硝酸法生产磷酸过程中稀土的浸出研究.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年8 期 2 5 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 ％7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．0 8 ．0 0 7 硝酸法生产磷酸过程中稀土的浸出研究 汪胜东1 ”，蒋开喜2 ，蒋训雄2 ，冯林永2 ，范艳青2 ，蒋伟2 ，张登高2 1 ．东北大学，沈阳1 1 0 8 1 9 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 7 0 摘要研究了采用硝酸法生产磷酸工艺中稀土的浸出情况。详细探讨了温度、硝酸浓度、时间、粒度、液 固比等因素对磷精矿中稀土浸出率的影响。结果表明，浸出稀土的适宜工艺条件是4 0 ％H N O ，、6 0 ℃、 液固比2 ．5 、搅拌转速3 0 0r ／m i n 、一0 ．0 3 8m m 占8 2 ％、浸出9 0r a i n 。此条件下稀土浸出率与磷矿分解率 均大于9 8 ％。 关键词磷矿；稀土；浸出；硝酸法 中图分类号T F 8 4 5文献标识码A文章编号1 0 0 7 - 7 5 4 5 2 0 1 1 0 8 - 0 0 2 5 - 0 3 S t u d yo nL e a c h i n go fR a r eE a r t hi nP r e p a r i n gP h o s p h o r i c A c i dw i t hN i t r i cA c i d W A N GS h e n g ．d o n 9 1 ”，J I A N GK a i ．x i 2 ，J I A N GX u n ．x i o n 9 2 ， F E N GL i n y o n 9 2 ，F A NY a n ．q i n 9 2 ，J I A N GW e i 2 ，Z H A N GD e n g g a 0 2 1 ．N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ，S h e n y a n g1 1 0 8 1 9 ．C h i n a ； 2 ．B e i j i n 8G e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h el e a c h i n go fr a r ee a r t h R E i np h o s p h a t er o c kw i t hn i t r i ca c i dw a ss t u d i e d ．T h ee f f e c t so ft e m p e r a - t u r e ，n i t r i ca c i dc o n c e n t r a t i o n ，t i m e ，p a r t i c l es i z e ，a n dl i q u i d t o - s o l i dr a t i oo nR El e a c h i n gr a t ew e r es t u d i e d ．T h e o p t i m u mc o n d i t i o n sf o rR El e a c h i n gw e r e4 0 ％H N 0 3 ，6 0 ℃，l i q u i d t o s o l i dr a t i o2 ．5 ，a g i t a t i o ns p e e d3 0 0r ／m i n ， ．0 ．0 3 8m ma c c o u n t i n gf o r8 2 ％，l e a c h i n gt i m e9 0r a i n ．U n d e rt h ea b o v ec o n d i t i o n s ，t h ep e r c e n t a g eo fR El e a c h i n g r a t ea n dd e c o m p o s i t i o np e r c e n t a g eo fp h o s p h a t er o c kw e r eb o t hh i g h e rt h a n9 8 ％． K e yw o r d s P h o s p h a t e ；R a r ee a r t h ；L e a c h i n g ；N i t r a t em e t h o d 现已探明世界稀土资源总储量为45 0 0 万t 以氧化物计 ，集中分布在中国的白云鄂博、美国 的芒廷帕斯 M o u t a i nP a s s 及澳大利亚韦尔德山 W e l dM o u n t a i n 几个内生矿床内，就1 9 9 0 年储量 统计，这3 个矿山占世界稀土总储量的9 0 ％以上。 此外，磷矿中也伴生有大量稀土资源，按稀土平均含 量为0 ．0 5 ％估算，世界磷矿10 0 0 亿t 中稀土总储 量可达50 0 0 万t 。磷矿中的稀土作为一种潜在的 稀土来源，回收具有重要意义。 由于磷矿中稀土含量低，单纯提取稀土没有经 济价值，只能在生产磷酸过程中提取。目前，硫酸法 是湿法生产磷酸的主要方法，世界上许多学者研究 了在硫酸分解磷矿过程中提取稀土，稀土总的回收 率小于5 5 ％‘1 别。 硝酸法对磷矿中的稀土浸出高，从磷矿到纯净 含稀土磷酸，稀土回收率可达8 5 ％以上。该方法对 磷化工过程影响小，化工原材料消耗低，因此运行效 益良好。但是硝酸价格昂贵，限制了其应用。对此， 本文提出了硝酸浸出稀土一萃取分离稀土_ 硝酸再 生一硝酸返回浸出稀土的工艺流程，该流程可减少 硝酸法生产磷酸中约9 0 ％的硝酸消耗，具有较大的 经济优势。 基金项目国家科技支撑计划项目 2 0 0 7 B A B 0 8 8 0 3 作者简介汪胜东 1 9 7 0 ． ，男，安徽安庆人，博士研究生，教授级高工． 万方数据 2 6 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年8 期 1 试验原料与方法 1 ．1 试验原料 试验原料来自贵州某地磷矿，矿石含P 0 ， 3 1 ．9 ％、C a O5 0 ．5 ％、S i 0 25 ．2 ％、F e O1 ．0 ％、M g O 1 ．4 ％、A I O ，0 ．3 ％。物相分析表明胶磷矿、磷灰石 和白云石是矿物的主要成份，还含有少量的石英、玉 髓、褐铁矿及有机质等。磷矿中稀土含量为 0 ．1 4 ％，主要与胶磷矿呈类质同象存在，各稀土元素 配分为 ％ L a 2 0 32 1 ．4 、C e 0 21 1 ．6 、P r 2 0 33 ．4 、 N d 2 0 ，1 4 ．3 、S m 2 0 32 ．8 、E u 2 0 ，0 ．7 、G d 2 0 33 ．0 、 T b 2 0 30 ．5 、D y 2 0 33 ．1 、H 0 2 0 30 ．6 、E r 2 0 31 ．8 、T m 2 0 3 0 ．3 、Y b 2 0 31 ．2 、L u 2 0 30 ．2 、Y 2 0 33 4 ．9 。 1 ．2 试验方法 称取一定粒度的磷矿，缓慢加入到一定浓度的 硝酸溶液中，反应后固液分离，渣经淋洗后烘干送分 析残余稀土，以此计算稀土的浸出率。试验中硝酸 为分析纯试剂，水为去离子水。渣中稀土用I C P ． A E S 检测。 2 结果与讨论 2 ．1 浸出时间的影响 固定条件6 0 ℃、5 0 ％H N O ，、液固比2 l 、 一0 ．0 3 8m m 占8 2 ％、搅拌转速3 0 0r ／m i n ，结果如图 1 所示。由图1 可见，随浸出时间的增加稀土浸出 率逐渐增加，9 0m i n 后再增加浸出时间，稀土浸出率 变化不大，适宜的浸出时间为9 0m i n 。 9 9 ．0 蓬 爵 蠡％．o 9 7 ，0 3 06 09 01 2 01 5 01 8 02 1 02 4 0 浸出时问／r a i n 图1浸出时间对稀土浸出率的影响 F i g ．1 T h ee f f e c to ft i m eo nR El e a c h i n gr a t e 2 ．2 硝酸浓度的影响 固定条件6 0 ℃、2 4 0m i n 、液固比2 ．5 1 、 一0 ．0 3 8m m 占8 2 ％、搅拌转速3 0 0r ／m i n ，硝酸浓度 对稀土浸出率和磷矿分解率的影响如图2 所示。随 硝酸浓度的增加，稀土浸出率与磷矿分解率均增大， 适宜的硝酸浓度为4 0 ％。 l O O 9 5 9 0 8 5 母 爵∞ 丑 燃7 5 7 0 6 5 6 0 1 0 0 9 9 9 8 9 7 术 孬9 6 蠡9 5 9 4 9 B 9 2 9 1 2 0 4 0 5 06 0 浸出温度f C 图3 温度对稀土浸出率的影响 F i g ．3 T h ee f f e c to ft e m p e r a t u r eo n R El e a c h i n gr a t e 2 ．4 磷矿粒度的影响 固定条件6 0 ℃、2 4 0r a i n 、4 0 ％H N O ，、液固比 2 ．5 1 、搅拌转速3 0 0r ／r a i n 。未磨的矿中一0 ．0 3 8 m m 占3 8 ％，将其在棒磨机上分别磨4 、8 和1 3m i n ， 得到一0 ．0 3 8m m 含量分别为6 4 ％、8 2 ％、9 4 ％的磷 矿。用上述四种粒度的矿物进行试验。结果如图4 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年8 期 2 7 所示。粒度越细，稀土的浸出率越高，未磨的矿稀土 浸出率为8 6 ．2 ％，当把矿石磨到一0 ．0 3 8m m 占 8 2 ％时稀土浸出率达9 8 ．9 ％，再磨细以后，稀土浸 出率变化不大。合适的矿石粒度为一0 ．0 3 8m m 占 8 2 ％。 术 、 哥 丑 崩 - 0 ．0 3 8 m i l l 百分数，％ 图4 粒度对稀土浸出率的影响 F i g ．4 T h ee f f e c to fp a r t i c l es i z eO i lR E l e a c h i n gr a t e 2 ．5 液固比的影响 固定条件6 0 ℃、2 4 0r a i n 、4 0 ％H N O 。一0 ．0 3 8 m m 占8 2 ％、搅拌转速3 0 0r ／m i n ，液固比对稀土浸 出率的影响如图5 所示。随液固比的增大，稀土浸 出率逐渐增加。液固比为1 ．5 1 时稀土浸出率仅 6 6 ．2 ％，这是由于硝酸量不足 酸量为理论酸耗的 6 5 ．6 ％ ，导致稀土未完全溶出，当液固比为2 ．5 l 时，稀土浸出率可达9 9 ．8 ％，此时为理论酸耗的1 ．1 倍，再增大液固比稀土的浸出率影响不大。故合适 的液固比为2 ．5 1 。 3结论 1 硝酸可以较好地浸出磷矿中的稀土，同时磷 矿的分解率也较高； 1 0 0 9 5 9 0 星8 , 5 篓8 0 嬲7 5 7 0 6 5 6 0 1 ．52 ．02 ．53 ．03 ．5 液固比 图5 液固比对稀土浸出率的影响 F i g ．5 T h ee f f e c to fH q u i d - t o - s o i l dr a t i o o nR El e a c h i n gr a t e 2 硝酸浓度、浸出温度及液固比对稀土的浸出 率影响较大。增加硝酸浓度、升高温度、增大液固 比，稀土的浸出率也相应增大。硝酸浸出稀土的适 宜工艺条件6 0 ℃、4 0 ％H N 0 3 、粒度一0 ．0 3 8m m 占 8 2 ％、9 0r a i n 、液固比2 ．5 、搅拌转速3 0 0r ／m i n 。在 此条件下，稀土浸出率和磷矿分解率均大于9 8 ％。 参考文献 [ 1 ] 王明沁．波兰从磷灰石中提取稀土[ J ] ．稀土信息，1 9 9 4 Z 1 2 0 ． [ 2 ] 贾继奎．从磷灰石中提取稀土的工艺综述[ J ] ．有色金属 与稀土应用，2 0 0 1 4 2 5 2 9 ． 【3 ] C l u rDA ，H a n s e nK RN ．R a r eE a r t hR e c o v e r yF r o mP h o s p h o g y p s u m S o u t hA f r i c a n ，Z A 8 0 0 5 ．3 1 8 [ P ] ．1 9 8 1 ． [ 4 ] J a r o s i s k iA ，K o w a l c z y kJ ，M a z a n e kC z ．D e v e l o p m e n to ft h e P o l i s hW a s t e l e s sT e c h n o l o g yo fA p a t i t eP h o s p h o g y p s u mU t i l i z a t i o nw i t hR e c o v e r yo fR a r eE a r t h s [ J ] ．JA H o y sC o m p ， 1 9 9 3 ，2 0 0 i - 2 1 4 7 1 5 0 ． 【5 ] 龙志奇，王良士，黄小卫，等．湿法磷酸生产过程中控制 稀土走向的研究[ J ] ．中国稀土学报，2 0 0 8 ，2 6 3 3 0 7 3 1 2 ． 万方数据