从磷矿中分离轻稀土的研究.pdf

第3 2 卷第3 期 2 0 1 2 年0 6 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM F r A L L U R G l C A LE N G D i E E R 矾G V o l3 2 №3 J t m e2 0 1 2 从磷矿中分离轻稀土的研究① 冯林永，蒋训雄，汪胜东，范艳青，蒋伟，张登高，刘巍 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 7 0 擒耍针对磷矿中伴生轻稀土元素进行了硝酸浸出的影响因素研究与T B P 萃取探索实验。在硝酸浸出过程中，随浸出时间延 长、温度升高、酸度增加及液固比的增大，轻稀土浸出率增大，在液固比2 ．5 1 、6 0 ℃、4 5 ％酸度、时间2h 的条件下，浸出率达9 9 ％以 上。经5 0 ％ I B P 三级逆流萃取，相比为2 ，萃取率达9 9 ．2 ％，轻稀土总回收率大于9 8 ％。 关键词磷矿；轻稀土；硝酸浸出；T B P 萃取 中图分类号T F l l l 文献标识码A 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 3 0 0 8 9 0 3 S t u d yo nS e p a r a t i o no fL R E E Sf r o mP h o s p h o r i t e F E N GL i n y o n g ，J I A N GX u n - x i o n g ，W A N GS h e n g d o n g 。F A NY a h q i n g ，J I A N GW e i ，Z H A N GD e n g g a o ，L I UW e i ＆埘，l gG 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 ／n a A b s t r a c t S t u d i e so nt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r sf o rn i t r i ca c i dl e a c h i n ga n de x p l o r a t o r yt e s t so fs o l v e n te x t r a c t i o nw i t hT B P w e r ec o n d u c t e df o rt h ea c c o m p a n y i n gl i g h tr a r ee a r t he l e m e n t s L R E E S i np h o s p h a t er o c k ．D u r i n gn i t r a t ea c i dl e a c h i n g p r o c e s s ，t h el e a c h i n gr a t eo fL R E E Si n c r e a s e dw i t ht h ee x t e n s i o no fl e a c h i n gt i m e ，a l li n c r e a s ei nt h et e m p e r a t u r e ，a c i d c o n c e n t r a t i o na n dl i q u i d s o l i dr a t i o ．T h el e a c h i n gr a t er e a c h e da b o v e9 9 ％u n d e rt h ec o n d i t i o n st h a tt h el i q u i d s o l i dr a t i o W a S2 ．5 1 ，t h et e m p e r a t u r ew a S6 0 ℃，t h ea c i dc o n c e n t r a t i o nW a S4 5 ％a n dt h er e a c t i o nt i m eW a S2h ．W h e nt h ep h a s e r a t i oW a S2 ，t h ee x t r a c t i o nr a t er e a c h e d9 9 ．2 ％a n dt h eo v e r a l lr e c o v e r yo fL R E S SW a Sm o r et h a n9 8 ％n l r o u g l l t h r e e s t a g ec o u n t e r - c u r r e n te x t r a c t i o nw i t h5 0 ％T B P ． K e yw o r d s p h o s p h o r i t e ；l i g h tr a r ee a r t h ；n i t r a t ea c i dl e a c h i n g ；T B Ps o l v e n te x t r a c t i o n 稀土是现代高新技术产业的“维生素”，是世界上 新材料工业、现代高科技产业和国防工业发展的重要 战略性资源。我国云、贵、J | l 等省区磷矿资源丰富，其 中伴生资源量巨大，达上百万吨，但在常规工业生产磷 酸过程中还未见综合回收稀土的相关报导，因此，研究 提取磷矿中的稀土具有重大的经济效益与环境效 益。J 。硝酸法是一种能紧密结合磷酸生产与稀土分 离的方法，对此，本文采用硝酸法对磷矿中伴生轻稀土 进行了分离研究，考察了各因素对轻稀土浸出率的影 响，进行了浸出液中轻稀土萃取分离研究。 1 原料来源与实验过程 1 ．1 原料来源 实验原料为贵州某磷矿浮选精矿，轻稀土含量 0 ．1 l ％，X R D 分析表明主要物相为胶磷矿、白云石、方 解石和石英，如图l 所示。精矿中主要元素化学分析 结果见表1 ，精矿中各轻稀土的配分见表2 。 。I } Dc ≯ A 踊堍融疵一溉～蓦峨 1 0加3 0帅蜘砷7 0帅帅 2 a ／ 。 图1 精矿X 射线衍射图 表1 精矿成分l 质量分数I ／％ ①收稿日期2 0 1 1 1 2 1 3 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 作者简介冯林永 1 9 8 0 一 ，男．湖北仙桃人，工程师，博士，主要从事有色金属研究。 万方数据 矿冶工程 第3 2 卷 表2 精矿中轻稀土配分／％ 1 ．2 实验过程 将先配置一定浓度的硝酸溶液加热到一定温度 后，将精矿缓慢加人，反应一段时间后过滤，根据渣中 稀土含量计算浸出率。稀土萃取在分液漏斗中进行， 通过分析水相中稀土前后浓度变化计算萃取率。实验 中所用试剂均为分析纯，水为去离子水。 2 结果与讨论 2 ．1 浸出时间对稀土浸出率的影响 在温度6 0 ℃、硝酸浓度5 0 ％、液固比2 ．5 l 条件 下，考察了浸出时间对轻稀土浸出率的影响，结果如图 2 所示。硝酸浸出轻稀土的速率较快，在0 ．5h 时即可 浸出大部分轻稀土，浸出率达9 4 ．5 ％，在2h 时即可完 全浸出轻稀土，浸出率达9 9 ．8 ％，此后再延长时间轻 稀土浸出率基本不变。可见，适宜的浸出时间为2h 。 浸出时间／h 田2 浸出时间对轻稀土浸出率的影响 2 ．2 酸度的影响 在温度6 0 ℃、浸出时间2h 、液固比2 ．5 1 条件 下，考察了硝酸浓度对轻稀土浸出率的影响，结果如图 3 所示。酸度对稀土的浸出率影响显著，在低酸度下 由于酸量相对不足，轻稀土的浸出率相应较低，随酸度 增加浸出率也逐渐增大。当硝酸浓度为4 0 ％时轻稀 土浸出率可达9 0 ％以上，4 5 ％的酸度时轻稀已浸出 完全，浸出率达9 9 ％。浸出酸度以4 5 ％较合适。 2 ．3 温度的影响 在4 5 ％酸度、时间2h 、液固比2 ．5 1 条件下，考察 了温度对轻稀土浸出率的影响，结果见图4 。温度升 高有利于轻稀土的浸出，当温度从2 5 ℃升高到6 0 ℃ 时浸出率相应从8 7 ％升高到9 9 ％以上，温度升高至 7 0 ℃后浸出率基本不变。浸出温度以6 0 ℃较合适。 硝酸浓度／％ 图3 酸度对轻稀土浸出率的影响 浸出温度／℃ 圈4 温度对轻稀土浸出率的影响 2 ．4 液固比的影响 在4 5 ％酸度、时间2h 、温度6 0 ℃条件下，考察了 液固比对轻稀土浸出的影响，结果见图5 。在一定酸 度下提高液固比，渣率降低，生成硝酸钙质量及其溶解 量增加，轻稀土浸出率相应增大。当液固比从1 ．5 升 高到2 ，5 时浸出率从2 0 ％升高到9 9 ％以上，此后再增 大液固比浸出率保持在9 9 ％以上。从图中可以看出， 浸出液固比以2 ．5 l 较合适。 液固比 图5 液固比对轻稀浸出率的影响 2 ．5 轻稀土萃取 对溶液中轻稀土进行了萃取探索实验，水相轻稀 土浓度2 7 2m g ／L ，萃取剂为T B P ，稀释剂为磺化煤油， 在萃取剂浓度为5 0 ％、有机相与水相相比为2 、时问 万方数据 第3 期冯林永等从磷矿中分离轻稀的研究9 I 1 0r a i n 条件下，经三级逆流萃取，轻稀土的萃取率达到 了9 9 ．2 ％，单个轻稀土元素的萃取率均大于9 8 ．5 ％。 3 结论 在轻稀土的硝酸浸出过程中，随浸出时问延长、温 度升高、酸度增加及液固比的增大，浸出率逐渐增大， 在液固比2 ．5 1 、6 0 ℃、4 5 ％酸度、时间2h 的条件下， 浸出率可达9 9 ％以上；溶液中轻稀土在相比O ／A 为 2 ，经5 0 ％T B P 三级逆流萃取，萃取率为9 9 ．2 ％，轻稀 土总回收率大于9 8 ％。 参考文献 [ I ]金会心，壬华．李军旗．磷矿资源及从磷矿中提取稀土的研究 现状[ J ] ．湿法冶金．2 0 0 7 ，2 6 4 1 7 9 1 8 3 ． [ 2 ] K i j k o w s k aR ．胁e r i l l gR a r ee n n hE l e m e n t sF r o mK o l aA p a t i t ea n d M o m e c , e nP h o s p h a t eR e e k [ J ] ．P h o s p h a l eR o s e a m h ．1 9 8 0 2 4 0 7 4 2 3 ． 【3 ]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 ． [ 4 ] 龙志奇．王良士，黄小卫，等．磷矿中微量稀土提取技术研究进展 [ J 】．稀有金属，2 0 0 9 ，3 3 3 4 3 4 4 4 1 ． 上接第8 8 页 隙，恶化了还原动力学条件，阻碍了还原反应的进行， 二是还原过程中球团爆裂，有些煤粉不参与还原而直 接燃烧，并且爆裂后的球团表面积增大，这正好与过量 的煤粉促进还原反应的作用效果相互抵消。 F e O C F e C O 6 Z n O C _ Z n C O 7 C 0 2 C C O 8 随着配煤量的增加，一方面增加了粉尘处理的成 本；另一方面也增加了粉尘造球的难度，综合配煤量对 3 个指标的影响，最优的配煤量选择为4 ％。 3 结论 1 随还原温度的升高，脱锌率和金属化率逐渐提 高，其中脱锌率在12 5 0o C 之后增幅变小且继续升高 到l4 0 0 ℃时反而有所降低。还原温度对选矿效率的 影响逐渐增大，l3 5 0 ℃时达到7 3 ．5 8 ％，之后增加幅 度变小。 2 球团脱锌率和金属化率随着还原时间的延长 呈增加趋势，且金属化率较早达到最高值。之后继续延 长反应时间对球团脱锌率影响较小，金属化率反而略 有下降。选矿效率随反应时间先急剧增大至最高点稳 定一段时间后又下降。 3 随着配煤量的增加，球团脱锌率和金属化率总 体变化较小。呈现先增加后降低的趋势；选矿效率随配 煤量的变化趋势与脱锌率基本一致，配煤量4 ％之后 急剧下降。 4 综合考虑高温还原- 磁选处理过程，兼顾脱锌 率、金属化率、选矿效率 磁选精矿产率以及铁回收 率 等指标，确定的最优工艺参数为焙烧温度1 3 5 0 ℃， 焙烧时间3 0r a i n ，配煤量4 ％，在此条件下的脱锌率和 金属化率分别高达9 9 ．7 5 ％和9 9 ．4 6 ％，选矿效率为 7 5 ．8 4 ％ 精矿产率为4 5 ．6 3 ％，铁回收率为9 5 ．7 6 ％ 。 参考文献 [ 1 ] 刘秉国，彭金辉，张利波．高炉瓦斯泥 灰 资源化循环利用研究 现状[ J ] ．矿业快报．2 0 0 “ ／ 5 1 4 一1 7 ． [ 2 ] 余雪峰，薛庆国，董杰吉．钢铁厂典型粉尘的基本物性与利用途 径分析[ J ] ．过程工程学报，2 0 0 9 ，9 I 7 一1 0 ． [ 3 ] 黄希祜．钢铁冶金原理[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 1 0 ． [ 4 ] 张旭。张建良。郭豪，等．铁碳复合球团直接还原试验研究 [ J ] ．矿冶工程，2 0 0 9 ，2 9 2 5 5 5 8 ． [ 5 ] 王春龙，张建良，刘征建，等．高温焙烧．磁选联合处理包钢含锌粉 尘的研究[ J ] ．钢铁，2 0 1 l 。4 6 4 9 3 - 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