1、我國離子吸附型稀土礦開采提取技術綜述 X 趙 靖 , 湯洵忠 , 吳 超(中南大學資源環境與建筑工程學院 , 長沙 410083摘 要 :綜述了我國離子吸附型稀土礦床的類型與特征和目前采用的各種開采方法與提取工藝。并重點闡述 了用原地溶浸法開采離子吸附型稀土礦的浸析機理和開采過程中采用的主要技術措施。關鍵詞 :離子吸附型稀土礦床 ; 原地溶浸 ; 綜述中圖分類號 :TD955文獻標識碼 :A 文章編號 :1006-0308(2001 01-0011-04Status Quo of Mining and Recovering Technologies forIon -absorbed Rare

2、Earth Deposits in C hinaZHAO Jing, TANG Xun-zhong and W U Chao(College of Resources, Environment and Civil Engineering, Central SouthUniversity of Technology, Changsha, Hunnan 410083, ChinaA BSTRACT:The classi fication and ch aracteri stics of the i on -absorbed rare earth d eposits and various mi n

3、in g and recoverin g techn ologies cu rrently u sed in China were reviewed in this paper, and besid es, the leachin g mechani sm of in -situ leachi ng adop ted in recoverin g the ion-ab -sorbed rare earth ores and maj or measu res tak en in the mini ng proce ss were emph atically expou nded.KEY WORD

4、S:i on -ab sorbed rare earth d eposit; in-si tu leachin g; revi ew1引 言離子吸附型稀土礦是一種世界上特殊類型的稀 土礦床 , 這類礦床具有規模大、分布廣、中重稀土 配分高、易采選等特點。自 70年代初在我國南方 首次發現以來 , 迅速形成了一種新的稀土資源開發 行業。它的發現和開發利用改變了我國稀土資源結 構 , 使我國成為世界上輕、中、重稀土品種齊全、 儲量大的資源大國。為了合理 有效地利用這 種資 源 , 其開采提取方法和工藝顯得尤為重要 , 本文對 此加以綜述。2礦床類型與特征離子吸附型稀土礦床一般都屬于巖漿型原生稀 土

5、礦床 , 但常賦存于風化淋濾所形成的風化殼構造 帶。根據離子型稀土與原生稀土礦床的關系及稀土 元素的配分特點來劃分該類礦床的類型 , 可分為兩 大類 :一類是以離子吸附型為主的礦床 , 其特點是 母巖中的原生礦物以氟碳酸巖等易風化的稀土礦物 為主 ; 另一類是以磷釔礦、獨居石等單一稀土礦物 為主 , 部分稀土呈離子吸附相稀土的礦床。離子吸 附型稀土礦床的具體分類詳見表 1112。離子吸附型稀土礦床是由含稀土豐度較高的母 巖 (花崗巖 , 花崗斑巖 在物理化學、生物等諸因 素作用下 , 使稀土礦物隨原巖逐漸解體而形成稀土 離子進入水溶液 , 該溶 液在沿孔隙向 下滲濾過程 中 , 稀土離子被粘土

6、礦物吸附而形成。礦床由表土 層、全風化層、半風化層和基巖組成。其中全風化 層厚度最大 , 離子相稀土富集度最高。在離子吸附 型 稀土礦中 , 稀土元素一般含量為 011%013%,2001年 2月第 30卷第 1期 (總第 166期 云 南 冶 金Y UNNAN M ETALL UR GYFeb. 2001Vol. 30. No. 1(Sum166X 收稿日期 :1999 05 17作者簡介 :趙 靖 (1965 , 男 , 湖南長沙人 , 在讀碩士研究生。表 1 離子吸附型礦床分類Tab. 1 Classification of ion-absorbed rare earth deposit

7、s礦床類型 含礦母巖類型 含礦母巖主要稀土礦 物礦石中含可交換的吸附稀土占有率 /%高釔重稀土型細粒白云母花崗巖 氟碳鈣釔礦 88130深 高釔重稀土型 中細粒黑云母花崗巖 氟碳鈣釔礦 80173成 中釔重稀土型 中細粒黑云母花崗巖 氟碳鈰礦 78148巖 富銪低釔輕稀土型 中細粒黑云母花崗巖 氟碳鈰礦 85125風 中釔低銪輕稀土型 中細粒黑云母花崗巖 氟碳鈰礦 81138化 無選擇性配分型 中細粒二云母花崗巖 氟碳鈣釔礦 90143殼 富鈰輕稀土型 細粒黑云母花崗巖氟碳鈰礦 83103淺 成巖風化殼富鑭富銪輕稀土礦 花崗斑巖 氟碳鈰礦 90143無選擇性配分型煌斑巖 氟碳鈰礦 86108噴

8、 出巖風化殼富鑭富銪輕稀土礦 流紋斑巖 氟碳鈰礦 91198富鑭富銪輕稀土礦凝灰巖氟碳鈰礦96181以離子相稀土為主 , 約占總含量的 60%95%122。3 開采方法及工藝311 池浸開采這種方法是用傳統的露采工藝 , 將稀土礦體表 土剝離后 , 采掘稀土礦石 , 將礦石搬運至合適廠址 而建設的一系列浸析池中 , 用溶浸液浸析礦石。其 工藝流程見圖 1 。圖 1 池浸工藝流程圖Fig. 1 Flowsheet of tank-leachin g process由于該方法需要剝離大量的礦石 , 大量的尾沙 及剝離物就地堆棄 , 不但占用了土地 , 而且嚴重破 壞和污染了礦區環境 ; 其資源利用

9、率低 , 勞動強度 和生產成本都較高。這些問題的存在 , 嚴重制約了 這種方法的應 用和礦山的可持續發展。但是由于池浸 法生產能力 大、工藝及技術簡單、方法可靠 , 生產難 度低 , 因此一 些稀土礦山仍在使用該 法進行開采。 312 原地溶浸開采所謂原地溶浸開采 , 就是在不破壞礦區地表植 被、不開挖表土與礦石的情況下 , 將浸出電解質溶 液經淺井 (槽 直接注入礦體 , 電解質溶液中的陽 離子將吸附在粘土礦物表面的稀土離子交換解吸下 來 , 形成稀土母液 , 進而收集浸出母液回收稀土的 方法 132。其主要工藝流程如圖 2 所示。圖 2 原地溶浸開采工藝流程圖 Fig. 2 Flowshe

10、et of in-situ leachin g process從工藝流程可以看出 , 原地溶浸開采離子吸附2001年 2月 第 30卷第 1期 (總第 166期 云 南 冶 金 Y UNNAN M ETALL UR GYFeb. 2001Vol. 30. No. 1(Sum166型稀土礦 , 基本上不破壞礦山植被 , 不產生剝離物 及尾沙污染 , 而且對資源的利用率與池浸法相比有 了較大的提高 , 生產成本也大大降低 , 在開采離子 吸 附型稀土礦中 , 有很 好的應用前景 , 并已經逐步取 代 池浸開采法。該方法的 浸礦機理及主要技術如 下 : 31211浸礦機理在離子吸附型稀土礦中 , 被

11、吸附在粘土等礦物 表面的稀土陽離子遇到化學性 質更活潑的陽 離子 (Na+, HN +4等 時 , 被更活潑的陽離子解吸下來 而進入溶液 , 達到浸出目的。其陽離子交換反應原 理如下 :(高嶺 土 m #nRE +3nMe +=(高 嶺 土 m #3nMe + nRE 3+式中 :Me Na +或 NH +4;RE 3+ 稀土陽離子。原地浸出過程按以下步驟進行 132:1 電解質溶液沿注液井中風化礦體的孔裂隙 在自然重力及側壓力下進入礦體 , 并附著在吸附了 稀土離子的礦物表面 ;2 溶液在重力作用下 , 在孔裂隙中擴散 , 擠 出在礦體中的孔裂隙水。與此同時 , 溶液中活潑性 更大的陽離子與

12、礦物表面的稀 土離子發生交 換解 吸 , 并使稀土離子進入溶液生成孔裂隙稀土母液 ; 3 裂隙中已發生交換作用的稀土母液被不斷 加入的新鮮溶液擠出 , 與礦物里層尚未發生交換作 用的稀土離子發生交換解吸作用 ;4 擠出的地下水及形成的稀土母液到達地下 水位后 , 逐漸提高原地浸析采場的原有地下水位 , 形成原地浸析采場的母液飽和層 ;5 飽和層形成的地下水坡度到達一定的高度 (>15b 時 , 形成穩定的地下母液徑流 , 流入集液 溝中被收集 ;6 浸礦液注完后 , 加注頂水擠出剩留在礦體 中的稀土母液 ;7 在地面進行水冶處理。31212浸礦主要技術1 因地制宜 , 合理配置注液量原地

13、溶浸采礦各注液井所處的位置不同 , 承擔 的原地浸析礦量也不盡相同。處于山脊的注液井 , 礦層較厚 , 礦量多 , 需要的液量就多。山腳各井 , 礦層較薄 , 礦量少 , 所需的液量較少。根據所承擔 的浸析礦量 , 沿山坡從上往下 劃分為若干個 浸析 區 142。上部各浸析區的注液時間 (注液量 依次大 于下部各浸析區的注液時間 (注液量 , 以便能獲 得高濃度的母液。2 浸析過程中的水封閉技術為了防止開采離子吸附型稀土礦時 , 由于該類 礦床疏松 , 礦體孔裂隙發育 , 浸礦液和浸出母液從 注液井經礦體孔隙向四周滲透擴散 , 采用水封閉工 藝 152。在采場的上方、左方、右方設置注水井 ,

14、往 注水井中加水 , 使上、左、右三面形成與母液水位 相同的水幕 , 使浸礦液不能向外滲出 , 而只能沿向 下的方向流入集液溝被收集。3 頂水處理技術在按設計的電解質溶液量注完以后 , 仍有許多 已經與稀土離子發生了交換解吸作用的稀土母液含 在礦體中。為了充分利用稀土資源 , 采用加注頂水 (稀土母液沉淀后 , 并經中和處理的上清液 對其 處理。頂水注入原則基本上與注液原則相同。當集 液溝中母液濃度從高峰處開始有明顯下降趨勢時 , 則停止下部浸析區所有注液井中的頂水 , 以保持集 液溝中母液濃度的穩定。4提取方法和工藝411沉淀法根據所用沉淀劑的不同 , 分為草酸沉淀法和碳 酸氫銨沉淀法 16

15、2。草酸沉淀法是向稀土浸出液中加入草酸溶液 , 則沉淀出稀土草酸鹽。對于三價稀土離子 , 其反應 如下 :2RE 3+3H 2C 2O 4=RE 2(C 2O 4 3+6H +稀土沉淀率隨草酸用量增加而增大 , 但雜質的 沉淀亦相應增加 , 能引起產品的純度降低。沉淀物 經過濾、烘干 , 然后灼燒便可得到混合稀土氧化物 產品。該方法的優點是大部分非稀土雜質能與草酸形 成絡合物留在母液中 , 所得產品純度高。缺點是草 酸較貴 , 消 耗大 , 且由于稀土、特別是重稀土的草酸 鹽在母液中的 溶解度較大 , 使稀土的 回收率較低。 碳酸氫銨沉淀法是用碳酸氫銨作沉淀劑 , 與稀 土離子的反應為 :2R

16、E 3+3NH 4HCO 3=RE 2(CO 3 3+3NH +4+3H +所得沉淀物經過濾、烘干和灼燒便可得混合稀土氧 化物產品。該法的特點是沉淀率高 , 成本低 , 生產 周期短 , 污染小 , 是一種較好的方法。412液膜法液膜技術具有高效、快速、選擇性好、節能等 優點。液膜法對稀土的提取率可達 9914%以上 172,趙 靖等 我國離子吸附型稀土礦開采提取技術綜述稀土可富集至 111g/L 。液膜法提取稀土的流程圖 如圖 3所示。圖 3液膜法提取稀土流程Fi g. 3Flowsheet of recovering rare earth by liq uid membrane提取稀土的液

17、膜體系以溶有表面活性劑 E M 301和載體 P 507的煤油為液 膜相 , HCI 為內相 , 制 成油包水型浮液 , 在攪拌下將乳液分散在稀土料液 (外相 中 , 形成水包油油內又包水的多重乳液體 系。稀土離子與 P 507絡合 , 并通過膜相向另一側擴 散 , 在乳球界內與鹽酸作用發生解絡 , RE 3+進入 內相得到富集。413萃取法用萃取法從離子吸附型稀土礦浸出液中提取稀 土的工藝如圖 4所示。圖 4用萃取法提取稀土的工藝流程Fig. 4Flowsheet of recovering rare earth by solvent extraction離子吸附型稀土浸出液中稀土的濃度較低

18、 , 每 升溶液常含數克稀土氧化物 , 一般可用價格便宜的 萃取劑 (如環烷酸 進行萃取富集 , 減少因萃取劑 的損失而增加成本。萃取法最大的優點可以獲取純 度很高的金屬集液 , 此外其回收率很高 , 稀土萃取 率大于 9915%, 總回收率大于 90%, 而且產品品 種較多。但是 , 萃取劑一般都較昂貴。5結束語根據實際情況選擇合理的開采提取方法 , 是成 功開采離子吸附型礦床和獲取效益的前提保證 , 目 前我國離子吸附型稀土礦的開采方法和工藝已達到 世界先進水平 , 隨著對其地質條件的深入探索和溶 浸提取工藝的進一步優化 , 我國離子吸附型礦床將 得到更有效的利用。參考文獻 :112賀倫

19、燕 , 王 似男 . 我國 南 方離 子 吸附 型 稀土 礦 1J 2. 稀 土 , 1989, (1 :3944.122李先柏 . 風化淋積型稀土礦原地浸出原理及方法探討 1J 2. 湖 南有色金屬 , 1993, 9(3 :157158.132湯洵忠 , 李茂楠 . 離 子吸附型 稀土礦原 地浸析采 礦方法 1J 2. 礦業研究與開發 , 1997. 17(2 :14.142湯洵忠 , 李 茂楠等 . 用原地 浸析法 回收離 子型稀 土露 采殘 礦 1J 2. 礦冶工程 , 1998, 18(2:1416.152湯洵忠 , 李茂楠等 . 原地浸析采礦中的水封閉工藝原理及其 應 用 1J 2. 中南工業大學學報 , 1999, 30(3 :225229.162李洪 桂 . 稀 有 金 屬 冶 金 學