【摘要】：風化殼淋積型稀土礦富含豐富的中重稀土,它的高效開采具有極大的商業(yè)價值和戰(zhàn)略意義。目前工業(yè)上主要以銨鹽為浸取劑,采用堆浸或原地浸取工藝回收稀土。實際礦山開采中發(fā)現(xiàn)存在較多的滲透性較差的礦山,導致礦山生產(chǎn)效率較低或礦山無法開采。本文針對此類難滲透風化殼淋積型稀土礦,研究了浸取劑銨鹽溶液在礦體的滲透規(guī)律,提出通過改變礦石初始含水率和添加助浸劑兩種方法改善浸取劑在難滲透礦體中的滲透效率,并具體研究了礦石初始含水率和助浸劑對難滲透風化殼淋積型稀土礦浸取過程的影響,為指導難滲透風化殼淋積型稀土礦的開采工藝奠定理論基礎,也為強化難滲透風化殼淋積型稀土礦稀土高效浸出和低雜浸出提供科學依據(jù)。主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)考察了裝礦高度、壓差和礦石初始含水率對浸取劑在礦體滲透過程的影響,發(fā)現(xiàn)浸取劑在礦石中的滲流符合達西定律。裝礦高度越小,礦石初始含水率越高,壓差越大,滲透速度越大;裝礦高度越小,礦石初始含水率越高,壓差越大,形成穩(wěn)定流場的時間越短。(2)考察了初始含水率對難滲透風化殼淋積型稀土礦浸取過程的影響,結(jié)果表明礦石初始含水率有效提高了稀土和鋁的浸出速率,但不影響稀土和鋁的浸出率。柱浸優(yōu)化工藝為:礦石初始含水率20%,銨根濃度0.24 mol/L,液固比1:1和初始pH 5.5~6.0,稀土和鋁的浸出率分別為95.35%和96.46%。通過動力學方程分析了初始含水率對稀土和鋁浸取動力學的影響,結(jié)果表明增大礦石初始含水率能有效提高稀土和鋁的浸出速率,稀土和鋁的浸出過程受內(nèi)擴散動力學控制。運用色層塔板理論探討了礦石初始含水率對稀土和鋁傳質(zhì)過程的影響,結(jié)果表明初始含水率越高,理論塔板高度(HETP)越小,稀土和鋁的浸取傳質(zhì)效率越高。(3)對比了甲酸銨、羥丙基甲基纖維素和田菁膠的助浸效果,結(jié)果表明甲酸銨的助浸效果較好。以甲酸銨作助浸劑,考察了甲酸銨復配濃度、浸取溫度、液固比和浸取劑pH對稀土和鋁的浸出率的影響,研究結(jié)果得出增大甲酸銨復配濃度、浸取溫度和液固比,稀土的浸出都有所增大。同時,還發(fā)現(xiàn)甲酸銨能有效抑制鋁的浸出,當甲酸銨復配濃度為0.032 mol/L時,鋁的浸出率僅38.86%,較未加甲酸銨作為助浸劑時鋁的浸出率96.46%減少了57.60%,但較低的pH會降低甲酸銨的抑鋁效果。運用動力學模型分析了甲酸銨助浸動力學過程,分析結(jié)果顯示增大甲酸銨復配濃度和浸取溫度,稀土的浸出速率會明顯加快,稀土和鋁浸出過程受內(nèi)擴散動力學控制,稀土浸取反應活化能為15.83 kJ/mol,鋁浸取反應活化能為9.60 kJ/mol。運用色層塔板理論考察了助浸劑甲酸銨對稀土和鋁傳質(zhì)過程的影響,結(jié)果表明浸取溫度越高,液固比越大,HETP越小,稀土和鋁傳質(zhì)效率越高。(4)研究了甲酸銨抑鋁浸出機理,發(fā)現(xiàn)在pH 5.5~8.0范圍內(nèi),甲酸銨將離子交換態(tài)鋁轉(zhuǎn)化為吸附態(tài)羥基鋁滯留在尾礦中不被浸出,從而大幅度降低浸取過程鋁的浸出率。上述結(jié)果表明通過改變初始含水率和添加甲酸銨作為助浸劑,都能有效加快難滲透風化殼淋積型稀土礦開采過程中稀土的浸出速率,大幅度縮短生產(chǎn)周期,提高生產(chǎn)效率。同時,甲酸銨還能有效抑制稀土礦中雜質(zhì)鋁的浸出,降低后期除雜工藝成本,提高稀土純度。
【圖文】：

圖 1.1 稀土礦的分類Fig.1.1 The classification of rare earth ore1.2.2 稀土礦的分布稀土元素在地殼中分布相當不均勻，但其含量并不稀少，由于各種原因，符合工業(yè)開采標準的稀土礦存在的不是很多。在中國、美國、埃及、馬拉維、加拿大、南非等國家都發(fā)現(xiàn)有稀土礦床的存在[16]，但在這些國家中稀土儲量的排行屬中國最高。在 250 多種稀土礦物中只有風化殼淋積型稀土礦、硅鉸釔礦、氟碳鈰礦、獨居石、磷釔礦等是由工業(yè)應用價值的稀土礦。我國典型且有工業(yè)開采價值的稀土礦包括南方七省的風化殼淋積型稀土礦、漫長海岸線上的海濱砂礦湖南褐釔鋁礦、冕寧稀土礦、白云鄂博稀土礦和微山稀土礦等。典型代表白云鄂博稀土礦[17,18]的組成主要為獨居石和氟碳鈰礦，其比例為 1:2。四川

1.3.2 風化殼淋積型稀土礦采選工藝風化殼淋積型稀土礦目前主要以堆浸和原地浸出工藝為稀土礦采選工藝[2,32,33]。風化殼淋積型稀土礦堆浸工藝的工藝圖如圖1.2所示，風化殼淋積型稀土礦堆浸工藝的實景圖如圖 1.3 所示。風化殼淋積型稀土礦堆浸是事先選擇地勢較好的場地，一般是山坳處較好，之后平整場地，并在場地低側(cè)構(gòu)筑匯流溝和在場地外圍挖防洪溝，然后在場地上鋪墊防漏層并在防漏層上搭建木框架，竹片框架上鋪墊麻布片，將稀土礦構(gòu)筑堆場，，平整堆頂后在堆頂構(gòu)造丘田樣式構(gòu)筑圍堰，接著布置加液管向礦堆里注入浸取劑溶液，再通過集液溝回收浸出液至集液池，通過沉淀工藝回收稀土。盡管堆浸工藝在不斷地生產(chǎn)實踐中不斷在改進完善
【學位授予單位】：武漢工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TD955

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本文編號：2709655