我国离子型稀土矿开发的科技进步.pdf

第 l 9卷第 2 期 1 9 9 9 年 6 月 矿 冶 工 M I NI NG AND M ETl _LURG 程 EHGI NEERI NG Vo 【l 9 № 2 J 吼 e1 9 9 9 6 我国离子型稀土矿开发的科技进步。 ， 李蕉塑 杨 殿 中南工业大学 资源环境与建筑工程学院， 胡南 长沙 4 1 0 S 3 略 摘要 从溶 浸药 剂、 采矿方法的改善及 技术 经挤 指标、 社会环境效益的提高等方面， 综述 我国特 有离子型稀 土矿床开采工艺变革过程。3 0多年的生产实践充分表 明， 我 国离子型稀土矿开发研 究取 得 了显著成果 ， 并得 到 了良好的推广应用。 关 - 调 。 竺 圭 芝 ； 墨 7 0 年代初， 江西、 湖南、 广东、 福建、 云南等省区相 继发现我国特有的离子型稀土矿床。由于该矿种埋藏 浅， 易开采， 经济价值高， 因而迅速形成了一种新的稀 土资源开发行业。至目前为止， 其开采历史虽然只有 短短的 3 0年， 但期间却经历了室内食盐桶浸一二次草 酸沉淀， 野外硫铵池浸一草酸沉淀， 野外硫铵池浸一碳 铵沉淀和原地浸析采矿一碳铵沉淀 4个阶段。随着科 学技术的进步， 离子型稀土矿山的各项技术经济指标 都有较大的提高， 特别是离子型稀土矿原地浸析采矿 方法的应用与推广， 使离子型稀土矿开采方式发生了 根本性的改观。 1 各开发阶段的主要技术工艺特征 1 ． 1 室内食盐桶漫一草酸次沉淀阶段 这一 阶段处 于 7 0年代初， 为离子型稀 土开发初 期， 其主要工艺流程如 图 1 。 酸 草醯 术 I r i ]n 草 酸 乜 至 弃 r] T t 尾术排放 围 1 宣内食盐橘漫一草酸二次沉淀工艺瀛程 0 收蒋日 期1 9 9 8 1 0 2 3 第一作者男高墩工程师 露采矿石经人力车搬运至室 内， 经筛分后置于木 桶内， 用 Na C l 溶液作为 电解质 浸出液浸析稀土。一 次浸析矿石数十公斤， 浸后尾砂搬运至尾砂堆弃地， 母 液用草酸沉淀稀土。 因为 Na C l 浸 出杂 质含 量高， 灼 烧后产品质量远远达不到国家 标准． 因此灼 烧后 产品 尚需进行一次酸溶， 然后再进行草酸沉淀， 并再次灼烧 后， 才能生产合格产品。此阶段矿 山工人劳动强度丈， 劳动条件差， 产量低且成本很高。 1 2 野外硫铵池漫一草酸沉淀阶段 由于室内桶浸工艺生产成本高， 7 0 年代中期由室 内桶浸改为野外池浸， 同时提 出剂的研 究取得了新的 突破， 即改用硫酸铵作为浸 出剂， 草酸作沉淀剂。其主 要流程见图 2 。 围2 野外池漫一草酸沉淀工艺流程 水 池浸工艺池容积 1 O ～2 0 m3 ， 硫酸浸 出母液杂质 含量相对较低， 草酸一次沉淀后经灼烧即可以得到合 格产品， 这样不但简化了生产工艺流程， 而且提高了矿 山生产能力， 降低了生产成本。但沉淀剂草酸的价 格 较贵， 并且草酸稀土需经灼烧转化成氧化稀土后才能 军一 维普资讯 第2 期 罚洵忠等 我国商于型稀土矿开发的科技进步 酸溶， 并进入冶炼厂进行稀土分离或制备稀土化合物。 1 ． 3 野外硫铵池浸一碳铵沉淀阶段 为了进一步降低沉淀工序成本， 寻求取代草酸的 沉淀剂受到关注， 其中引人注 目的是用碳酸氢铵沉 淀 碳酸稀土。这主要是 由于碳铵价廉易得， 加上碳铵 稀 土的溶度积较之草酸稀土更小。8 0 年代后期， 随着晶 型碳酸稀土沉淀工艺L 1 的研制成功， 碳铵沉淀稀土 的 工艺迅速受到欢迎， 到 9 0 年代初期． 该工艺基本取代 了草酸沉淀工艺。碳铵沉淀稀土不但使稀土生产成本 大幅度下降， 而且由于碳酸稀土可以不经灼烧转化为 氧化稀土就可以直接送到冶炼厂酸溶， 进行稀土分离 或制造稀土化合物， 又一次简化 了工艺， 节约了灼烧费 用， 降低了生产成本， 而碳铵沉淀稀土后的上清液 尾 液 中的 N ， 经加适 当的硫酸调整 p H值， 作 回收处 理后几乎全部转化 为硫酸铵 ， 可返 回作为浸出 电解质 溶液 ， 这些都是草酸沉淀工艺所无法比拟的优越性。 1 ． 4 原地浸矿 一碳铵沉淀阶段 露采池浸工艺虽然生产能力大， 但是 开采过程中 却带来了一系列 的严重问题。主要表现在 ① 尾砂及 剥离物量大， 每吨稀土产品生产尾砂及剥离物 1 2 0 0 -- 1 5 0 0 m 3 ， 大量的尾砂及剥离物就地堆弃， 占用了土 地， 严重破坏了矿 区环境； ② 资源利用率极低， 为减少 矿石及尾砂搬运费， 浸析池一般建在半山撰， 剥离物就 近堆弃在半山腰以下， 山疆以下的矿石基本被尾砂掩 埋而无法利用， 加上露采采到半风化矿时． 由于矿石较 坚硬、 品位略低， 往往会丢弃不采． 造成资源利用率极 低； ③ 工人劳动强度大、 劳动条件差、 生产成本较高。 以上因素严重制约了该类矿产的开发利用 。 为了彻底解决上述问题， 从 1 9 8 6 年开始， 江西寻 邬、 龙南稀土矿区， 湖南江华稀土矿区， 广东平远稀土 矿 区等进行了离子型稀土矿原地浸析采矿方法的室内 模拟试验、 野外小试、 中试、 工业性试验直至生产试验， 取得 了成功并获得推广应用。 所谓原地浸析采矿， 就是在不破坏矿 区地表植被、 不开挖表土与矿体的情况 下， 将浸 出电解质溶液经浅 井 槽 直接注入矿体． 电解质溶液中的阳离子将吸附 在稀土矿物表面的稀土离子交换解 吸下来． 形成稀土 母液， 然后收集浸出母液 回收稀土 的方法_ 2 J 。其主要 工艺流程如图 3所示。 从以上工艺流程可以看出， 采用原地浸析采矿方 法开采离子型稀土矿， 基本上不破坏矿山植被． 不产生 剥离物及尾砂污染 ； 由于浸出电解质溶液从风化矿层 上部注入， 进入风化层下部后， 还可渗入到半风化层、 微风化层直到 花岗岩基岩， 因此大大提高了稀土资源 的和 】 用率 ； 原地浸析采场面积小则数千平方米， 大则数 图 3 原地漫斩 一硪铵 沉淀工艺流程 万平方米， 浸析矿量几万吨至几十万吨， 稀土产量几十 吨至几百吨， 矿 山生产能力比池浸工 艺成倍增长， 不但 使工人劳动条件大为改善， 而且费用大大降低。由于 采用碳铵沉淀， 上清液经 回收处理． 闭路循环使用后 ， 浸出电解质耗量 比池浸工艺还要低． 加上无需建造 一 系列造价较高的浸析 池， 因而使吨稀土成本 比池浸工 艺又有大幅度降低。 2 离子型稀土开发的科技进步 2 ． 1 稀土浸出宰 稀土桶浸一般 时间很 短， 仅 l O多 rai n ， 稀土浸出 率仅 8 5％左右。在池浸阶段 ， 深 l m左右的浸析池， 进矿、 浸析、 出渣一个循环为 1 d ， 纯浸析时间约为 8 h ， 因此稀土浸出率 只有 9 0 ％左右。而 原地浸析 一般 采 场浸析时间 6 个月左右， 除少量处于浸析死角的稀土 不 能浸出外． 处于浸析带中的离子型稀土可全部浸出， 采场综合稀土浸出率可达 9 5 ％左右。 2 2 稀土资源利用宰 开发初、 中期． 矿山追求单桶、 单池产量， 开采时采 富弃贫． 一般工业品位下限的矿石被人为丢弃， 由于矿 石较坚硬， 采至半风化矿层时， 即使品位仍较高也不再 开采． 特别是池浸工艺时期． 尾砂及剥离物掩埋了大量 的矿石， 资源利用率极低， 一般矿 山仅 3 0 ％～3 5 ％， 有 的矿山甚至只有 2 0 ％左右。进入原地浸析采矿 阶段， 处于浸析带的离子型稀土 不管是全风化、 半风化还是 微风化矿层， 基本上可以全部浸出， 资源利用率一般可 达 7 5 ％以上。对 矿山采用露 采池浸工 艺开采丢弃的 大量残矿， 利用原地 浸析采矿方法 回收也能取得 良好 的效果 。 维普资讯 矿冶工程 第 1 9 卷 2 ． 3 漫出电解质耗量 桶 、 池浸阶段， 由于浸出时间短 ， 为提高浸出率、 加 快浸析反应， 浸出电解质溶液浓度较高， 电解质耗量相 对较高。原地浸析采矿 浸析时间长， 电解质溶液浓度 相对较低， 特别是 采用 “ 先上后 下 、 先浓后淡、 先液后 水” 的“ 三先方法” 注液后I 4 ] ， 电解质耗量可 明显降低， 一 般 比池浸工艺降低 l t 左右。 2 ． 4 产品质量 桶浸一N a c 1 浸出阶段， 一次草酸沉淀根本不能生 产合格产品， 需经灼烧转 化、 酸溶 、 再沉淀工艺才能获 得合格产品。池浸工艺由于浸出电解质溶液浓度相对 较高， 母液中剩余氨离子浓度 一般在 8 g ／ L以上， 由于 母液杂质含量与母液中氨离子浓度成正比I 5 ] ， 母液含 杂量相对较高。原地浸析采矿 ， 按“ 三先方法” 注液后 ， 母液中氨离子浓度在 4 g ／ L左右， 可有效控制杂质含 量。因此， 产品质量稳定， ” 碳酸稀土 可达 9 2 ． 5 ％ 以上， A h 0 3 0 ． 5 ％， 原地浸析采场 中、 后期产品， “ A 1 2 0 3 O 、 2 5 ％。 2 ． 5 矿山年产量、 工人劳动生产率及劳动条件 以一个 中型稀土矿 山为例， 其各开发 阶段的矿 山 年产量及工人劳动生产率见表 1 。 2 ． 6 产品直接生产成本 各个开发阶段， 几种可 比稀土产 品吨直接 生产成 本见表 2 。 寰 2 各开发阶 段直接生产成本比较元 ， 1 1 如碳酸稀土直接进 冶炼厂 ． 还可降低成本 2o o o元， I 2 ． 7 矿 山社会环境效益 无论是桶浸还是池浸 ， 据统计 吨稀土产 品产生尾 砂及剥离物 l 2 0 0 ～1 5 0 0 m 3 ， 大量的尾砂及剥离物就 地堆弃， 使稀土矿区环境遭到严重的破坏和污染， 7 0 年代初到 9 o 年代初开采的离子型稀土矿区， 尾砂堆积 如山， 严 重威肋 附近人 民的生产 与 生活。即使 收取 2 0 0 0 元／ t 尾砂治理费进行整治， 也不能从根本上解决 问题。采用原地浸析采矿方法后， 不仅 不破坏和污染 矿区环境， 而且由于交换稀土离子后 的氨离子 残存于 土壤中， 有利于矿体上方植被生长， 环境效益巨大。 竺 墨 三 苎 竺 1 3 结 语 在桶浸、 池浸阶段， 工人劳动强度大， 劳动条件差。 进入原地浸析采矿阶段后， 连接数个山头 的原地浸析 采场最多只有 2名工人在 山头巡查注液， 清澈的稀土 母液从集液沟汇流至集液池后 ， 用水泵 日夜 不停地输 送至沉淀车间处理， 基本实现了机械化、 自动化采矿， 工人生产条件大为改善。 纵观我国离子型稀土矿开发的3 O 年历史， 充分证 明“ 科学技术是第一生产力” 这一科学论断。科学技术 的进步， 使我国离子型稀土矿的开发利用居于世界先 进水平。可以满怀信心的璜计， 在 2 1 世纪， 我国该类 矿床的科学开发将取得更加辉煌 的成果。 参考文献 1 喻庆华等 ．矿冶工程． 1 9 9 6 ， 1 6 2 4 3 ～4 6 2 弱洵忠． 李茂精． 矿业研究与开发． 1 9 9 7 ， 1 7 2 1 --4 3 弱洵忠 ． 李茂精 ． 杨段矿冶工程 ． 1 9 9 8 ． 1 8 4 1 1 ～1 3 4 弱洵惠． 李茂精， 杨殿中南工业大学学报， 1 9 9 8 ． 2 9 6 5 2 3 -5 2 6 5 弱洵惠． 李茂精， 栖殿． 中南工业大学学报． 1 9 9 9 ． 3 0 2 1 3 3 ～1 3 6 S CI ENTI FI C AND TECHNI CAL PRoGRES S I N DEVELoPM ENT oF CH I NA S I oN． TYPE RARE． EARTH圆 TANG Xu n - z h o n g ，LI M a c - r mn ， YANG Di a n C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y ，C h a n g s h a 4 1 0 0 8 3 ， C h i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r o v e r v i e ws t h e c h a n g e s i n mi n i n g t e c h n i q u e s f o r C h i n a s i o n - t y p e r a r e e a r t h s d e p o s i t s i n t e r ms o f i mp r o v e me n t o f s o l v e n t l e a c h i n g r e a g e n t s ，mi n i n g me t h o d s ，t ech n i c a l a n d e c o n o mi c r e s u l t s a n d s o c i a l e n v i o r n me n t b e n e f i t s Th i r t y y e a r s o f p r o d u c t i o n p r a c t i c e s h o w t h a t g r e a t a c h i e v e me n t s h a v e b e e n ma d e i n t h e d e v e l o p me n t o f C h i - n a s r a r e e a r t h s o re ．Th e a c h i e v e me n t s a re wo r t h s p r e a d i n g a n d a p p l y i n g i n p r o d u c t i o n p r a c ti c e ． Ke y wo r d s ；i o n - t y p e r a re e a rth s ；sol v e n t l e a c h i n g r e a g e n t ；mi n i n g me t h o d 维普资讯