2O5(OH)4] ·nRlC3 ++3nNH4 )H
[A12Si：05(OH) ] ·3n[NH4][s]+nRE3(~q1 (1)
含稀土的溶液(稱為母液)經(jīng)集液巷道和集液
溝收集匯入母液池，再輸送到水冶車間進行處理。
母液經(jīng)澄清、凈化后加入碳酸氫銨作沉淀劑，碳酸氫
銨與稀土離子的化學反應(yīng)為：
2RE” +3HC03-一RE2(CO3)， 十3H (2)
所得沉淀物經(jīng)壓濾得到碳酸稀土產(chǎn)品，沉淀池
上清液放入配液池，加酸調(diào)pH值除去其中的碳酸
氫根后作為浸礦劑返回采場浸礦。原地浸取采冶工
藝流程如圖1所示。
碳酸氫銨
碳酸氫銨
碳酸稀土
=== ====== =：==一
(產(chǎn)品)
圖1 原地浸取采冶工藝流程圖
2 提高離子吸附型稀土礦采冶回收率
的技術(shù)措施
2．1 合理劃分采場，采取先上后下的浸礦順序
布置采場前，對礦體進行加密工程控制，充分了
解礦體各部位(山頂、山腰、山腳)離子相稀土氧化
物的品位，以及其垂直方向從地表到基巖的品位變
化情況。根據(jù)山體地形狀況、礦體的大小、礦石的性
質(zhì)劃分采場個數(shù)。通常從山頂沿一側(cè)的山脊至山腳
劃分采場，一般采場面積2 000—8 000 m ，礦石穩(wěn)定
性差時，采場面積小些，以降低塌方的危害。注浸礦
劑的采場要將礦體的最高出露部位包括在內(nèi)，浸礦
遵循從高到低、避免后期采場的浸礦劑串入前期采
場的原則。
2．2 采用負壓收液和常壓抽液
2．2．1 注液
注液工程包括礦體上部的浸礦劑池、注液井以
及輸液管路和動力設(shè)備。注液井采用棱形布設(shè)，可
減少浸礦盲區(qū)。注液井網(wǎng)度(2—4)m X(2～4)m，
在礦層較厚的部位適當加密，以縮短浸礦時間，并獲
得高濃度的母液。注液井口徑約0．30 nl，深度一般
穿過透水性差的殘坡積層，到達透水性好的層位，深
入礦層內(nèi)1 m左右。如果礦層裸露地表，且品位較
高(這種情況出現(xiàn)的機率不多，面積也不大，一般是
局部出現(xiàn))，則可在地表增加注液淺井。
浸礦劑池內(nèi)的浸礦劑，經(jīng)總管和支管輸送到注
液井口，設(shè)閥門控制流量，流量的大小與山體(礦
體)的穩(wěn)定性有關(guān)。山體平緩，坡降小，礦體透水性
好時，浸礦劑流量可大些，否則相反，目的是保持山
體的穩(wěn)定，避免浸礦劑流量過大，導致山體內(nèi)壓過
高，穩(wěn)定性降低，引起塌方事故，造成損失 。
注液順序一般從山頂開始，然后依次到山脊、山
坡、山腳，離集液巷道較遠、浸礦劑從注液井到集液
巷道時間長的注液井先注液，離集液巷道遠的注液
井內(nèi)浸礦劑靜壓要比離集液巷道近的注液井靜壓
高，防止浸礦劑短路，減少浸礦盲區(qū)，縮短浸礦時間，
降低設(shè)備的運行費用，并可獲得高濃度的母液和較
高的浸礦回收率。
2．2．2 收液
收液工程包括礦體下部的集液巷道，采場下方
周圍的集液溝和分流溝，導流孑L，母液池，負壓收液
裝置等。
集液巷道一般寬0．6 m，高1．6 ITI，頂部成穹形，
巷距約10 m，若山頂或山脊礦層較厚，從山體側(cè)面
以2—3。的坡度往山頂或山脊的正下方離子相稀土
氧化物品位約為0．02％處挖進，這樣可以盡快回收
高濃度的母液，以及降低礦體內(nèi)壓，減少塌方危害。
若礦體底板為潛水面，則從浸礦期間最低潛水面以
下0．3 m處挖進，利用潛水面的自然水封作用，阻擋
母液流失。集液巷道底部夯實，為避免集液巷道頂
2015年2月第1期 何 耀：離子吸附型稀土礦提高采冶回收率的繭 堂 ： !：
部蹦塌造成堵塞，里面塞入稻草或灌木，距出口處2
m 內(nèi)用木頭支撐。
采場下方周圍，即沿采場所在山體的山腳，挖集液
溝收集山腳涌出的泉水及將來注液時有可能滲出的母
液；挖分流溝或埋分流管，分流礦體外部自然來水。
集液巷道進行負壓收液，可加快浸礦速度，減少
母液流失，同時減少塌方危害。過去由于采用負壓
收液和負壓抽液，抽液泵動力消耗大且故障頻繁，無
實際應(yīng)用價值，故未得到推廣。后經(jīng)改進，采用負壓
收液和常壓抽液技術(shù)，收液量比常壓收液提高
10．52％ 15．27％ ，并縮短收液時間約10％ 。
負壓收液的工作原理：U形管的出口端高于其
底部，管內(nèi)自然形成的液柱起對收液巷道密封的作
用，u形管的入口端高于其出口端，當收液巷道內(nèi)的
真空度低于u形管的人口端與其出口端高度之差
的液柱壓強時，巷道內(nèi)母液能自然流出。負壓收液
的設(shè)備安裝示意圖見圖2。
收液巷道 巷道口密封 真空泵
圖2 負壓收液設(shè)備安裝示意圖
因收液巷道內(nèi)為氣密系統(tǒng)，故維持巷道內(nèi)負壓
所需的設(shè)備投人和運行費用較低，但能明顯提高浸
礦回收率，給采礦帶來可觀的效益。
山腳集液溝收集的溶液，根據(jù)其稀土含量高低，
送到母液沉淀池，或送入配液池利用。
2．3 嚴格控制工藝終點的pH值
采冶回收率、產(chǎn)品的質(zhì)量以及生產(chǎn)原料的消耗，
與溶液的pH值關(guān)系十分密切。因此，采冶過程中
應(yīng)用pH值計精確測量溶液的pH值，精密pH試紙
只作為輔助使用。
2．3．1 凈化
母液中的雜質(zhì)(主要是Al“)含量高低不僅與
稀土礦本身吸附的雜質(zhì)離子含量有關(guān)，而且與浸礦
劑的濃度和pH值有關(guān)，浸礦劑的濃度越高，pH值
越小，浸礦劑的交換能力越強，交換下來的雜質(zhì)離子
也就越多 ]。理論上，當母液的pH值≥5．0時，
Al¨幾乎全部水解生成Al(OH) 沉淀。但是，離子
吸附型稀土礦本身對稀硫酸銨溶液具有緩沖作用，
當浸礦劑的pH =3～7時，收集到的母液pH=
4．40～4．83l5]
。因此，提高浸礦劑的pH，只能減少
母液中的雜質(zhì)含量，不能在降低稀土礦的浸出率前
提下使雜質(zhì)Al¨含量符合工藝要求。而雖然在浸
礦劑中加入緩沖劑可以做到，但其增加的成本目前
尚不能接受。因此，必須對母液中的雜質(zhì)進行凈化
處理。
除雜時往凈化池中加入碳酸氫銨溶液，同時用
壓縮空氣攪拌，嚴格控制溶液pH值在5．0～5．2之
問，溶液pH值大于5．2說明加入碳酸氫銨溶液過
量，應(yīng)補充新母液使溶液pH值降至合適范圍，然后
停止攪拌進行澄清。這是降低碳酸氫銨消耗，同時
提高稀土回收率的有效辦法。
2．3．2 稀土沉淀
把凈化池的上清液放入稀土沉淀池，加入碳酸
氫銨溶液使溶液中的稀土離子生成碳酸稀土沉淀，
同時用壓縮空氣攪拌。隨著碳酸氫銨溶液的加入，
碳酸稀土沉淀不斷產(chǎn)生，同時溶液pH值也不斷升
高，而稀土離子含量不斷下降。國內(nèi)某礦區(qū)溶液pH
值與稀土離子含量關(guān)系如表1所示。
表1 不同pH值時溶液中的稀土含量
pH REO／mg·L一 pH REO／mg-L一1
6．20 249 6．81 17
6．41 145 7．OO 15
6．58 76 7．21 l4
由表1可見，必須嚴格控制溶液pH值在6．8—
7．0之間，pH值小于6．8，說明加入碳酸氫銨溶液量
不足，應(yīng)繼續(xù)加入碳酸氫銨溶液；溶液pH值大于
7．0，說明加入碳酸氫銨溶液過量，應(yīng)補凈化池的上
清液使溶液pH值降至合適范圍，然后停止攪拌進
行澄清。這是降低碳酸氫銨消耗，降低配浸礦劑時
硫酸消耗，同時提高稀土回收率的有效辦法。
2．3．3 沉淀后液再生
稀土沉淀池上清液pH值在6．8—7．0之間，其
中所含的少量碳酸氫銨必須去除，否則，返回浸礦時
會與礦層中的稀土離子生成碳酸稀土沉淀，使原本
可以浸取的稀土離子留在礦層中，從而降低采冶回
· 30· 中國有色冶金 A生產(chǎn)實踐篇．稀土金屬
收率。去除碳酸氫銨方法是加入硫酸，當溶液的pH
值降至5．5左右，碳酸氫銨將生成硫酸銨，碳酸氫根
生成CO：氣體排人大氣中。
2．4 減少母液流失
離子吸附型稀土礦的采場周圍有無礦地段時，
自然狀態(tài)下母液會擴散到無礦地段，從而造成稀土
流失。對此，在采場周圍的無礦地段打注水井，并注
上水，井越深，井內(nèi)水位越高，水封效果越好。定期
采集注水井旁觀察井內(nèi)的水樣，分析稀土含量，若稀
土含量上升，說明有稀土流失，必須在觀察井的外圍
增加注水井。
在注入浸礦劑和洗水過程中，每天要對采場下
游山腳周圍巡查數(shù)次，發(fā)現(xiàn)泉水流量增大，或是出現(xiàn)
新的滲液處，采取措施收集利用，防止稀土流失和浸
礦劑污染環(huán)境。如果在滲液處周圍還存在溶液流失
路徑時，再挖水封井注水進行攔截。
2．s 找出浸礦盲區(qū)。對流失母液中的稀土進行回收
粘土礦物具有富集吸附稀土離子和銨離子的能
力，當?shù)V層中某些部位流經(jīng)的浸礦劑不足時，其能把
浸礦劑中的稀土離子和銨離子吸附富集，從而形成
浸礦盲區(qū) 。浸礦盲區(qū)的存在，會使浸礦回收率降
低。在收液過程中，要定期采集不同部位收集的母
液和觀察井中的溶液分析稀土含量，了解礦層的浸
取狀況。母液稀土含量明顯下降后，暫停注入浸礦
劑，及時打檢查取樣鉆，采樣分析離子相稀土含量，
把可能存在的浸礦盲區(qū)和母液流失路徑找出。對于
浸礦盲區(qū)，必要時上部要加挖注液井，從下部加打?qū)?
流孔，并注入浸礦劑回收其中的離子相稀土。對于
母液流失路徑，根據(jù)其稀土含量，具有回收價值時，
加挖注液井和導流孔，并注入浸礦劑回收；無回收價
值時，加強水封措施。
當從浸礦盲區(qū)收集的母液稀土含量明顯下降，至
加入沉淀劑回收稀土無效益時，往注液井注入洗水，
把風化殼內(nèi)的硫酸銨溶液擠出收集，用于浸礦劑的配
制。當洗水母液硫酸銨含量低于150 mg／L時，停注
洗水，后續(xù)滲出的液體繼續(xù)收集，用于配浸礦劑。這
樣，洗水母液中的硫酸銨和稀土得到回收利用，同時
清潔了土壤，消除了浸礦劑對土壤和環(huán)境的污染。
2．6 用稀硫酸溶解凈化渣中的碳酸稀土，草酸沉淀
回收其中的稀土
母液除雜前先經(jīng)澄清池澄清，把泥和砂及部分
鈣除去，降低除雜劑消耗，減少除雜渣量，提高除雜
時稀土回收率和溶液質(zhì)量。
除雜產(chǎn)生的凈化渣，主要成分為氫氧化鋁，同時
含有7％ ～11％ 的碳酸稀土，當排掉合格的上清液
后，加入新澄清后的母液時，由于母液中雜質(zhì)離子水
解產(chǎn)生酸，因此，凈化池原有的碳酸稀土將溶解進入
溶液，同時在一定范圍內(nèi)提高溶液的pH值，因凈化
池中碳酸稀土量不足，必須繼續(xù)加入碳酸氫銨溶液
才能使母液的pH值提高到5．0以上。多次操作氫
氧化鋁累積至一定量后，影響除雜池的處理能力時，
必須進行回收稀土處理。用稀硫酸溶液把凈化渣中
的碳酸稀土溶解，在pHI．8～2．0的條件下，加入草
酸溶液，生成草酸稀土沉淀，過濾洗滌，得到合格的
草酸稀土產(chǎn)品。濾液用碳酸氫銨溶液調(diào)pH 值至
5．0，獲得氫氧化鋁沉淀和硫酸銨溶液，余液再用石
灰中和獲得草酸鈣沉淀，最后余液為硫酸銨溶液，返
回系統(tǒng)作配浸礦劑用。
2．7 壓濾過程流失的碳酸稀土返回稀土沉淀池
回收
把稀土沉淀池的上清液放入配液池后，加水洗
滌沉淀，然后再澄清并排放上清液。在壓縮空氣攪
拌下，用壓濾機過濾。在壓濾過程中，裝機缺陷或濾
布穿孔引起漏渣，在卸渣和洗機時也會造成碳酸稀
土損失。如果濾液和洗機水直接排人配液池，將造
成碳酸稀土的直接損失，并增加配浸礦劑時硫酸消
耗。因此，應(yīng)把濾液和洗機水先排入另一個稀土沉
淀池，通過稀土沉淀池澄清后再排入配液池。這樣，
過濾時稀土的損失接近0，而且能大幅度降低配浸
礦劑時硫酸消耗。
2．8 廢液完全回收利用
離子吸附型稀土礦采冶過程產(chǎn)生的廢液有：①稀
土沉淀池上清液，其主要含硫酸銨、少量碳酸氫銨和
微量稀土離子；② 低稀土濃度的浸礦母液，其主要含
硫酸銨和少量稀土離子；③洗水母液，其主要含少量
硫酸銨和少量稀土離子；④采場下方收集的滲出液，
其主要含硫酸銨和少量稀土離子；⑤ 回收凈化渣中稀
土后產(chǎn)生的廢液，其主要含硫酸銨和微量稀土離子。
上述廢液都有一個共同特點，就是含浸礦劑
(硫酸銨)和目標產(chǎn)品(稀土)。在浸礦過程中，粘土
類礦物吸附硫酸銨和吸收水分 ，上述廢液正好作
為補充。在浸礦過程中，粘土類礦物吸附硫酸銨和
吸收水分 ，上述廢液正好作為補充。當浸礦劑的
硫酸銨濃度低于要求值(1．5％ ～3％ 硫酸銨溶液)
2015年2月第1期 何耀：離子吸附型稀土礦提高采冶回收率的技術(shù)措施 ·31·
時，必須投人硫酸銨至要求濃度。
3 結(jié)語
離子吸附型稀土礦含當今高科技領(lǐng)域必須的某
些元素，并且是其主要來源，主要產(chǎn)于我國南方部分
省份，是國家保護開采礦種，必須加強管理，防止偷
采濫采，采富棄貧，浪費寶貴資源和造成環(huán)境污染；
同時采取有效的技術(shù)措施，提高其采冶回收率。
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M easures of increasing mining and smelting recovery of iron-absorbed rare earth ore
HE Yao
Abstract：The characteristics of iron—absorbed rare earth ore，its mining and smelting principle and technological
process were introduced．The measures to increase recovery of rare earth during every steps of mining and smelting
process were comprehensively discussed．
Key words：iron—absorbed rare earth；mining and smelting；recovery
西班牙研發(fā)出石墨烯電池使用壽命是鋰電池的兩倍
西班牙Graphenano公司(一家以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的公司)同西班牙科爾瓦多大學合作研究出了首
例石墨烯聚合材料電池。2015年該公司將將其投人生產(chǎn)。四大德國汽車生產(chǎn)公司中的兩家將用此電池與
電動汽車進行試驗。
2004年，石墨烯在曼徹斯特大學唄安德烈·海姆博士和康斯坦丁·諾沃肖洛夫博士兩人共同發(fā)現(xiàn)，這種
物質(zhì)有著驚人的性能，它很薄，是超導體，透明度高，并且非常堅硬。雖然這些年人們一直認為這種材料將在
電池領(lǐng)域帶來重大變革，但事實上將它大量投入生產(chǎn)非常困難。然而，在2012年Graphenano公司成為世界
上第一家以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的公司。從那時起，這家公司主要從事于加快應(yīng)用這種被稱為”上帝的材
料”的研究。終于用它做出了電池。
這項新技術(shù)是將石墨烯做成聚合物。其優(yōu)勢在于它的能量密度、持續(xù)時間、充電速度、重量和價格。它
對于航空業(yè)、汽車業(yè)、計算機產(chǎn)業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)都意味著一個跨越性的發(fā)現(xiàn)，它能大大增加產(chǎn)業(yè)效率，并且能將
之前的一些想象變成可能。
這個新產(chǎn)品，有著遠超市場上其他產(chǎn)品的卓越性能。一個鋰電池(以最先進的為準)的比能量數(shù)值為
180 wh／kg，，而一個石墨烯電池的比能量則超過600 wh／kg。也就是說，它的儲電量是目前市場上最好的產(chǎn)
品的三倍。
這種電池的壽命也很長，它的使用壽命是傳統(tǒng)氫化電池的四倍，是鋰電池的兩倍。用它來提供電力的電
動車最多能行駛1 000 km。而將它充滿電只需要不到8 min的時間。
石墨烯的特性也使得電池的重量可以減少為傳統(tǒng)電池的一半。這樣可以提高裝載該電池的機器的效
率?？茽柖嗤叽髮W正在研究如何減小電池體積來使得電池外觀更完美。由于石墨烯的密度過大，目前只能
應(yīng)用于電動交通工具(包括汽車和船只等)。這個研究團隊希望在未來能減小它的體積使得能將其應(yīng)用到
電子設(shè)備當中，比如手機。
成本低是石墨烯的另一個優(yōu)勢。生產(chǎn)這種電池的公司表示，它的成本將比鋰電池低77％ 。是消費者們
能夠承擔的價格。因此，它將能被用于一些現(xiàn)有的設(shè)備和交通工具中，避免了和基礎(chǔ)設(shè)施不適配的問題。

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