镁盐浸取风化壳淋积型稀土矿浸取过程及工艺优化

镁盐浸取风化壳淋积型稀土矿浸取过程及工艺优化风化壳淋积型稀土矿中含有大量的中重稀土,因此具有十分可观的商业价值。

工业上普遍采用硫酸铵作浸取剂回收稀土,原地浸出工艺中大量硫酸铵的使用导致氨氮进入土壤和地下水中,对环境造成污染。

而镁盐近年来是较为受欢迎的浸取剂,不但能够实现无氨化回收稀土,而且
能为部分土壤贫镁的地区补给镁元素。

虽在一定程度上获得部分研究成果,但镁盐浸出过程时稀土和铝的浸出机理及规律尚无系统的认识。

本文通过柱浸实验模拟堆浸和原地浸出工艺,系统研究硫酸镁、氯化镁和硝酸镁当作浸取剂时,镁盐浓度、镁盐溶液pH、镁盐流速和温度等一系列条件对镁盐浸取稀土和铝动力学过程以及传质过程的影响,并用智能膨胀仪和zeta电位
计探讨镁盐对黏土矿物膨胀的影响。

主要研究内容和结果如下:（1）探讨浸取温度、镁盐浓度、镁盐溶液pH和镁盐流速对稀土和铝浸取动力学的影响,发现在给定条件下,提高浸取温度,增加镁离子浓度,增加镁盐溶液酸度和加速镁盐流速能有效提高稀土和铝的浸出速率。

浸取的表观速率常数为:硫酸镁﹤氯化镁﹤硝酸镁,铝﹤稀土。

稀土和铝的镁盐浸取快速反应阶段受内扩散动力学控制,建立镁盐和这两者之间的动力学方程,硫酸镁、氯化镁和硝酸镁与稀土进行离子交换反应的活化能依次为7.77 kJ/mol、6.39 kJ/mol、5.83kJ/mol;与铝反应的活化能依次为8.71 kJ/mol、8.34 kJ/mol、6.60 kJ/mol;镁盐经验反应级数符合如下规律:硝酸镁﹤氯化镁﹤硫酸镁;稀土
﹤铝。

（2）探讨镁盐流速、镁盐浓度、镁盐溶液pH和浸取温度对稀土和铝传质过程的影响,运用色层塔板理论进行分析,上述实验结果表明镁盐浸取流速u与理
论塔板HETP之间的关系符合Van Deemter方程,在镁盐流速u=0.4mL/min时使得稀土和铝浸取HETP最小。

这时稀土和铝传质过程效率最大。

一定范围内,提高浸取温度,增加镁离子浓度,增加镁盐溶液酸度均可强化镁盐浸取时稀土和铝的传质过程。

在镁盐浓度为0.2mol/L,镁盐流速为0.4ml/min 的最佳工艺条件下,三种镁盐浸取稀土和铝的传质效率均为硝酸镁>氯化镁
>硫酸镁。

结果表明铝的传质效率要低于稀土,实验结果对它们的分离提供了理论指导。

（3）镁盐浸取风化壳淋积型稀土矿时黏土矿物的膨胀率与时间的关系较好地符合δ=A·e^-B/t方程。

0.2mol/L的硫酸镁、氯化镁和硝酸镁的膨胀动力学方程依次为:δ
=1.5909·e^-4.9633/t,δ=1.7600·e^-7.1454/t,δ
=1.5995·e^-5.5170/t。

随着镁离子浓度的增加,黏土矿物的膨胀性能呈现先减小后上升的趋势,而黏土矿物表面ζ电势则随之上升。