离子吸附型稀土矿的浸出工艺及浸取剂研究现状

（ 1）
[Al(OH)6Si2O5(OH)3]m·nRE3+(s)+3nNH4+(aq)= [Al(OH)6Si2O5(OH)3]m·(NH4+)3n(s)+nRE3+(aq) （ 2）
[KAl2(AlSi3O10)(OH)2]m·nRE3+(s)+3nNH4+(aq)= [KAl2(AlSiO5O10)(OH)2]m·(NH4+)3n(s)+nRE3+(aq) （ 3）
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图 1 离子吸附型稀土矿第一代池浸工艺流程图（引自 ） [12] 图 2 离子吸附型稀土矿第二代堆浸工艺流程图（引自 [12]） 图 3 离子吸附型稀土矿第三代原地浸工艺流程图（引自 [12]）
表 1 浸出工艺对比表
浸出工艺 方法
浸取剂
优点
2 浸取剂及其对生态环境的影响 2.1 浸取剂助渗功能的影响
在离子吸附型稀土矿的开采中，浸取剂在矿体中的渗透 速率是影响浸取效果的主要因素。由于该矿体中含有大量的 黏土矿物，所以该矿体特殊的黏土矿物特性（矿物颗粒小、 比表面积大、孔隙率小、孔隙中易形成双电子层结构 [20]）影 响了浸取剂的渗透速率。研究表明，并不是浸取剂的浓度越 高其渗透速率就越强，由于浓度越高交换出的稀土元素越 多，导致矿体中负电荷变多，水膜变厚，从而使矿体中水系 流动减慢 [21]。浸取剂的渗透速率不仅受到矿体自身性质的影 响，在浸矿过程中孔隙结构也会发生变化，结合水吸附在矿 物颗粒表面使其体积增大，造成颗粒孔隙减小 [22] ；同时细微 运移颗粒随着浸取剂向下渗流，也会造成孔隙堵塞 [22-23]。以 上因素都会影响浸取剂的渗透速率，渗透速率又影响着稀土 的提取效果、生产周期，所以加强浸取剂渗透的研究是十分 有必要的。
液提取稀土
பைடு நூலகம்
分 利 用 资 源， 时会引起山体滑
开采效率高
坡
从表 1 中可以看出，三种浸出工艺均有优缺点，在离子 吸附型稀土矿开采过程中，难免会造成植被破坏、水土流失、 土壤和地下水污染等环境问题 [17]。池浸和堆浸都需要砍光 地表的植被，对矿山表土层进行剥离，原地浸出工艺布置注 射井和集液沟的同时也需要破坏植被，虽然原地浸出工艺对 表土植被的破坏性比池浸和堆浸小，但大量的注射井经过长 期的雨水冲刷，山体易崩塌 [18]。铵盐浸取剂泄漏和矿区废水 的排放会造成土壤和地下水的污染，影响植物的生长 [19]。综 合考量来说，原地浸出相较于堆浸、池浸更高效更绿色，同 时也有很多难题有待解决。例如 ：难渗透的稀土矿，浸取速 率较慢 ；品位低的稀土矿，浸出液中杂质较多 ；矿床中含有 黏土矿物，注射浸取剂时，黏土矿物容易吸水膨胀，导致山 体滑坡 ；浸取剂含有大量的铵盐，浸取剂流失时，会引起土 壤和地下水污染。为了提高浸取剂渗透速率、提高浸出液的 纯度及浸取效率、减少铵盐污染、减少山体滑坡的发生，需 要加强对浸取剂的种类进行深入研究。
离子吸附型稀土矿的化学元素成分复杂，由于该矿床中 的稀土元素是通过电解质溶液将其置换出来的，所以一些杂 质元素也会被置换出来，其中杂质铝的含量最多 [27]。杂质元 素不仅会增加浸取剂的用量，还会影响稀土的沉淀和萃取， 增加沉淀剂和萃取剂的用量 [28]。沉淀时形成的 Al（OH）3 会 形成非晶型的沉淀物 [29]，并且 Al 的含量过高时萃取过程会 出现乳化现象，乳化现象随着铝含量的增加而加剧 [30]。浸出 液中含有的杂质元素会影响后续稀土的提取，所以，减少浸 出液中的杂质含量尤为重要。
缺点
浸取剂浓度高（约
将开采的矿
7%）导 致 土 壤 盐
池浸
石放入浸矿 池 中，加 入 浸取剂进行
NaCl 溶液
浸 取 剂 便 宜、 来源广泛
碱化，杂质多，破 坏 山 体 植 被，效 率低且劳动力成
浸取
本 高，大 量 尾 矿
无处堆积
堆浸
用浸取剂喷 淋 矿 堆，收 集堆底流出
的母液
浸取剂浓度低 (NH4)2SO4 （ 约 3%）， 成
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难操作的特点，在工业应用上很难形成规模。何正艳等人 [24] 对硫酸铵、氯化铵和硝酸铵这三种浸取剂进行对比，发现硝 酸铵在矿体中的渗透效果最好 ；同时还表明，浸取剂的升温 和铵含量的减少可以使浸取剂的粘度降低，使矿体的渗透性 能增强。冯健 [25-26] 分别对比了甲酸铵、田菁胶和羟丙基纤 维素的助渗效果，发现甲酸铵的助渗效果最好 ；此外还研究 出一种复合浸取剂，即 0.032mol/L 的甲酸铵与硫酸铵混合， 不仅提高了稀土的浸出率，还大大缩短了浸出时间。除了对 浸取剂进行改良之外，还可以在外力场的作用下加强浸取剂 的渗透速率。左恒等人 [20] 通过实验模拟发现，在外加电场 的作用下浸取剂的渗透速率明显提高，且矿体渗透率、浸取 剂浓度以及电场强度都会影响浸取剂的渗透速率。 2.2 浸取剂抑杂作用的影响
1 浸出工艺及其对生态环境的影响
离子吸附型稀土矿中的稀土元素可以通过电解质溶液 （硫酸铵等）中活泼性较强的阳离子将其交换出来 [14]，如以 铵盐作为浸取剂的化学反应式为 [15] ：
[Al2Si2O5(OH)4]m·nRE3+(s)+3nNH4+(aq)= [Al2Si2O5(OH)4]m·(NH4+)3n(s)+nRE3+(aq)
溶液 本低且避免土 壤盐化
需 挖 开 地 表，破 坏矿区生态严重， 水 土 流 失，浸 矿 后的矿区生态难
修复
不破坏山体地 浸 取 速 率 慢，浸
原 地 打 孔，
貌，不破坏地 取盲区多，土壤、
原地浸
将浸取剂直 接注入矿 体，收 集 母
(NH4)2SO4 溶液
表植被，无尾 地下水氨氮污染， 矿外排，劳动 受 矿 体 地 质 条 件 力成本低，充 影 响，注 射 不 当
化学反应方程式中 s 表示固相，aq 表示液相。
这种离子态稀土元素可交换的特征，为稀土元素的开采 提供了技术原理 [16]，但是目前对于离子态稀土元素在黏土
矿物中赋存状态的研究还不算太成熟。
经过我国科技工作者多年来的研究，离子吸附型稀土矿
的开采经历了三代工艺，从第一代到第三代分别是池浸、堆 浸、原地浸 [9-12]，目前来说，第一代池浸工艺（如图 1）已经
稀土因其特殊的物理化学性质，在工业上起到了“调味 剂”的作用，成为了支撑现代高科技产业的重要原料，在国 防军工上也发挥着重要作用，稀土成为了世界上许多国家相 继争夺的矿产资源 [8]。我国作为重要的稀土资源出产大国， 对离子吸附型稀土矿的研究投入了大量的人力物力，在一代 又一代科技工作者的努力下 [9,10]，我国在稀土矿产资源的勘 探开发取得了显著成就，几十年来，经历了从池浸到堆浸再 到原地浸出的开采工艺 [9-12]。离子吸附型稀土矿中的稀土主 要以离子态的形式吸附在黏土矿物上，当前，在该类型稀土
前人对于助渗浸取剂的研究大多是对浸取剂进行改良， 主要集中在铵盐种类、添加田菁胶等助渗剂、使用有机铵的 研究 ；虽然对于添加外力场的研究较早，但是由于其成本高、
2021年 11月下 世界有色金属 137
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WANG Xu-tao, CHEN Yuan-rong, MI Jing-qiang, JIANG Jing-wen, YANG Jing
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ５４１００６，Ｇｕａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ）
收稿日期 ：２０２１－１１ 作者简介 ：王绪涛，生于 １９９７ 年，男，汉族，２４ 岁，硕士研究生，地球化 学专业。
的开采中主要采用浸取技术，需要使用电解质溶液作为浸取 剂将其提取出来 [13]，而在稀土离子提取过程中存在一系列 问题，比如浸取剂难渗透、浸出液杂质多、发生山体滑坡、 污染土壤及地下水等，为了实现稀土元素高效绿色的提取， 广大学者对浸取剂不断改良。本文对池浸、堆浸、原地浸三 代开采工艺进行了对比，试图就关于浸取剂在助渗、抑杂、 防膨、无铵方面的研究进行综述，分析了现存问题并提出改 进建议。
理了其存在的主要问题，并提出了改进建议。
关键词 ：离子吸附型稀土矿 ；浸出工艺 ；浸取剂 ；问题与建议
中图分类号 ：ＴＦ８４５
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１００２－５０６５（２０２１）２２－０１３６－４
Research Status of Leaching Technology and Leaching Agent of Ion-adsorption Type Rare Earth Ore
Abstract: Ｔｈｅ ｉｏｎ－ａｄｓｏｒｂｅｄ Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｉｎｅｒａｌｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ａｒｅ ｔｈｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｓｔｒａｔｅｇｉｃ ｍｉｎｅｒａｌ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ． Ｌｅａｃｈｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｂｕｔ ｔｈｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｉｔｓｅｌｆ ｐｏｓｅ ａ ｈｕｇｅ ｔｈｒｅａｔ ｔｏ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｏｆ ｉｏｎ－ａｄｓｏｒｂｅｄ ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｏｒｅ， ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅ ｓｏｒｔｅｄ ｏｕｔ， ａｎｄ ｓｏｍｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Keywords: ｉｏｎ－ａｄｓｏｒｂｅｄ ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｏｒｅ； ｌｅａｃｈｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； ｌｅａｃｈｉｎｇ ａｇｅｎｔ； ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ
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离子吸附型稀土矿的浸出工艺及浸取剂研究现状
王绪涛，陈远荣，密静强，蒋婧雯，杨静
（桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 ５４１００６）
摘 要 ：分布于我国南方的离子吸附型稀土矿是我国优势的战略矿产资源，在其开采过程中主要采用浸取技术，但浸
出工艺和浸取剂本身，对生态环境存在巨大的污染威胁。旨在对比离子吸附型稀土矿的浸出工艺和浸取剂的基础上，梳
淘汰 ；对于一些无假底板或者是可能存在裂隙的矿体适用
第二代堆浸工艺（如图 2），同时应该结合土地平整，尽可能
保护矿区生态，现在仍有一些矿山在使用该工艺 ；对于有
假底板和无裂隙的矿体来说适用第三代原地浸出工艺（如图
3），目前应用最多的也是原地浸出。
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稀 土 元 素（rare earth element）简 称 REE，是 一 组 特殊的微量元素，实际上，稀土并不是土，只是在 18 世纪 末期科学家发现这些元素时，由于当时的科学技术水平低 下，对稀土元素的冶炼分离特别困难，认为稀土元素特别稀 少，加之其氧化物大多为土状，所以称之为“稀土”，并且沿 用至今 [1-2]。我国的稀土矿床类型主要有两种，分别是碱性 岩 - 碳酸岩型矿床和离子吸附型稀土矿床 [3]。离子吸附型 稀土矿的英文简称为 iREE[4]，又被称为风化壳型稀土矿 [5]。 该类矿床与碱性岩 - 碳酸岩型矿床（如内蒙古白云鄂博稀 土矿）相比，具有易提取、种类广、数量多等特点 [6]。离子吸 附型稀土矿床是典型的表生作用下形成的矿床，在潮湿高 温的地区，成矿母岩经过一系列的风化作用后，含有大量稀 土元素且易风化的矿物会被分解，其中的稀土元素也从矿 物的晶格中析出，形成离子态，并随着土壤溶液和地下水向 下运移，被高岭石、蒙脱石、埃洛石等黏土矿物所吸附，最 终富集成矿 。 [3,5,7]