有机酸强化离子吸附型稀土和铝的浸取及其机理

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采用有机酸来强化离子吸附型稀土的浸取对于消除氨氮污染和提高稀土浸出效率有潜在的应用价值。然而,有机酸对黏土矿物以及稀土和铝等杂质离子之间的相互作用比较复杂,涉及沉淀-溶解、吸附-解吸、配位平衡和酸电离平衡等多重作用。影响因素众多,机理复杂,难以调控并取得好的预期效果。因此,研究有机酸存在下稀土和铝离子在黏土矿物表面的吸附和解吸的规律,对于揭示有机酸促进离子吸附型稀土浸取的机理,提出可行的技术方法具有十分重要的理论和实际意义。本论文首先从溶解-沉淀平衡、酸碱平衡以及配位平衡等多角度研究了电解质、溶液酸碱度、有机酸种类及其用量对稀土与铝离子在黏土矿物表面吸附解吸的影响。以平衡振荡的方式,确定了稀土和铝离子在黏土矿物上的吸附量随着溶液酸度、电解质种类、有机酸特征的变化而变化的情况。研究结果表明:(1)铝离子和稀土离子一样在黏土矿物表面的饱和吸附容量与溶液p H高低和有机酸的浓度有关,随着p H的升高而增加;(2)通常情况下,电解质溶液可大幅降低黏土矿物对稀土离子的吸附率,从初始的92.05%降至40.02%。有机酸的加入能显著降低黏土矿物对稀土和铝离子的吸附。当柠檬酸与稀土摩尔比到2和3时,吸附率降低至20%与15%左右;配合物稳定常数越大,黏土矿物对稀土的饱和吸附量下降值越大,说明稀土与有机酸配合物的形成可以提高稀土的解吸或浸出率。同时证明黏土矿物可以吸附有机酸,但吸附量比阴离子交换树脂的要小得多,在1 mg/g左右;(3)柠檬酸在不同种类电解质溶液中的解离程度反映了柠檬酸与该金属离子的络合强度大小。其解离程度在氯化钙和硫酸铝以及稀土溶液中比在硫酸铵、氯化钾、硝酸钾溶液中明显增大。证明其配位能力大小依次为铝离子>稀土离子>钙离子>铵、钾离子。柠檬酸与稀土离子、铝离子的络合物分布随p H的变化表现出一定差异性,铝离子较稀土离子更易与柠檬酸形成络阴离子。因此,柠檬酸对稀土和铝的浸出都有促进作用,对铝的抑制浸取需要依靠柠檬酸盐的酸碱缓冲作用,使p H控制在铝离子水解的p H范围。其次,研究了氯化钙与柠檬酸浸取离子吸附型稀土效率与条件的关系,比较了柠檬酸存在下稀土和铝的沉淀效率,提出了分阶段浸取离子型稀土和少量柠檬酸情况下的稀土沉淀方法。研究结果表明:(1)添加0.2%质量浓度的柠檬酸时,可有效提高氯化钙的浸取效率。为减少氯化钙和柠檬酸的使用量,采用分阶段的方式来浸取离子型稀土。证明在保证稀土浸出效率的前提下,可有效减少浸矿剂与柠檬酸使用体积。(2)研究了含柠檬酸的浸出液中稀土的沉淀回收方法。证明在少量柠檬酸存在下并不影响稀土的沉淀富集,但柠檬酸的量不宜过多。通过添加与柠檬酸络合能力强的廉价金属离子可以消除柠檬酸对稀土沉淀的影响。为此,提出了添加有柠檬酸的离子型稀土分阶段浸取,以及从浸出液中回收稀土的新方法。
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