含稀土磷灰石精矿中稀土的分离研究.pdf

2 8 有色金属 冶炼部分 h t t p H y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年第1 2 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．1 2 ．0 0 9 含稀土磷灰石精矿中稀土的分离研究 刘勇，刘珍珍，刘牡丹 广州有色金属研究院，广州5 1 0 6 5 1 摘要采用硝酸浸出一中和沉淀工艺分离含稀土磷灰石精矿中的稀土和磷。结果表明，精矿磷浸出率 9 8 ．8 0 ％，稀土浸出率6 5 ．3 4 ％。硝酸浸出液经碳酸铵中和沉淀后，磷沉淀率1 2 ．0 7 ％，稀土沉淀率为 9 3 ．7 8 ％。简化工艺流程后稀土浸出率为4 ．3 5 ％，磷浸出率为8 7 ．3 4 ％。实现了稀土和磷的分离。 关键词磷灰石；稀土，硝酸浸出；中和沉淀；分离 中图分类号T F 8 4 5 文献标志码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 3 1 2 0 0 2 8 0 3 S t u d yo fR a r eE a r t hS e p a r a t i o nf r o mR a r eE a r t hB e a r i n g A p a t i t eC o n c e n t r a t e s L I UY o n g ，L I UZ h e n z h e n ，L I UM u d a n G u a n g z h o uR e s e a r c hI n s t i t u t eo fN o n f e r r o u sM e t a l s ，G u a n g z h o u5 1 0 6 5 1 ，C h i n a A b s t r a c t R a r ee a r t hw a ss e p a r a t e df r o mr a r ee a r t hb e a r i n ga p a t i t ec o n c e n t r a t e sb yn i t r i ca c i dl e a c h i n ga n d n e u t r a l i z a t i o np r e c i p i t a t i o n ．T h er e s u l t ss h o wt h a tn i t r i ca c i dl e a c h i n gr a t eo fp h o s p h o r u sa n dR E Oi s 9 8 ．8 0 ％a n d6 5 ．3 4 ％r e s p e c t i v e l y ．T h ep r e c i p i t a t i o nr a t eo fp h o s p h o r u sa n dR E Oi s1 2 ．0 7 ％a n d9 3 ．7 8 ％ r e s p e c t i v e l yw h e nn i t r i ca c i dl e a c h i n gs o l u t i o ni sn e u t r a l i z e da n dp r e c i p i t a t e d ．T h et o t a ll e a c h i n gr a t eo f p h o s p h o r u sa n dR E O i s8 7 ．3 4 ％a n d4 ．3 5 ％r e s p e c t i v e l yw i t ht h es i m p l i f i e df l o w s h e e t ． K e yw o r d s a p a t i t e ；r a r ee a r t h ；n i t r i ca c i dl e a c h i n g ；n e u t r a l i z a t i o na n dp r e c i p i t a t i o n ；s e p a r a t i o n 随着高品位易处理的磷和稀土资源的日益枯 竭，低品位难处理稀土磷灰石资源的开发利用日益 受到人们的关注[ 1 ‘5 ] ，但此类矿物具有矿物种类复 杂、相互伴生、矿石嵌布粒度细等特点，难以实现资 源中磷和稀土的选矿分离回收。从已有报道来看， 目前对含稀土磷灰石矿中稀土的分离回收研究主要 停留在工艺探索和机理研究阶段[ 6 。9 ] ，磷灰石矿中绝 大部分的稀土都残留在湿法磷酸工业尾渣中无法得 到有效利用，造成资源浪费和环境污染。 本文以某复杂含稀土磷灰石精矿为原料，采用 硝酸浸出一中和沉淀工艺处理该精矿，研究合理的 工艺条件，实现稀土和磷的分离。 1试验原料 本研究的原料为一种嵌布粒度细、伴生复杂的 含稀土磷灰石精矿[ 2 ] ，R E O 含量2 ．6 4 ％、P O ；含量 2 9 ．2 5 ％。与工业磷精矿相比，此精矿磷含量低，稀 土含量高，其它杂质元素含量较高，稀土利用价值 大，回收难度高。 2 结果与讨论 2 ．1 硝酸浸出 用硝酸浸出分解含稀土磷灰石精矿的条件试验 结果表明，精矿按照液固质量比1 ．5 1 添加浓度 5 5 ％的硝酸在常温下反应6 0m i n ，液固分离采用布 收稿日期2 0 1 3 0 5 0 7 基金项目9 7 3 计划前期研究专项 2 0 1 2 C B 7 2 4 2 0 1 ；广东省科技计划项目 2 0 1 1 8 0 5 0 4 0 0 0 0 8 作者简介刘勇 1 9 6 6 一 ，男，广东兴宁人，高级工程师． 万方数据 2 0 1 3 年第1 2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 9 氏漏斗真空抽滤，蒸馏水洗涤后，滤渣烘干并分析其 中磷和稀土含量。计算得出浸出渣率为1 2 ．8 5 ％， 浸出渣主要化学成分 ％ R E 07 ．1 2 、P O 。2 ．7 3 、 S i o z3 5 ．4 7 、A 1 2 0 31 ．2 3 、C a O1 ．9 1 、M g O0 ．1 7 、 F e z 0 34 ．3 4 、F1 ．5 4 。渣计磷浸出率9 8 ．8 0 ％，稀土 浸出率6 5 ．3 4 ％，浸出液含P8 5 ．5 2g ／L 、R E O 1 1 ．7 9g ／L 。 上述结果表明，含稀土磷灰石精矿中只有约 6 5 ％的稀土矿物被硝酸分解，但磷灰石分解效果好。 为更好地了解在分解过程中矿物的变化，探究未分 解稀土的赋存状态，利用“M L A ”工艺矿物学自动检 测系统对硝酸浸出渣进行分析。检测结果表明，浸 出渣中主要矿物的占比是 ％ 石英5 5 ．3 2 、长石 1 0 ．0 5 、重晶石1 1 ．2 8 ，主要稀土矿物是 ％ 独居石 1 ．2 9 、氟碳铈矿0 ．9 3 。全元素分析结果显示，硝酸 浸出渣中的主要元素含量 ％ O4 6 ．5 2 、S i3 2 。3 0 、 B a9 ．5 4 、A 1 1 ．9 0 、K1 ．8 1 、S r1 ．0 9 。浸出渣中钙主 要赋存在斜长石、绿帘石和透辉石中；铈主要赋存在 独居石和氟碳铈矿中；钕赋存在氟碳铈矿、独居石和 复杂稀土磷酸盐中；磷主要赋存于独居石和一些复 杂稀土磷酸盐中。 由上述分析可知，含稀土磷灰石精矿经硝酸分 解后，浸出渣中的稀土主要赋存于独居石和氟碳铈 矿中，很难通过改善浸出条件提高稀土浸出率。因 此，硝酸浸出固液分离后，稀土分散于浸出液和浸出 渣中，需要选用合适的试剂将溶解于浸出液中的稀 土沉淀至渣中。 2 ．2 中和沉淀 选用碳酸铵的水溶液来中和沉淀硝酸分解浸出 液中溶解的稀土。将碳酸铵配制为质量浓度2 0 ％ 的溶液，按照碳酸铵和精矿质量比1 ；5 缓慢将碳酸 铵溶液滴加进浸出液，保证反应均匀进行，滴加完毕 后加热至沸腾并保温3 0m i n ，固液分离，分析渣和 溶液中的磷和稀土含量，计算磷和稀土的沉淀率。 试验结果显示，沉淀渣含P 。O 。4 8 ．4 2 ％、R E O 2 2 ．6 4 ％，沉淀后的溶液含P5 2 ．8 6g ／L 、R E O0 ．3 8 8 g ／L ，磷沉淀率1 2 ．0 7 ％，稀土沉淀率9 3 ．7 8 ％。可 见，碳酸铵中和沉淀可将溶解于溶液中的稀土沉淀， 实现稀土和磷的分离。 2 ．3 全流程试验 采用硝酸浸出一碳酸铵中和沉淀分离稀土的全 流程试验如图1 所示。按照图1 流程进行2 次平行 全流程试验，结果如表1 所示。 磷灰石精矿 T 滤i 查一 滤{ 瘦一 T 围 鳖鳖 图1 试验流程 F i g ．1 T o t a le x p e r i m e n t a lf l o w s h e e t 表1 全流程试验结果 T a b l e1R e s u l t so ft o t a if l o w s h e e t 从表1 可看出，两次全流程试验结果偏差不大。 总的来说，全流程稀土浸出率低于5 ％，磷浸出率高 于8 5 ％，稀土和磷分离效果好。 在图1 的流程中有2 次过滤工序，属于重复作 业，同时增加了有价物质的损失和废水的产量，而此 流程的产品滤渣一和滤渣二需要合并提取稀土，因 此考虑去掉图1 流程中的第一次过滤工序，改为硝 酸浸出后直接进行中和沉淀、过滤 下文称为简化流 程 。 采用上述简化后的试验流程进行稀土分离的全 流程试验，试验平行进行4 次，试验条件同前，试验 结果如表2 所示。 万方数据 3 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ] ] y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年第1 2 期 由表2 可以看出，4 次全流程试验结果差别不 大，如果以平均值来计算，磷灰石精矿中超过9 5 ％ 的稀土富集于滤渣中，超过8 5 ％的磷集中于滤液 中，说明简化后的流程也可实现磷灰石精矿中稀土 和磷的分离。 与原流程试验结果相比，简化流程的渣计和液 计浸出率结果更接近。可见，简化后的流程稀土和 磷分离效果好、流程短、操作简单，是一种更为优化 的工艺流程。 将4 次试验的滤渣合并后分析其中主要元素含 量，结果为 ％ R E O1 1 ．5 9 、P 2 0 。1 8 ．6 8 、S i O 。 9 ．5 1 、A 1 2 0 31 ．2 1 、C a O8 ．8 1 、M g O0 ．1 4 、F e 2 0 3 2 ．2 9 、F2 ．4 5 。该滤渣可通过后续流程提取稀土，而 滤液中磷含量超过5 0 ％，可用氨水中和制取磷肥。 3结论 1 采用硝酸浸出含稀土磷灰石精矿，磷浸出率 9 8 ．8 0 ％，稀土浸出率6 5 ．3 4 ％。硝酸浸出液经碳酸 铵中和沉淀后磷沉淀率1 2 ．0 7 ％，稀土沉淀率 9 3 ．7 8 ％。实现了稀土和磷的分离。 2 对全流程工艺进行简化后，全流程稀土浸出 率为4 ．3 5 ％，磷浸出率为8 7 ．3 4 ％。简化后的流程 稀土和磷分离效果好、流程短、操作简单，更加优化。 参考文献 [ 1 ] 刘牡丹，刘勇，刘珍珍．复杂稀有金属矿稀土回收新工 艺[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 1 3 2 3 4 ． [ z ] 刘珍珍，刘勇，刘牡丹．含稀土磷灰石精矿酸浸试验研 究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 5 3 7 3 9 ． [ 3 ] 能新向，张萍，易德莲．矿泥中的稀土元素浸取研究 [ J ] ．湖北化工，1 9 9 8 2 8 - 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