【摘要】：稀土素有工業(yè)“維生素”之稱,是電子信息、生物科技、能源技術(shù)等高科技領(lǐng)域和國防建設(shè)中的重要基礎(chǔ)材料。目前,稀土元素在國際市場上的需求量不斷攀升,稀土原礦資源的逐漸枯竭,加強(qiáng)對稀土礦產(chǎn)資源的綜合利用變得尤為重要。稀土尾礦是重要的以稀土為主的二次礦產(chǎn)資源,對其進(jìn)行回收利用已受到國家高度重視和研究學(xué)者們關(guān)注研究的熱點(diǎn)。本研究旨在分步富集回收稀土礦泥浸出液中的有價元素,在對冕寧縣南河馬廠村的稀土尾礦工藝礦物學(xué)研究分析的基礎(chǔ)上,采用逐步接枝聚合的方法制備了性能良好的Mn(II)離子印跡材料和水楊酸型吸附材料,以其分別作為Fe~(3+)、Mn~(2+)離子以及稀土離子(RE~(3+))的固相萃取吸附劑,深入研究了兩種材料在稀土礦泥浸出液中對目標(biāo)離子的富集性能,極大的提高了稀土離子的純度,在稀土產(chǎn)品純化方面具有重要的科學(xué)意義。論文主要取得以下成果:(1)采用X射線衍射(XRD)、電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)等測試技術(shù)對稀土尾礦進(jìn)行工藝礦物學(xué)分析與表征,得出稀土尾礦中含有除Pm之外的16種稀土元素,其中Ce、La、Nd、Pr等輕稀土元素含量較高,稀土配分屬于Ce_2O_3La_2O_3Nd_2O_3的富∑Ce_2O_3的強(qiáng)選擇配分型,∑Ce_2O_3與∑Y_2O_3的總量分別介于96.76%~97.60%、2.40%~3.31%;尾礦主要由氟碳鈰礦、重晶石、螢石、長石、云母等脈石礦物以及負(fù)載稀土與鉛的鐵錳質(zhì)膠體組成;稀土元素以稀土獨(dú)立礦物相(氟碳鈰礦為主)、鐵錳質(zhì)膠體吸附相、脈石礦物分散相三種賦存狀態(tài)存在,其REO平均含量分別為74.07%、3.69%、0.36%。(2)采用逐步接枝聚合的方法,以HCl活化的SiO_2為無機(jī)載體,異丁烯�；�-3-甲氧基硅烷(AMPS)為偶聯(lián)劑,甲基丙烯酸2-羥乙酯(HEMA)為功能單體,8-羥基喹啉(HQ)為功能基團(tuán),制備Mn(II)離子表面印跡材料(Mn-IIPs,Ion-imprinted polymer);以3-氨丙基三甲基硅烷(MPS)為偶聯(lián)劑,甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)為功能單體,5-氨基水楊酸(5-ASA)為功能基團(tuán),制備水楊酸型螯合吸附材料。采用傅里葉紅外光譜(FT-IR)、熱重差熱(TG-DTA)、掃描電子顯微鏡(SEM)對兩種材料進(jìn)行表征。結(jié)果表明,在50℃NH_2-S_2O_8~(2-)還原氧化體系中反應(yīng)12 h,HEMA的接枝度為14.13 g/100 g;以碳酸氫鈉為縛酸劑,在90℃反應(yīng)6 h,HQ基團(tuán)的鍵合率為81.50%。70℃反應(yīng)20 h,GMA的接枝度為13.52 g/100 g;80℃堿性溶液中反應(yīng)36 h,SA基團(tuán)的鍵合率為90.00%。兩種材料表面均形成了疏松的聚合物覆蓋層,并具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。(3)印跡微粒Mn-IIPs表面聚合物薄層內(nèi)分布了大量的印跡空穴和HQ功能基團(tuán),對Fe~(3+)、Mn~(2+)表現(xiàn)出特定的選擇識別性。單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,稀土浸取液稀釋倍數(shù)為250倍時,對Fe~(3+)、Mn~(2+)的吸附率分別為90.90%和89.30%;體系溫度為30℃,分別為95.52%和91.71%;pH=2.0時,Mn~(2+)的吸附率為90.61%(Fe~(3+)已發(fā)生水解);Mn-IIPs用量對其吸附性能影響不大。以濃度為0.25 mol·L-1的HCl作為洗脫劑,Fe~(3+)、Mn~(2+)的解吸率分別為96.42%、95.72%;印跡材料Mn-IIPs在重復(fù)使用5次之后,其對Fe~(3+)、Mn~(2+)離子的吸附率為83.7%和87.5%,分別下降了2.89%和0.24%,體現(xiàn)出了印跡材料Mn-IIPs有效的可再生性以及再循環(huán)使用性能。(4)螯合材料ASA-PGMA/SiO_2表面的雙齒配位基團(tuán)(羥基和羧基)在水溶液中可形成穩(wěn)定的六元螯合環(huán),在配位螯合與靜電協(xié)同作用下,對RE~(3+)離子表現(xiàn)為較強(qiáng)的化學(xué)吸附行為。體系溫度為50℃,對RE~(3+)的吸附率為94.56%;pH=4.0,吸附率為75.35%;ASA-PGMA/SiO_2用量為0.10 g時,吸附率為96.99%。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,各因子對RE~(3+)吸附性能的影響由大到小依次為介質(zhì)pH、螯合微粒用量、體系溫度、吸附時間,當(dāng)pH為5.0,體系溫度為50℃、吸附時間為1 h,微粒用量為0.06 g時,螯合微粒對RE~(3+)的吸附率為97.29%。材料表面的結(jié)合位點(diǎn)給予了RE~(3+)易洗脫的特質(zhì),酸濃度為0.25 mol·L-1時,RE~(3+)的洗脫率為97.35%;吸附-解吸實(shí)驗(yàn)表明,螯合材料具有良好的重復(fù)使用性能,其對RE~(3+)的吸附性能僅下降了2.03%。
【圖文】：

圖 1-1 8-羥基喹啉錳配合物的幾何構(gòu)型a,b,c 分別為三個配體水楊酸型螯合吸附材料 ASA-PGMA/SiO2并深入子的富集回收枝聚合的方法，以 MPS 為偶聯(lián)劑，GMA 為功能螯合基團(tuán)（基團(tuán)上的羧基-COOH 和羥基-OH，可合物的幾何構(gòu)型如圖 1-2 所示），制備水楊酸型G-DTA、SEM 對其組成結(jié)構(gòu)與表面形貌進(jìn)行測試對 SA 基團(tuán)鍵合率的影響，以確定最佳的鍵合條ab

圖 1-1 8-羥基喹啉錳配合物的幾何構(gòu)型a,b,c 分別為三個配體制備水楊酸型螯合吸附材料 ASA-PGMA/SiO2并深入研究其E3+離子的富集回收逐步接枝聚合的方法，以 MPS 為偶聯(lián)劑，GMA 為功能單體子的螯合基團(tuán)（基團(tuán)上的羧基-COOH 和羥基-OH，可與 RE，，其配合物的幾何構(gòu)型如圖 1-2 所示），制備水楊酸型螯合R、TG-DTA、SEM 對其組成結(jié)構(gòu)與表面形貌進(jìn)行測試分析；應(yīng)溫度對 SA 基團(tuán)鍵合率的影響，以確定最佳的鍵合條件。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD926.4

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