广西某矿回收稀土元素的工业模拟试验研究

李刚，朱志成，梁建，郭钟群，陈忠熙

（1.江西离子型稀土工程技术研究有限公司，江西 赣州341000；2.江西理工大学，江西 赣州341000；3.核工业赣州工程勘察院，江西 赣州341000）

广西有很多瓷土矿中都伴生有离子型稀土[1,2]，由于离子型稀土品味低以及回收工艺复杂等，大多瓷土矿山开采过程中，瓷土中的稀土未被利用而残留于尾矿中白白浪费掉。近几年，离子型稀土矿山由于严重污染环境而被叫停[3,4]，导致稀土原材料严重匮乏，而瓷土矿中回收稀土资源将对稀土市场可持续发展及环境保护有重大意义，因此，从瓷土矿及其他材料中回收稀土金属是社会发展的必然趋势。

为此，本文针对该矿山采场的瓷土矿进行稀土回收工业模拟试验，采用无氨浸矿剂硫酸镁置换瓷土矿中的稀土金属，通过单因素条件实验和正交实验确定最优浸矿剂浓度及PH等参数，为瓷土矿中稀土金属的有效回收提供参考依据。

1 原矿性质

该瓷土矿属风化残余型矿床，矿物组成比较简单，主要矿物成分有石英、黏土矿物和长石组成，瓷土矿中的黏土矿物主要是以伊利石和高岭石，以伊利石为主含量占70%-80%，高岭土占20%-30%。矿层顶板为风化残疾腐殖土及第四系冲洪积层，矿层底板岩性为松散砂土及砂砾。

2 试验研究

2.1 试验原料及试剂

试验所用瓷土矿来自广西某瓷土矿采场。试验试剂主要有：工业七水硫酸镁（纯度≥99.5%），硫酸，氨水，乙酰丙酮，磺基水杨酸，六次甲基四胺，二甲酚橙，EDTA标准液。

2.2 试验装置及仪器

主要实验仪器: ES30K-1大称量电子天平，KSL-110箱式高温箱式炉，PHBJ-260便携式PH计，S78-1磁力加热搅拌器，JJ-100W电动搅拌器，板框压滤机。

2.3 试验方法及步骤

将瓷土矿和浸矿剂混合后搅拌半个小时，再转入压滤机进行过滤；压滤结束后收集母液，并测母液的体积、PH、浓度，滤饼则加入顶水重新搅拌半个小时，之后再压滤，压滤之后收集顶水浸出液，测体积、PH、浓度，测量滤饼重量及厚度。

3 结果与讨论

3.1 试验原理

瓷土矿中的稀土离子主要吸附于伊利石和高岭石等黏土矿物，当加入浸矿剂后，稀土阳离子与浸矿剂中的阳离子交换，从而进入溶液中，反应式如下：

[瓷土矿]m·nRE3+(s)+3nMg2+(aq)= [瓷土矿]m·3n (Mg2+)(s)+n RE3+(aq)

式中：RE3+代表稀土离子；

s代表固相；

aq代表液相。

3.2 浸矿剂浓度对稀土回收率的影响

试验分3组，分别采用含量为1%、2%、3%、4%的硫酸镁作为浸矿剂，固液比1:1，在室温条件下试验，由图1可以看出，在浸矿剂浓度为2%的基础上，继续增大浸矿剂浓度对瓷土矿中稀土的回收率影响甚微，采用较高浓度的浸矿剂反而需要消耗更多硫酸镁，增加了生产成本，因此对不同PH的浸矿剂浸取优化中，均采用含量为2%的浸矿剂进行试验。

图1 浸矿剂浓度对瓷土矿回收稀土的影响

3.3 浸矿剂PH对稀土回收率的影响

分别采用PH值为4.0、4.5、5.0、5.5、6.0的硫酸镁作为浸矿剂，从实验结果可知，在浸矿剂含量为2%，固液比为1:1的前提下，四种不同PH的浸矿剂对瓷土矿中稀土的浸出效果不同，四组实验中瓷土矿的稀土回收率如图2所示。浸矿剂PH 为4.0时，其稀土回收率最高，在PH值为5之前，随着PH增大，回收率变化交缓慢；在PH为5之后，随着PH值升高，稀土浸出效果明显降低。然而浸矿剂PH值较小时，瓷土矿中的铝离子被大量提取出来进入浸出母液，影响稀土母液提纯，当浸矿剂PH值较大时，稀土浸出母液中虽然含铝较少，但是浸出效果太差，综合考虑选择PH值为5的浸矿剂效果最优，且稀土回收率能达到83%。

图2 浸矿剂PH对瓷土矿中稀土回收率的影响

最后的滤饼作为瓷土矿的原材料进行加工利用，本实验既回收了稀土，又充分利用了瓷土矿资源，实现了资源的综合利用。试验过程考虑到矿山实际生产，所有环节只需扩大生产即可。

4 结论

(1)采用硫酸镁作为浸矿剂进行瓷土矿回收稀土试验，确定较优试验条件为浸矿剂含量为2%，PH为5.0，固液比为1:1，搅拌时间为0.5h，转速为200rpm，此时瓷土矿中稀土回收率达83%，浸出效果较稳定。

(2)本试验设计模拟实际生产工艺，搅拌及压滤环节均可在矿山实现工业生产，为该瓷土矿回收稀土提供了技术参考。