离子型稀土矿浸出过程主要物质浸出规律研究

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.      

离子型稀土矿渗流溶浸行为研究

离子型稀土矿性质复杂,当前所采用的原地溶浸工艺适应性不强、影响因素较多,为揭示离子型稀土矿原地溶浸过程影响机制,探寻溶浸过程优化调控方法,本文以江西龙南足洞风化离子型稀土矿为研究对象,采用室内柱式溶浸法模拟原地溶浸工艺过程,开展离子型稀土矿溶浸过程影响规律研究,考察浸出过程各工艺因素对离子型稀土矿浸出效率的影响以及稀土原矿浸出前后的物质变化。研究结果表明,调控离子型稀土矿浸出过程原矿含水量4%、矿层高度43 mm,浸出剂浓度4%、浸出剂溶液p H值5.0、浸取过程固液比1.0∶0.8、浸取剂流速5 ml·min-1为最佳浸出条件参数,在原矿REO总量为0.078%的情况下,可获得浸出率为92.87%的稀土母液,母液中稀土平均浓度为1.73g·L-1,效果良好。稀土离子在浸出过程中与浸出剂的电解质NH+4发生了离子交换反应,稀土离子被交换浸出,而阳离子电解质NH+4则保留在浸渣中,整个浸出过程未生成其他新的物质,没有改变离子型稀土矿原有的晶型结构,不会影响稀土离子的渗流溶浸,有利于离子型稀土矿的绿色高效提取。     

离子型稀土不同浸出剂柱浸对比试验

针对离子型稀土原地浸出工艺现有氨氮污染问题,考察镁盐、铝盐等非铵浸出剂对稀土浸出过程的影响。以赣州稀土矿样为研究对象,选择硫酸镁与硫酸铵通过柱浸的方式进行对比试验,同时考察铝盐与铵盐、镁盐联合浸出效果的影响,测定浸出液成分,分析不同浸出剂浸出效果的差异。结果表明：相同质量分数的硫酸铵和硫酸镁浸出效率相当,硫酸铵可达91.37%,硫酸镁可达89.22%;添加铝盐后的稀土浸出率仅76%左右,铝盐的添加不能促进稀土浸出效率的提升;铵盐柱浸顶水洗涤后铵根离子可降低至76 mg/L,镁盐柱浸顶水洗涤后镁离子可降低至27 mg/L,镁离子比铵根离子更容易洗涤去除。硫酸镁作为浸出剂能够从根本上解决离子型稀土矿山氨氮污染问题。     

离子型稀土矿硫酸镁溶液原地浸矿渗流演化实验研究

对于离子型稀土矿体的原地浸矿,渗流是稀土离子浸出率和浸矿周期的重要控制因素,成为提升浸出效率的关键。本研究以赣州龙南足洞稀土矿块为柱浸实验对象,以硫酸镁溶液作为浸矿液,利用核磁共振、EDTA容量法和数据拟合分析等手段,研究了不同浓度硫酸镁溶液浸矿对离子型稀土矿体孔隙结构、稀土离子浓度及溶液浸出速率的影响,并探讨了原地浸矿过程孔隙结构的演化机理。结果表明：清水浸矿过程对矿体孔隙结构的影响较小,并有少部分大孔隙矿体向小孔隙矿体转变;而硫酸镁溶液浸矿过程对矿体孔隙结构的影响较大,矿体孔隙率先由大孔隙向小孔隙转变,再由小孔隙向大孔隙转变,并且表现出阻碍浸矿液渗流的特点,浓度越大,阻碍作用越显著。最后分别拟合了各硫酸镁浸矿组的浸出稀土离子浓度与平均浸出速率的关系。     

离子吸附型稀土矿离子交换过程的经验模型

离子型稀土矿的浸矿工艺中,离子交换过程对稀土浸取率有重要的影响。本研究以硫酸铵作为浸矿剂,选取寻乌和信丰矿样进行了杯浸试验。试验表明,液相稀土离子浓度随加入铵离子浓度的增加而增加;浸矿平衡后固相稀土离子浓度与浸矿前固相稀土离子浓度之比和加入铵离子浓度呈负指数关系。结合试验数据,建立了离子型稀土矿离子交换过程的经验模型,讨论了经验模型中参数λ_1和λ_2的物理意义和取值方法;与Kerr模型进行比较,对于寻乌矿样,Kerr模型的误差范围为6%～7%,经验模型的误差范围为2%～5%,对于信丰矿样,Kerr模型的误差范围为13%～24%,经验模型的误差范围为3%～6%,经验模型的计算精度优于Kerr模型。     

浸矿对离子型稀土矿强度影响的试验研究

为研究浸矿对离子型稀土矿物理力学性质的影响,分别对浸矿前后的稀土矿样做直接剪切试验,根据库仑定律求出稀土矿的抗剪强度指标,结合颗粒筛分试验,分析浸矿对离子型稀土矿颗粒粒径和强度的影响规律,结果表明：浸矿发生的离子交换反应改变了离子型稀土矿颗粒的成分、粒径和级配,进而改变了稀土矿区的强度等力学性质;浸矿使稀土矿黏聚力降低50%左右,内摩擦角约增加15%,级配变差。本文的研究将为稀土开采中的边坡稳定和浸矿后尾矿的治理和综合利用提供一定的理论指导。     

离子型稀土矿不同采选工艺比较:基于成本的视角

离子型稀土矿采选先后经历了池浸、堆浸和原地浸矿3种工艺.目前,国家要求离子型稀土矿开发应采用原地浸矿等适合资源和环境保护要求的生产工艺,禁止采用池浸、堆浸工艺.基于离子型稀土矿床的特征、地质条件、各种工艺基本原理及优缺点,通过对不同工艺的会计成本比较和环境治理成本分析,认为从稀土矿采选会计成本的角度,3种工艺的成本相差不大;如果考虑环境治理成本,则对于地质条件复杂的矿山,采用原地浸矿工艺总成本可能最高.最后,提出了现阶段我国离子型稀土矿开采应因地制宜、有针对性地选择采选工艺及其他相关建议.      

某离子型稀土矿浸出试验

以中国南方地区某离子型稀土矿为研究对象,采用搅拌浸出和柱浸的方式,研究不同条件下矿样中稀土及杂质元素的浸出情况,为离子型稀土矿产资源的绿色高效开采提供参考。结果表明,浸出液固比对离子相稀土浸出率影响较大,浸出时间影响较小,离子相稀土浸出过程时间短,反应迅速;柱浸过程中离子相稀土流出速率最快,达到平衡时间短,杂质元素前期浸出浓度高,后续拖尾严重;离子相稀土浸出率随着样品深度的增加不断降低,符合南方离子型稀土成矿规律;硫酸铵浸出过程中铵根离子损失量较大,最低损失率超过11.31%,硫酸根不参与金属离子的交换反应过程,回收率最高可达99.22%。     

硫酸铵对离子型稀土矿区土壤重金属的释放和形态转化影响

针对离子型稀土矿区浸矿过程导致的土壤氨氮、重金属复合污染问题,研究硫酸铵残留对土壤重金属迁移转化和形态的影响机制。通过土柱淋滤和室内土壤培养考察不同浓度浸矿剂输入土壤后,氨氮、重金属Zn、Cu和Cr的形态和迁移性变化。实验结果表明,与无浸矿剂淋滤对照组相比较,浸矿剂在重金属污染土壤中主要以氨氮形式存在,硝态氮占比低。在培养期间,浸矿剂硫酸铵淋滤降低了土壤pH值和土壤阳离子交换量（CEC）,重金属活性增加,当浸矿剂淋滤浓度为5%时,弱酸态Cr、Cu、Zn比例分别提高8.29%、5.21%、4.53%。研究结果表明:硫酸铵加剧了土壤酸化,提高重金属迁移性,促进重金属形态从生物不可利用态向可利用态转化。      

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

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走向。结果表明,每千克稀土原矿吸水量约为344mL,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。     

南方离子型稀土一维水平入渗规律试验研究

离子型稀土原地浸矿工艺中浸矿液入渗直接影响稀土资源的高效开采与利用.基于自制试验装置进行离子型稀土一维水平入渗试验,溶浸液选取3 %硫酸铵溶液,研究了4种不同粒径稀土的累积入渗长度、湿润锋运移速率、入渗率等变化规律.结果表明:随着入渗时间的递增,累计入渗长度呈先快速增加、后缓慢发展的趋势;湿润锋运移速率和入渗率先达到最大值、后快速减小再趋于稳定,湿润锋运移速率与时间之间的关系符合幂函数关系v=λ·t-0.5;土样饱和渗透系数为0.001 3~0.002 5 cm/min,其数值随着最大粒径增大而递增,研究结果有利于实现原地浸矿的科学化.      

浸矿剂浓度对离子型稀土矿体抗剪强度参数的影响

原地浸矿过程中离子型稀土矿体与浸矿剂发生离子交换和水化作用等,导致矿体颗粒成分、级配和矿体强度发生改变,从而影响矿山边坡的稳定性,甚至会造成山体滑坡等一系列工程问题。黏聚力、内摩擦角是影响矿体抗剪强度的主要参数,通过Zeta电位测定试验、颗粒级配测定试验以及直剪试验,分析出不同浓度的浸矿剂硫酸铵溶液浸矿对离子型稀土矿样双电层厚度、颗粒级配和抗剪强度参数的影响规律。试验结果表明：浸矿作用下,对粒径小于0.075 mm的矿样,当硫酸铵溶液浓度小于2%时,随着溶液浓度增大,矿样颗粒间黏聚力减小,内摩擦角增大;当硫酸铵溶液浓度在2%～3.5%之间时,随着溶液浓度增大,矿样颗粒间黏聚力增大,内摩擦角减小。     

原地浸矿新工艺在离子型稀土矿的推广应用

针对南方离子型稀土大多数使用堆浸及少量池浸工艺对山体破坏严重,造成水土流失这一问题,在福建某稀土矿推广了国家＂九五＂科技攻关成果——原地浸矿新工艺,通过推广新工艺,不仅保护了山体原貌,避免了水土流失,还使稀土矿取得了显著的经济效率和社会效益.     

电感耦合等离子体质谱法测定离子型稀土矿中离子相稀土总量及分量

采用硫酸铵溶液提取离子型稀土原矿试样中离子相稀土,以硫酸铵溶液为基体配制校准系列溶液,建立了电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定样品溶液中离子相稀土总量及分量的方法。实验表明:对于10.00 g离子型稀土矿试样,加入100 mL 50 g/L硫酸铵溶液振荡15 min后放置30 min可有效提取出离子相稀土;采用5.0 g/L硫酸铵溶液进行校准系列溶液的基体匹配,选择¹⁰³Rh-¹⁸⁵Re双内标可有效校正硫酸铵的基体效应及仪器信号的漂移影响;选择合适的同位素消除了可能存在的质谱干扰。在最佳条件下进行测定,15个稀土元素的校准曲线在10.0~100.0 μg/L范围内线性相关系数均大于0.999 91,方法检出限在0.10~0.66 μg/g之间。方法应用于不同离子型稀土矿区中离子相稀土总量及分量的测定,结果与电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)一致,相对标准偏差(RSD,n=11)在1.0%~5.2%之间,回收率在98%~104%之间。     

稀土原地浸矿区地下水污染风险评价方法研究

在综合解析稀土矿区水文地质特征、原地浸矿工艺特征,以及地下水水源地的基础上,构建了地下水脆弱性、污染源和地下水价值的综合评价耦合模型,提出了针对离子型稀土原地浸矿区地下水污染风险评价的多指标评价方法,确定了系统的地下水污染风险评价指标体系.利用构建的评价方法,以我国南方某离子型稀土矿区为例,进行了地下水污染风险评价,确定了主要污染风险区域.结果表明,地下水污染风险评价分级与实际地下水水质观测的污染程度基本吻合,所建方法是合理有效的.     

南方离子型稀土原地浸矿土壤中氮化物垂直分布特征

由于南方离子型稀土在开采中使用大量铵盐作为浸矿剂,导致矿区土壤中氮化物含量严重超标,附近水体严重污染.通过建立土柱实验模型,测定不同时期不同深度稀土土壤中铵态氮、硝态氮和总氮的含量,研究了稀土土壤中氮化物的空间分布特征.实验结果表明,在不同淋洗水量条件下,表层稀土土壤中铵态氮和总氮含量降低明显,而硝态氮含量变化不明显,但深层土壤中铵态氮和总氮含量低且基本保持不变,硝态氮含量也没有明显变化.表明铵根离子的淋失是土壤和地下水污染的主要形式.研究结果为有效控制南方尤其是赣南离子型稀土矿土壤及水体氮化物污染奠定理论与技术基础.     

浸矿作用下离子型稀土强度弱化及滑坡研究进展

离子型稀土原地浸矿过程中,由于受到浸矿液渗流作用、化学置换作用、降雨和干湿循环等因素的影响,矿体强度将发生不同程度弱化。结合国内外学者对离子型稀土浸矿过程中强度特性的研究成果,对浸矿液渗流作用、化学置换作用、降雨和干湿循环作用对离子型稀土矿体强度影响规律进行归纳总结,分析了矿体颗粒孔隙结构、土体含水率、基质吸力等参数与强度指标黏聚力c、内摩擦角φ之间的关系,综述了离子型稀土矿山边坡稳定性的影响因素,提出了矿山滑坡相关防控措施,并对今后的研究思路进行展望。研究结果为离子型稀土强度弱化机理及边坡稳定性分析提供参考,有助于离子型稀土安全高效开采。     

GA-BP神经网络模型在稀土矿边坡位移监测中的应用

离子型稀土原地浸矿工艺改变土体力学特性,导致山体滑坡风险提高.针对现有研究在预测稀土矿边坡位移时存在精度不高和误差较大等问题,利用遗传算法对BP神经网络初始权值和阈值进行优化,构建一种新的稀土矿边坡位移预测模型.以江西龙南某离子型稀土矿为研究对象,在矿山布置了位移计实时监测稀土矿开采全过程的位移变化.首先利用125组位...     

风化壳淋积型稀土矿Green-Ampt入渗模型的改进与验证

风化壳淋积型稀土原地浸矿工艺中浸矿液入渗情况直接影响稀土资源的高效开采与利用。基于自制试验装置进行稀土一维垂直入渗试验,溶浸液分别选取清水以及3%硫酸铵溶液,研究了4种不同粒径稀土的累积入渗深度、湿润锋运移速率、入渗率等随时间变化规律。结合工程实际,针对传统Green-Ampt模型假设过于简化而影响计算精度的问题,将入渗稀土层分为饱和层、过渡层和干土层,在分层假设基础上对Green-Ampt模型进行了改进,并结合室内试验结果对改进后的模型进行了验证。结果表明,湿润锋运移速率Green-Ampt改进模型计算值和试验实测值吻合较好,计算精度显著提高,可以有效地模拟风化壳淋积型稀土浸矿液一维垂直入渗过程。     

离子吸附型稀土矿分形特性及土-水特征曲线预测研究

离子吸附型稀土矿石(土)的土-水特征与矿体渗透性能关联紧密,对于稀土资源浸取率有重要影响,利用分形维数预测土-水特征曲线具有工程价值。为了探究不同粒径范围离子吸附型稀土矿石(土)的分形特性,选取龙南足洞矿区稀土矿样进行筛分,采用粒度分析仪测量(<0.075 mm, 0.075 mm～0.25 mm, 0.25 mm～0.5 mm)三种单粒级土样的级配分布。结果表明,离子吸附型稀土矿石(土)的粒径分布具有良好的分形特性。根据粒径分布(PSD)分形模型计算分形维数,粒径范围不同的土样分形维数不同,粒径区域越小,分形维数越大。应用压力板仪测得基质吸力与含水率的关系,推求土-水特征曲线(SWCC)及其特征值,随着粒径增加,孔径相应增大,基质吸力减小,饱和含水率和进气值随之减小,持水能力减弱。分形维数越大,饱和含水率和进气值越高,持水能力越强。基于孔隙-固体分形(PSF)模型并采用PSD分形维数进行计算,得到离子吸附型稀土矿石(土)SWCC预测公式,预测结果和实测结果吻合度较好,为获取离子吸附型稀土矿石(土)土-水特征曲线提供了一种可行方法。