离子型稀土矿柱浸过程稀土离子穿透曲线的计算方法研究
离子型稀土矿浸出过程主要物质浸出规律研究
离子型稀土矿浸出过程主要物质浸出规律研究杨幼明;王莉;肖敏;黄金;蓝桥发;杜朝军【摘要】The leaching behaviors of water, RE, ammonium sulfate and other foreign ions were investigated by using the column leaching method with the leaching agent of ammonium sulfate. The results show that ionic rare earth ore has relatively strong adsorption for water which made the contents of water increased from 17.74 %to 33.7%. The leaching rate of RE is 99.98%. For impurities ,the leaching amounts of the Al3+is relatively large, the SiO32- is smaller, but the Fe3+is almost no leaching and the leaching order of the ions is followed as SiO32-, RE3+, Al3+, Fe3+. When the concentration of Al3+and Fe3+reach to the peak, the lowest pH value of the leachate is obtained. However, with the addition of the leaching agent and water, the pH value are raised up, until run up to the pH value of the ammonium sulfate solution and the water.%采用柱浸法研究硫酸铵浸取离子型稀土矿过程中水、稀土、硫酸铵及其他杂质离子的浸出规律.研究表明，离子型稀土矿矿土对水有较强的吸附能力，浸矿后，矿土的含水率由17.74%增加到33.7%.浸出过程中，稀土浸出率可达99.98%，杂质中Al3+浸出量比较大，SiO32-浸出量较小，而Fe3+几乎不浸出，各离子的浸出先后顺序为：SiO32-、RE3+、Al3+、Fe3+，杂质Al3+的浸出略滞后于稀土的浸出. Al3+、Fe3+浓度达到峰值时，pH值最低，随着浸矿剂和顶水的加入，浸出液的pH值开始上升，直至达到硫酸铵溶液的pH值和顶水的pH值.【期刊名称】《有色金属科学与工程》【年(卷),期】2016(007)003【总页数】6页(P125-130)【关键词】离子型稀土矿;硫酸铵;浸出规律【作者】杨幼明;王莉;肖敏;黄金;蓝桥发;杜朝军【作者单位】江西理工大学工程研究院，江西赣州 341000; 国家离子型稀土资源高效开发利用工程技术研究中心，江西赣州 341000;江西理工大学工程研究院，江西赣州 341000;江西理工大学工程研究院，江西赣州 341000;江西理工大学工程研究院，江西赣州 341000;国家离子型稀土资源高效开发利用工程技术研究中心，江西赣州 341000;南阳理工学院生物与化学工程学院，河南南阳 473000【正文语种】中文【中图分类】TD865;TF111.3离子型稀土矿于1969年在我国首次被发现并命名，含有15种稀土元素，特别是富含国防军工及其他高科技产业领域中不可或缺的铕、铽、镝、镱、镥、钇等中重稀土元素[1]，具有配分齐全，中重稀土元素含量高、放射性低、高科技应用元素多、综合利用价值大“五大”突出优点[2].离子型稀土矿物不是以独立的矿物相形式存在，而是呈离子状态吸附于黏土类矿物中[3-4].离子型稀土的开采工艺经历了20世纪80年代从氯化钠浸矿到硫酸铵浸矿工艺、90年代从池浸到原地浸矿工艺的两大飞跃，“硫酸铵浸取-碳铵沉淀工艺”已在离子型稀土矿的提取中得到广泛应用[5].原地浸矿工艺的显著优点在于工艺基本对地表植被不予破坏，保持原始生态.也有研究采用硫酸镁[6-9]或其他浸取剂[10]代替硫酸铵作为浸矿剂，以改善铵根对环境的影响，丰富了原地浸矿工艺内容.硫酸铵浸出离子型稀土矿浸出过程的化学反应可表示为：其中:[Clay]表示黏土矿物，s表示固相，aq表示液相.在离子型稀土的开采过程中，铵根离子将稀土离子交换下来而留在黏土矿物中，未交换的铵根离子残留在矿区土壤、地下水和地表水中.工业上常用1%～ 2%的硫酸铵浸矿剂按体积比为0.33（浸矿液体积∶矿土体积）的比例注入矿体中[11].但在实际生产过程中，由于操作工人对硫酸铵浸矿工艺的理论不了解，对浸矿剂与矿体中各元素的浸出规律不明确，为提高稀土的浸出率，就盲目提高硫酸铵浸矿剂的浓度和用量，导致过量的浸矿剂和浸出液渗入矿体下部污染地下水系[12]，浸矿液流失严重，流域溪流水中氨氮含量较高，浓度可达0.1 g/L.据统计，生产1 t氧化稀土，需消耗8 t硫酸铵浸矿剂，产生1 000～1 200 t废水.同时，矿体灌入过量的浸矿剂，易引发滑坡、崩塌和泥石流等次生地质灾害，给矿区人民的生命财产安全带来严重威胁[13].在浸矿过程中，过量的浸矿剂也会导致铁、铝等非稀土杂质随着稀土一起浸出，对后续沉淀及萃取工序产生影响，同时也影响产品质量.欧阳克氙等[14]研究了在硫酸铵浸矿剂中添加硫化物、柠檬酸、酒石酸等抑制杂质铝的浸出.邱廷省等[15]研究了硫酸铵中添加LG-01抑制杂质铝、铁的浸出，LG-01抑杂剂可与铝铁杂质离子形成络合物或难溶沉淀物从而有效抑制稀土矿中的铝铁杂质的浸出.但抑制剂同时也会与稀土结合影响稀土的浸出效果.在硫酸铵浸矿理论方面，科技工作者多研究了硫酸铵浸矿的动力学和热力学研究[16]，而对浸出过程中水、稀土、硫酸铵、铝铁杂质等的浸出平衡关系报道较少.何正艳等[17]研究了在不同浸矿剂浓度、pH 值、浸取温度条件下稀土和铝及铵的浸出行为，但未对浸出过程中其他的主要物质如水、杂质铁、硅等进行研究.本文从硫酸铵的浸矿理论出发，研究了硫酸铵浸矿过程中水、稀土、硫酸根、铵根及其他杂质离子的浸出平衡关系，对硫酸铵浸矿规律进行系统性研究，完善硫酸铵浸矿工艺技术基础理论，探索减少浸矿剂用量、控制杂质浸出的条件，进而对硫酸铵浸矿工艺进行优化，为实际应用提供理论依据，实现离子型稀土矿的高效、绿色开采.1.1 实验药品及仪器实验所用的药品和仪器：硫酸铵（工业级）、草酸（分析纯）、有机玻璃管Φ 145 mm×1 500 mm等.离子型稀土原矿为广东平远县仁居稀土矿样品，样品含（吸附）水率W1=17.74%，稀土品位（REO）ω= 0.478%.浸取液为2%的硫酸铵溶液，其中含氨氮5.325 g/L，含硫酸根14.20 g/L.1.2 实验方法在玻璃柱中（Φ 145 mm×1 500 mm）均匀装入10 kg稀土原矿，以一定的流速向玻璃柱中加注2%的硫酸铵溶液，用饱和的草酸溶液定性检测浸出液中的稀土含量，以此判断是否浸出完全，发现浸出完全后，停止加注硫酸铵溶液，开始加注顶水.记录出液时间，以250 mL为单位收集浸出液，按出液顺序依次编号，把收集到的浸出液样品送样检测稀土、铝、硅、铁、铵根、硫酸根离子浓度.1.3 分析方法本实验所有样品均委托赣州艾科锐化工金属材料检测有限公司分析检测，其中稀土的检测按GB/T18882.1-2008（方法2）方法检测，铁、铝的检测按GB/T12 690.5-2003方法检测，镁的检测按国标 GB/T12 690.11-2003方法检测，硅的检测按JB/T 4394-1999方法检测，硫酸根的检测按ACRC-28-2/0-2010方法检测.部分稀土浓度的检测采用EDTA络合滴定法测定，采用pH试纸测定浸出液的pH 值.浸出10 kg的离子型稀土矿，共加入硫酸铵（浸矿剂）V1=12 353 mL，顶水V2=10 000 mL；收集的浸出液取样体积V3=9 660 mL，顶水液取样体积V4=10 065 mL；浸出取样时间t1=2 585 min；顶水液取样时间t2=2 596 min；实验共取样79个，19号样为稀土峰值时所取样，38号为加入顶水时的取样.10kg稀土矿浸出液中含各主要成分如表1所列.2.1 浸出过程水的流出规律柱浸实验水的平衡见表2，计算得出每公斤稀土矿可吸收水V5=2 400 mL，矿土吸水后的含水率为：其中：m矿为稀土矿质量，g.计算得吸水后稀土矿土总含水率由之前的17.74%增加到33.70%，说明离子型稀土矿土对水有较大的吸附能力.只有在矿土吸水达到饱和时，才会开始流出浸出液，根据这一特点，可以计算出离子型稀土浸矿过程开始出液的所需时间：T1=采区矿体体积×矿土密度×(矿饱和吸水率－矿含水率)÷注液速度根据图1中稀土及各离子的流出曲线规律，浸出过程前1 781 mL的浸出液，只含少量的，而RE3+、、Al3+、Fe3+的浓度几乎为零，根据矿土原含水率为17.74%计算得出10 kg矿土中含水1 774 mL，与浸出液的体积相近，说明是浸矿剂直接将矿土中的水顶出.2.2 浸出过程稀土与硫酸铵的流出规律浸出液中稀土及硫酸铵的流出曲线如图1所示.2.2.1 稀土的浸出规律根据图1可知，硫酸铵浸出稀土矿，流出液中稀土浓度呈正态分布，根据分布，可以将浸矿过程分为以下4阶段.第1阶段：前期液.前期液是指浸矿过程中浸出液开始流出，但是浸出液基本不含稀土，或者稀土含量极低的阶段，对应图1中0～1 781 mL区域；此阶段不流出稀土及硫酸铵，由此可计算出生产中不含稀土的浸出液的出液天数为：T2=采区矿体体积×矿土密度×原矿含水率÷注液速度.第2阶段：峰前液.峰前液是指随着2%硫酸铵的继续加入，流出液开始出现高浓度稀土浸出液，然后稀土浓度急剧增加，直至稀土浓度达到峰值的阶段，对应图1中1 781～4 790 mL区域.峰前液中共含稀土量32.44 g，占总稀土浸出量的67.87%，所以大部分的稀土在峰前液中.第3阶段：峰后液.峰后液是指随着2%硫酸铵的进一步加入，流出液的稀土浓度从峰值开始急剧降低，直至稀土浓度降低到一个极低的数值，对应图1中4 790～10 000 mL区域.峰后液中含稀土量14.971 g，占总稀土量的31.33%.第4阶段：后期液.后期液是指浸矿过程的尾期，其特点是稀土浓度很低，但是浸出液体积占的比例却很大，呈现一个很长的“拖尾”现象，对应图1中10 000～20 000 mL区域.由图1累加计算出稀土的浸出总量为：由此计算出稀土的浸出率为：采用柱浸法浸出离子型稀土矿的稀土浸出率较高，接近于100%.2.2.2 硫酸铵的流出规律铵根离子在浸出过程中的平衡关系如表3所列，计算可知离子型稀土矿交换吸附的铵根离子的质量为32.61 g，平均每公斤矿土交换吸附的铵根离子的质量为3.26 g，折算成每吨REO被交换吸附的硫酸铵为2.5 t.浸取液中的稀土总量为47.79 g，将所有稀土交换下来所需铵量为16.41 g，稀土矿中杂质铝交换需要的铵量为6.54 g，则主要阳离子交换需要的铵总量为22.95 g，那么矿土吸附的铵量为32.61 g-22.95 g=9.66 g，占总铵量的14.70%，平均每公斤矿土吸附铵量为0.966 g.从图1分析，浸出液中NH+4的流出曲线呈正态分布，在0～4 790 mL范围内，NH+4的浓度基本为零，说明这阶段加入的NH+4基本全部被稀土矿吸附或交换，这阶段加入的铵量为25.51 g，占总吸附及交换量的78.21%.稀土交换完毕后，NH+4浓度急剧升高，当NH+4浓度升高到3.5 g/L时，NH+4基本保持浸出平衡状态.开始加顶水后，顶水逐渐将NH+4不断顶出，在浸出液体积为14 000 mL 时，NH+4浓度迅速降低，但出现较长的拖尾现象，说明NH+4较容易残留于矿土中，会对矿山和地下水的生态环境产生一定的影响.在0～1 781 mL时，浸矿前期液将矿土中的水顶出，在1 781 mL至3 041 mL 时，浸出液中SO24-浓度快速上升，跟随稀土离子一同流出，在3 041 mL后，SO2-处于流出平衡状态，随着顶水的加入，与NH+一44同流出（过量的浸矿剂），也出现了较长的拖尾现象. 2.2.3 稀土浸出过程分区情况根据图2稀土与硫酸铵的浸出关系可看出，流出的浸出液前1 781 mL，浸矿剂将矿土中的水顶出，此部分浸出液只含少量的SiO23-离子，加入硫酸铵浸矿剂后，含水率由17.74%上升至33.7%，因此可将Ⅰ区域称之为矿土水交换区.在Ⅱ区域中，NH+4与稀土离子发生交换反应，浸出液稀土离子浓度和SO24-浓度不断上升，NH+4浓度几乎为零；当稀土离子交换完毕后，即稀土浓度达到峰值后，矿土中可交换的稀土离子减少，NH+4开始流出，SO24-浓度保持流出平衡状态，浓度约为11 g/L.Ⅱ区域主要为NH+4与稀土、Al3+等离子的交换反应，因此此区域称为铵交换区.随着硫酸铵浸矿剂的不断加入，NH+4浓度开始上升，然后处于流出平衡状态，浓度约为4 g/L.这时候所加入的硫酸铵未发生交换反应，硫酸铵浸矿剂过量，因此可将Ⅲ区域称之为铵过量区.计算NH+4处于流出平衡状态时的流出体积为7 140 mL，铵过量了57.81%.在浸出液离子浓度降低至800 mg/L浓度时（收液累加体积为7 297 mL），加入顶水，待顶水加入体积为6 853 mL后，NH+4与SO24-浓度才逐渐降低，因此可将Ⅳ区域称之为顶水作用区.对比NH+4及稀土离子的浸出曲线，当浸出液中NH+4的浓度开始上升时，即浸出液中稀土浓度开始下降时，浸取柱中残留的硫酸铵足以将剩余稀土浸出，此时可以停注硫酸铵溶液，改为注顶水，以减少硫酸铵的消耗和作业时间.随着顶水的加入量越大，矿土中残余的硫酸铵浸矿剂越低，因此可通过加注顶水的方式对矿体进行淋洗修复，以减少铵根离子对矿区的影响.2.3 浸出液pH值与主要物质的浸出规律离子型稀土矿不但含有稀土离子，而且还含有其他金属杂质离子，在浸矿过程中杂质离子会随着稀土离子一同被浸出，其浸出可用下式表示：其中，M表示杂质离子，包括Fe3+、Al3+、Ca2+等离子；n表示杂质离子的电荷数；同时，硅酸根离子也可能与交换.本实验过程中只测定Al3+、Fe3+、杂质离子的浓度变化，同时测定了取样液的pH值，由此得出浸出液中各离子的浓度变化与浸出液pH值变化关系图，如图3所示.由图3分析，浸出液的pH值与浸出液中的各离子浓度有密切关系，稀土、Al3+、Fe3+、SiO23-离子浓度均呈先上升后下降的趋势，而浸出液pH值是先下降后上升.无稀土和硫酸铵浸出的前1 781 mL浸出液的pH值与2%的硫酸铵溶液的pH值一致，开始有稀土离子浸出时，浸出液的pH值下降为4，稀土浓度达峰值时，料液pH值达到最低点pH=3，这可能是矿土中含有的吸附态羟基铝与浸矿剂交换后，释放出H+，导致浸出液的pH值降低[18]；也有可能是矿土中的稀土或铁离子被浸矿剂交换后，水解形成氢氧化稀土或氢氧化铁，产生H+，使pH值降低.从图3也可看出，pH值为3时浸出液中RE3+、Al3+和Fe3+的浓度均达到峰值.随着浸矿剂和顶水的加入，浸出液的pH值开始上升，直至达到硫酸铵溶液的pH值和顶水的pH值.无稀土浸出前液中也无 Al3+、Fe3+浸出，此时pH=5；随着浸矿剂的加入，铝离子的浓度迅速上升至544 mg/L，随后出现了一个小平台，Fe3+也达到浸出平衡状态，吸附态羟基铝交换下的H+或氢氧化铁水解产生的H+导致浸出液pH值降低，而pH值的降低又促进RE3+、Al3+、Fe3+的浸出.浸出液中RE3+、Al3+、Fe3+浓度降低后，浸出过程逐渐完毕，此时浸出液pH值也逐渐回升.对比Al3+、Fe3+的浸出曲线，整个浸矿过程中，浸出液中Al3+的浓度（按Al2O3计）可以高达1.23 g/L，很容易被浸出，而Fe3+的浓度最高只有0.24 mg/L，几乎不浸出. 浸出液前期不浸出稀土、Al3+、Fe3+时，SiO23-会随着矿体中水的流出而流出，可能是矿土表面或矿土中的部分游离SiO23-被水带出，因此SiO23-的浸出优先于其他离子.当pH=4时，SiO23-迅速上升，形成峰值；随着pH值的降低，SiO23-易与H+形成硅酸，抑制了SiO23-的浸出，浸出液中SiO23-浓度逐渐降低，而后出现较长的拖尾现象.2.4 浸出过程稀土与杂质离子的浸出关系根据图3稀土、Al3+、Fe3+、SiO23-浓度的浸出曲线可知，随着浸出时间的增加，溶液中的稀土、Al3+、Fe3+、SiO23-的浓度变化都呈先增加后减少的趋势，各离子的浸出顺序为：SiO23-、RE3+、Al3+、Fe3+，浸出达到峰值的先后顺序为：SiO23-、RE3+、Al3+、Fe3+，SiO23-最高浓度为76.23 mg/L，稀土离子最高浓度为14.48 g/L，Al3+最高浓度为1.2 g/L，Fe3+最高浓度为0.24 mg/L. 铝在离子型稀土矿中呈现多种不同的赋存状态，如水溶态铝、交换态铝、吸附态羟基铝、非晶态铝硅酸盐状态、矿物态铝、全相铝等，矿物中含有的离子相态铝可随离子相稀土浸出共同被浸出，因此在浸出液中Al3+的浓度较高.对比稀土与铝的浸出曲线，当稀土浓度达到峰值时，Al3+浓度刚好出现了一个小平台，此时继续加浸矿剂，浸出液中稀土浓度开始急剧下降，Al3+浓度反而急剧上升，Al3+的浸出略滞后于稀土的浸出，如果此时不加硫酸铵浸矿剂，矿土中残余的硫酸铵可将剩余的稀土浸出，只要加顶水将这部分稀土从矿土中顶出即可.因此，在稀土出高峰液后，停止加入硫酸铵，改加顶水，这可能实现在浸出过程中减少杂质铝的浸出，减少后续除杂成本.1）离子型稀土矿土对水有较强的吸附能力，浸矿后，矿土的含水率由17.74%增加到33.7%，根据矿体体积、矿土密度和注液流速可计算出浸矿过程的出液时间T1=采区矿体体积×矿土密度×(矿饱和吸水率-矿含水率)÷注液速度.2）整个浸矿过程可分为矿土水交换区、铵交换区、铵过量区及顶水作用区，各浸出离子浓度呈现先上升后下降的趋势，浸出液稀土、Al3+、Fe3+、SiO23-峰值浓度分别为14.48 g/L、1.2 g/L、0.24 mg/L、76.23 mg/L，稀土的浸出率为99.98%，杂质中Al3+浸出量比较大，SiO23-浸出量较小，而Fe3+几乎不浸出，各离子的浸出顺序为：SiO23-、RE3+、Al3+、Fe3+，稀土先达到峰值，Al3+后达到峰值，这为抑制杂质铝的浸出提供可能.3）浸出过程中Al3+、Fe3+浓度达到峰值时，pH值最低，随着浸矿剂和顶水的加入，浸出液的pH值开始上升，直至达到硫酸铵溶液的pH值和顶水的pH值.【相关文献】[1]池汝安，田君.风化壳淋积型稀土矿评述[J].中国稀土学报，2007, 25(6):641-650.[2]CHI R A,LI Z J,PENG C,et al.Partitioning properties of rare earth ores in China[J].Rare 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浸矿液浸注过程离子型稀土矿体强度变化机理研究
浸矿液浸注过程离子型稀土矿体强度变化
机理研究
本文针对目前稀土矿山原地浸矿法带来的地质灾害问题,通过实验室稀土浸矿实验,用土力学相关理论,进行不同浓度浸矿液浸矿过程三轴剪切试验、孔隙结构分析测试试验及渗透过程试验等方面的研究,对浸矿液浸矿过程稀土矿体强度变化机理进行研究,得到浸注过程矿体强度变化与浸矿液浓度、矿体孔隙结构和渗透系数的相互关系。
获得主要结论有:(1)根据摩尔库伦准则分析矿体的强度参数C.φ值变化情况,浸矿液浸注过程中矿体强度参数会随着注液时间有三个阶段变化,分别为迅速下降、缓慢下降与不变。
(2)通过比较不同浓度浸矿液浸出稀土的时间和强度参数变化规律,结果表明:随着浸矿液浸注时间增加,矿体强度逐步降低。
但化学置换过程促使矿体离子结构发生变化,致使浸矿过程高浓度浸矿液较于低浓度浸矿液对矿体的强度影响较小,强度下降较为缓慢。
(3)通过分析不同浓度浸矿液浸注过程矿体孔隙结构特征得到结论:浸矿液中硫酸铵与稀土离子的化学置换反应破坏了其原有孔隙结构,高浓度浸矿液使该过程中化学置换反应更为激烈,对孔隙结构更具破坏性;矿体孔隙率增大过程中,其孔隙水压力降低。
(4)运用达西定律对矿体浸矿过程渗透系数进行分析得出结论:稀土矿体中的稀土离子与浸矿液中的硫酸铵发生化学置换反应的作用,使矿体渗透系数会随着浸矿时间延长而增大,其中高浓度硫酸铵浸矿液对渗透系数影响比低浓度更大,浸矿过程中强度参数会随着渗透系数增大而降低,其中高浓度
浸矿液浸注引起矿体强度参数下降幅度比低浓度浸矿液小。
离子型稀土矿浸出过程中的电导率研究
离子型稀土矿浸出过程中的电导率研究（原创版）目录1.离子型稀土矿浸出过程的背景和意义2.电导率在离子型稀土矿浸出过程中的作用和影响3.研究离子型稀土矿浸出过程中电导率的方法和技术4.研究结果及其对离子型稀土矿浸出过程的指导意义5.总结和展望正文一、离子型稀土矿浸出过程的背景和意义离子型稀土矿是我国重要的矿产资源之一，其富含的重稀土元素对于我国的经济发展具有举足轻重的地位。
然而，传统的稀土矿开采和提取工艺存在环境污染、资源浪费等问题，因此，开发绿色、高效的稀土矿浸出工艺具有重要的现实意义。
离子型稀土矿浸出过程是指通过化学方法将稀土元素从固体矿体中转化为离子态，以便于后续的提取和分离。
在这个过程中，电导率是一个非常重要的参数，可以反映出稀土矿浸出液的离子浓度和离子传输性能。
二、电导率在离子型稀土矿浸出过程中的作用和影响电导率是描述电解质溶液导电能力的物理量，其大小与离子浓度、离子电荷数等因素有关。
在离子型稀土矿浸出过程中，电导率的变化可以反映出浸出液中离子浓度的变化，从而间接反映出浸出效果。
一般来说，电导率越高，说明浸出液中的离子浓度越高，浸出效果越好。
但是，电导率并不是越高越好，过高的电导率可能会导致离子间的相互干扰和抑制，从而影响浸出效果。
三、研究离子型稀土矿浸出过程中电导率的方法和技术目前，研究离子型稀土矿浸出过程中电导率的方法主要有两种：一种是采用电化学方法，通过测量电极间的电势差来计算电导率；另一种是采用电导仪直接测量浸出液的电导率。
四、研究结果及其对离子型稀土矿浸出过程的指导意义通过对离子型稀土矿浸出过程中电导率的研究，我们可以得出以下结论：1.在一定范围内，电导率的升高可以促进稀土元素的浸出效果；2.当电导率达到一定值后，继续提高电导率对浸出效果的提升作用不明显；3.合适的电导率可以提高浸出液的离子传输性能，从而提高浸出效率。
这些结论对于指导离子型稀土矿浸出过程具有重要的意义，可以帮助我们优化浸出工艺，提高浸出效率，减少资源浪费和环境污染。
离子型稀土矿硫酸镁柱浸过程中水稀土和硫酸镁的平衡研究
doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2018.10.009离子型稀土矿硫酸镁柱浸过程中水、稀土和硫酸镁的平衡研究王瑞祥1，郭跃东1，方壮1，陈芳会1，余攀2，徐志峰1（1.江西理工大学冶金与化学工程学院，江西赣州341000；2.浙江华友钴业股份有限公司，浙江衢州314500）走摘要：采用柱浸方法研究无氨浸矿剂硫酸镁浸出离子型稀土矿，考察了浸矿过程中H2O、REO、Mg2+、SO2-4向。
结果表明，每千克稀土原矿吸水量约为344 mL，稀土元素浸出率在99%以上，全过程损失率仅为0.045%，有0.24%的镁离子残留于矿体中，浸出液中镁离子总量增加4.7%，平衡率为98.76%，硫酸根总体升高0.52%。
硫酸镁作为浸取剂，杂质Fe、Si的浸出率分别由硫酸铵浸矿时的0.435%、0.703%降低到0.03%、0.13%，杂质Al的浸出率基本保持不变。
关键词：硫酸镁；离子型稀土矿；柱浸；浸出率；平衡率中图分类号：TF845 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2018）10-0000-00Equilibrium of Water, Rare Earth and Magnesium Sulfate in Column LeachingProcess of Ion-Absorbed Rare Earth DepositsWANG Rui-xiang1, GUO Yue-dong1, FANG Zhuang1, CHEN Fang-hui1, YU Pan2, XU Zhi-feng1(1. School of Metallurgical and Chemical Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000,Jiangxi, China;2. Zhejiang Huayou Cobalt Co., Ltd., Quzhou 314500, Zhejiang, China)Abstract：Ionic type rare-earth ore was column leached with ammonia magnesium sulfate leaching. Equilibrium of during leaching was investigated. The results show that water absorbing capacity of rare H2O, REO, Mg2+, and SO2-4earth ore is about 344 mL/kg. Leaching rate of rare earth elements is 99% above with loss rate of only 0.045% during the whole process. 0.24% magnesium ions residue exists in orebody, amount of magnesium ions in leaching solutionrises by 0.52%. Leaching rates of impurities Fe and Si drop from 0.435% rises 4.7% with balance rate of 98.76%. SO2-4and 0.703% with ammonium sulfate as leaching agent to 0.03% and 0.13% respectively with magnesium sulfate as leaching agent, while leaching rate of impurities Al remains unchanged.Key words：magnesium sulfate; ion-absorbed rare earth deposits; column leaching; leaching rate; equilibrium rate离子型稀土矿在中国分布广、储量大[1-2]，相对于独居石、氟碳铈矿等其他稀土矿来说，离子型稀土矿易开采、提取工艺简单、成本低[3]。
一种离子型稀土矿强化浸出方法
一种离子型稀土矿强化浸出方法随着我国科技水平的不断提高，稀土矿资源的重要性日益凸显。
稀土矿是一种重要的战略性资源，广泛应用于航天航空、国防军工、电子信息等领域。
但是，目前我国稀土资源的开采和提取技术还存在一定的局限性，因此如何提高稀土矿资源的开采和提取效率成为重要的研究课题之一。
离子型稀土矿强化浸出方法作为一种新型的提取技术，具有独特的优势和潜力，受到了广泛的关注。
一、离子型稀土矿强化浸出方法的原理及优势离子型稀土矿是指稀土元素以碳酸盐、磷酸盐等形式存在的矿石。
传统的稀土矿浸出方法存在提取效率低、成本高、环境污染等问题，而离子型稀土矿强化浸出方法则通过利用离子交换技术，将稀土元素从矿石中高效提取出来，具有以下优势：1. 提取效率高：离子型稀土矿强化浸出方法采用离子交换技术，能够将稀土元素从矿石中高效提取出来，提取率远高于传统浸出方法。
2. 成本低：采用离子型稀土矿强化浸出方法可以有效减少提取过程中的化学品使用量和能耗，大大降低了提取成本。
3. 环保性好：离子型稀土矿强化浸出方法减少了化学品的使用量和废水排放，对环境的影响较小，符合我国可持续发展的要求。
二、离子型稀土矟强化浸出方法的研究进展近年来，我国在离子型稀土矿强化浸出方法方面的研究取得了一定的进展。
主要体现在以下几个方面：1. 离子型稀土矟强化浸出方法的机理研究：通过对离子型稀土矿强化浸出方法的机理进行深入研究，揭示了其提取过程中的离子交换规律和影响因素，为技术优化提供了理论依据。
2. 提取剂的改进与优化：研究人员通过选取合适的提取剂，并对其结构和性能进行改进与优化，提高了离子型稀土矟强化浸出方法的提取效率和选择性。
3. 工艺条件的优化：对离子型稀土矟强化浸出方法的工艺条件进行了系统优化，包括温度、PH值、浸出时间等参数的调控，进一步提高了提取效率和降低了成本。
三、离子型稀土矟强化浸出方法的未来发展趋势在未来，离子型稀土矟强化浸出方法仍然具有广阔的发展空间和潜力。
浸矿对离子型稀土矿体结构影响的试验研究及其应用
浸矿对离子型稀土矿体结构影响的试验研究及其应用
离子型稀土原地浸矿过程中浸矿液不断注入矿体内,矿物颗粒发生迁移和离子交换,使矿体颗粒级配发生变化,改变矿体结构,导致矿体强度弱化,从而引发矿体滑坡。
研究浸矿过程中矿体结构和矿体强度的变化规律,对分析矿体边坡稳定性具有指导意义。
本文通过常水头柱浸试验,研究两种不同浸矿方式对矿体颗粒级配和渗透系数的影响,确定对矿体结构影响小的浸矿方式;运用GDS应力路径三轴仪测定3%的硫酸铵溶液浸矿前后矿样的黏聚力,同时采用直剪仪测定浸矿前后矿样的内摩擦角,对比浸矿前矿样与尾矿的黏聚力和内摩擦角,分析浸矿对矿体强度的影响;根据试验矿块的简化边坡模型,运用Geo-studio软件计算简化边坡模型的临界浸润线和边坡安全系数,通过现场监测结果验证了通过临界浸润线监测边坡稳定性的可行性。
通过以上工作,得出以下主要结论:(1)通过柱浸试验研究浸矿对矿体渗透系数和颗粒级配的影响,结果表明颗粒迁移对矿体结构的影响大于离子交换的影响;直接用硫酸铵溶液浸矿对矿体结构影响更小。
(2)浸矿明显降低矿体强度,浸矿后由渗流入口到渗流出口矿体强度逐渐降低。
离子交换反应引起的矿物成分改变和水膜厚度增加是降低矿体黏聚力的主要因素,使黏聚力降低50%以上;颗粒级配变化是影响矿体内摩擦角的主要因素,浸矿使内摩擦角增大约15%。
(3)通过数值模拟得出依据临界浸润线监测边坡稳定性的简易方法。
即当由临界浸润线计算得出的矿层饱和区域面积与现场监测浸润线计算得出的矿层饱和区域面积相差±10%以内,则认为矿山处于破坏失稳的临界状态,此时应调节注液强度,控制注液,防止发生滑坡,保证采矿安全。
离子型稀土矿浸出渗流规律与调控方法研究
离子型稀土矿浸出渗流规律与调控方法研究胡洁;周贺鹏;雷梅芬;张永兵;罗仙平【摘要】The ion type rare earth ore deposit has a complex ore forming process and property. The special clay minerals of the ore body is not in favor of leaching of rare earth ions,easily generate the chemical residue and the blind zone of seepage, and causes for geological disasters such as landslide as well. In order to provide a scientific instruction for in-situ leaching of ion type rare earth ore,the present situation on leaching and seepage rule of ion-type rare earth ore was studied from the per-spectives of chemical reaction,seepage rule,leaching kinetics,hydrodynamics,mass transfer mechanism. The existing problems and development direction of the in-situ leaching process were pointed out,and the regulation method of the leaching process was summarized. The results showed that with the guide of theoretical research,the key trends of research and development for in-situ leaching process of the ion-type rare earth include developing an efficient,economic and environmental leaching agent, producing auxiliary agents,such as auxiliary leaching,suppression,anti-swelling,and seepage,and improving the injection and retraction of liquid.%离子型稀土矿床成因与矿石性质复杂,矿体特有的黏土矿物不仅不利于稀土离子的渗流浸出,而且易产生药剂残留、渗流盲区,还可能引发山体滑坡等地质环境灾害.为给离子型稀土矿原地溶浸、高效回收工艺以科学指导,从原地溶浸化学反应、渗透规律、浸出动力学、水动力学、铝动力学等角度深入分析了离子型稀土矿浸出渗流规律研究现状,指出了原地溶浸过程存在的问题和发展方向,总结探讨了浸出渗流过程的调控方法.结果表明,以理论为指导,开发高效、经济、环保型浸出剂,研发助浸、抑杂、防膨、促渗等辅助药剂,改善注液、收液方式将是离子型稀土矿原地溶浸工艺优化的主要方向.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2017(000)007【总页数】6页(P115-120)【关键词】离子型稀土矿;原地浸矿;渗流规律;调控方法【作者】胡洁;周贺鹏;雷梅芬;张永兵;罗仙平【作者单位】江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州341000;江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州341000;江西省矿业工程重点实验室,江西赣州341000;赣州金环磁选设备有限公司,江西赣州341000;江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州341000;江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州341000;江西省矿业工程重点实验室,江西赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TD97离子型稀土矿是我国特有的稀土矿产资源，因其富含中重稀土元素、配分齐全、放射性比度低[1]，现已成为我国限制开采的重要战略资源。
离子型稀土原地浸矿中孔径变化和渗流规律试验研究
离子型稀土原地浸矿中孔径变化和渗流规律试验研究目前,离子型稀土均采用原地浸矿法进行开采。
但由于各个矿区复杂多变的实际情况,且没有统一规范,只凭借经验开采,易造成滑坡等严重地质灾害,故研究浸矿液在矿山中的渗流规律以及在整个注液周期内边坡的稳定性,对离子型稀土的安全开采具有重要意义。
本文首先提出土体有效孔径及其分布参数的测试方法,并通过室内柱浸试验加以验证,分析浸矿中矿体孔径变化规律。
通过现场试验,根据矿体孔径变化规律,分析原地浸矿中的渗流规律,从而来判断边坡稳定性。
现场试验主要分为三个:第一个为原地浸矿中注液量和收液量监测试验,用于判断试验矿山的溶液回收率和渗流稳定期;第二个为原地浸矿中土体含水率变化的监测试验,用于判断毛细作用引起的毛细水上升高度、注液孔周边饱和渗流椎体高度的大小,以及分析土体体积含水率增量与土体土水势梯度的关系;第三个为原地浸矿中边坡变形分析试验,用于分析边坡在水平方向和竖直方向上的变形情况。
(1)当土样孔隙度为44.4%时,相对于粒径范围0.075-0.09mm的筛分样重塑样,原矿重塑样的平均有效孔径和有效孔隙度大,分别为1.14倍和1.90倍,但两者的孔径分布参数基本相同,因此判断原地浸矿过程中山体的孔径分布不发生变化。
(2)本试验矿山的溶液回收率为74.39%,并在注液的第70天达到渗流稳定期。
(3)当试验区域的平均注液强度为0.26m3/d,注液深度为3.8m左右时,山顶处由于毛细作用引起的毛细水上升高度约为2m;注液孔周边形成的饱和渗流椎体高度处于3.8m-4.6m处,即饱和渗流椎体的高度为0.8m。
(4)当处于注液深度之下0.4m时,在渗流稳定期,该深度与注液深度处的水势梯度为4kPa,其土体体积含水率增量与注液深度处相同,为15%。
当处于注液深度之上0.8m时,在渗流稳定期,该深度与注液深度处的水势梯度为7kPa,其土体体积含水率增量是注液深度处的1/3,为5%。
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离子型稀土矿柱浸过程稀土离子穿透曲线的计算方法研究
矿山环境问题越来越受到国家社会的关注,离子型稀土矿开采存在着硫酸铵用量过大,氨氮污染严重等问题。
离子型稀土原地浸矿工艺是铵根离子交换稀土离子以及铵根离子和稀土离子在矿体中运移的过程,因此有必要对浸矿过程中离子交换和运移规律进行研究,以减少稀土开采对周边环境的影响。
本文根据小尺度柱浸试验结果,提出了小尺度柱浸过程穿透曲线的计算方法,在此基础上,基于塔板理论和CDE方程两种理论,分别计算了大尺度柱浸过程的穿透曲线,并与室内大尺度柱浸试验穿透曲线进行对比分析,确定了描述大尺度柱浸过程穿透曲线的最优模型。
研究内容和结果如下:（1）进行柱高分别为2.5 cm、5.0 cm、7.5 cm、10.0 cm的小尺度柱浸试验,在试验数据的基础上提出采用经验模型η=exp（a-b/t<sup>2</sup>）描述浸取率与时间关系的穿透曲线。
将土柱视为一个单元体,采用连续杯浸的思想建立参数a的计算方法。
采用量纲分析法建立参数b与土性参数的关系。
同时考虑浸取率与浸矿周期,采用所建立的模型优化注液浓度。
研究结果表明,稀土品位与最优的硫酸铵浓度的关系式为:C<sub>op</sub>=7.36ε+0.2。
（2）进行柱高为50.0 cm的大尺度柱浸试验,将土柱视为多个单元体,基于塔板理论建立了同一种管径下稀土离子浓度随注液次数变化的方程,根据Q-t曲线确定了管径分布范围,将多种管径下稀土离子浓度随注液次数变化的曲线进行组合得到柱浸过程稀土离子的穿透曲线,并与两组试验结果对比,相关系数分别为0.968和0.957。
（3）根据柱浸过程的渗透速度,以及柱浸试验得到的非反应性溶质的穿透曲线,采用最小二乘法计算得到CDE方程中的水动力弥散系数,基于离子交换模型,建立了考虑源汇相的对流弥散方程,用于描述柱浸过程稀土离
子的穿透曲线,将计算结果与两组试验数据进行对比,其相关系数分别为0.847和0.876。
（4）相对于CDE方程,塔板理论中包含的参数更易获取,且其穿透曲线的计算结果与室内柱浸试验所得的穿透曲线相关系数更高,因此确定采用塔板理论描述大尺度柱浸过程中的穿透曲线。