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冶金百科 | 离子吸附型稀土矿工业提取方法 - 硫酸铵原地浸取工艺

2023-12-12 10:09:48 来源:中冶有色技术网
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简介:硫酸铵原地浸取工艺是在不破坏矿体地表植被、不剥离表土开挖矿石的情况下,利用一系列浅井(浅槽)注液,浸矿液从天然埋藏条件下的非均质矿体中有选择性地溶解或交换回收稀土元素。浸出液采用密集导流孔和集液沟进行回收。收集的浸出液经过碳酸氢铵除杂沉淀后获得沉淀母液和稀土沉淀物,沉淀母液再调配成一定浓度的浸取剂溶液返回用于稀土矿的浸取,或将沉淀母液直接用做顶水注完后,实现水溶液的闭路循环,而稀土沉淀物经过焙烧获得离子型稀土精矿。
硫酸铵原地浸取工艺是在不破坏矿体地表植被、不剥离表土开挖矿石的情况下,利用一系列浅井(浅槽)注液,浸矿液从天然埋藏条件下的非均质矿体中有选择性地溶解或交换回收稀土元素。浸出液采用密集导流孔和集液沟进行回收。收集的浸出液经过碳酸氢铵除杂沉淀后获得沉淀母液和稀土沉淀物,沉淀母液再调配成一定浓度的浸取剂溶液返回用于稀土矿的浸取,或将沉淀母液直接用做顶水注完后,实现水溶液的闭路循环,而稀土沉淀物经过焙烧获得离子型稀土精矿。该方法稀土浸取回收率达70%~75%,不需要破坏矿区地表植被,不开挖表土与矿石,对稀土资源的利用率较池浸工艺有了较大提升,降低了生产成本,减少了对环境的破坏,尤其改善了传统工艺水土流失状况,在开采离子吸附型稀土矿中已得到广泛的应用。但该方法存在地质勘探不到位,因渗漏容易造成地下水源污染等问题,对于复杂地质情况的矿山适应性差,稀土回收率低。流程如图2-1所示。

A 浸取过程

浸取过程主要包括两个重要的过程,即注液过程和收液过程。原地浸矿过程硫酸铵的耗量为6~10t/t-REO,稀土浸出率基本维持在80%左右。


硫酸铵原地浸取工艺流程


a 注液过程

按一定比例(浓度)配置的“浸矿液”,依据每一矿体的不同条件,按一定“固液比”的数量,在常压或压力状态下,不断地被原地注入含矿山体后,会在每一“注液井(孔、沟槽)”周围,将“由上而下”“由中心而周围”逐步形成有规律的“浸矿漏斗”,最终直达漏斗边界。“离子相”稀土主要在此漏斗形成过程中,逐步被“交换”出来。

b 收液过程

收液是原地浸矿最关键的一步,而矿体底板的不同决定了不同的收液技术。目前大部分矿山都采用密集导流孔和集液沟进行收液。导流孔布置于矿体下盘,孔深方向垂直矿体走向长度,孔径为φ100mm,出口位于回采工作面上,采用机械钻机打孔,用于将矿层内交换出的稀土母液导流出山体至导流沟内。而集液沟为了将导流孔流出母液汇集引流至母液池,方位垂直集液导流孔,有一定的倾斜角度,方便母液的自流,集液沟内一般铺设防渗薄膜来减少母液渗流损失。图2-2所示是某矿山浸出液中稀土浓度随时间的变化曲线。


母液reo浓度随时间的变化


B 除杂过程

离子吸附型稀土矿浸出液中,除了含有大量的浸取剂硫酸铵外,还含有一部分的铝铁等杂质离子,这些杂质离子会增加沉淀剂的消耗,而且会影响产品质量,无法形成晶型碳酸稀土。因此,为了降低沉淀剂消耗,后续制备晶型碳酸稀土,在浸出液进行沉淀前应先进行除杂,除掉一部分铝铁杂质。除杂原理是利用杂质离子与稀土离子沉淀pH值的不同,向除杂池中加入碳酸氢铵溶液和稀土母液,调节 pH值进行除杂。生产每吨稀土氧化物产生除杂渣约12kg,除杂过程杂质去除率达到99%以上,稀土损失率约6%,碳铵消耗量随杂质含量不同而不同,一般约1.0t/t-REO。

C 沉淀陈化过程

除杂工序完成后,得到富含稀土的上清液,上清液通过管道输送至沉淀池。沉淀过程根据母液中稀土浓度不同向沉淀池中加入质量分数为3%~5%的碳酸氢铵溶液,加料方式为并流加料,加料过程中采用鼓风搅拌使溶液混合均匀,并采用pH试纸监控沉淀过程的溶液pH值,当溶液pH值为6.7~7.0时(一般为6.7),停止加料。结束后经过6~8h静置,得到的碳酸稀土沉淀沉降至沉淀池底部,上部为上清液,实现了稀土元素的富集。沉淀过程稀土沉淀率达到98%以上,碳酸氢铵消耗量约3t/t-REO。

沉淀工序中产生的碳酸稀土沉淀物为无定型非晶形沉淀,后期过滤困难,不易洗涤,含水率高且夹带杂质多,会影响最终产品质量,因此需要在沉矿池中进行陈化结晶,让沉淀颗粒进一步结晶长大,以形成晶型沉淀;同时通过沉矿池陈化作用,静置后得到上清液,排出上清液后碳酸稀土浓度得到进一步浓缩,陈化时间一般控制在8h左右。

D 灼烧过程

灼烧工序是将压滤所得的碳酸稀土(草酸稀土)在高温条件下失水并最终得到稀土氧化物。灼烧主要指标:灼烧温度约1000℃,煤耗低于1.5t/t-REO (碳酸盐),产品烧得率不低于17%,产品烧失率小于2.0%;氧化物指标:TREO≥92.0%,Al_O≤1.5%,HO≤1.0%,灼减不大于2.0%。

E 尾矿修复

对于开采完成的矿山,要及时进行修复,并做好以下措施:(1)注液井施工过程中,大的乔木基本得到保留,仅砍伐一些小的灌木丛;(2)采矿结束后3 个月内及时拆除区域的管道、临时工棚、泵房、防渗膜等,对作业井/导流巷子道进行回填,对汇流沟/集液池/高位池/临时排土场进行摊平/用糖厂滤泥和渣进行增肥,补充完善区域的排水系统防止积水;(3)6个月后对区域植被恢复情况进行复查,恢复不好的进行增肥、补撒草种等措施强化。经过上述种种措施,矿山在开采过程中得到了尽量小的破坏,开采后及时修复,可在短时间内恢复原貌。
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