织金磷矿稀土元素赋存状态及其浸出提取分离研究

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织金磷矿普遍伴生稀土元素,是目前国内磷矿伴生稀土资源量规模最大的区域。截止2014年,织金磷矿已累计查明磷块岩伴生稀土氧化物(RE2O3)资源量350.18万吨,RE2O3品位平均0.1036%。稀土配分接近价值最高的中钇富铕离子型稀土矿,是继离子型稀土矿之后重要的中重稀土后备资源。织金含稀土磷矿中稀土含量低,胶磷矿的结晶程度差,稀土元素的赋存状态一直缺乏直接有力的证据和科学明确的结论,严重制约了稀土选矿富集与提取分离技术研究。织金磷矿中稀土元素的赋存状态及其提取分离研究对含稀土磷矿的开发利用具有十分重要的科学与现实意义。论文以织金含稀土磷矿作为研究对象,系统采集代表性的试验样品,对其工艺矿物学和稀土元素赋存状态进行深入研究,在此基础上,开展详细的物理选矿、化学选矿、稀土提取分离研究,并对稀土元素赋存状态与含稀土磷矿的形成机理、稀土化学选矿机理以及稀土浸出液旋蒸机理进行了深入分析,得出如下主要结论:(1)织金打麻厂含稀土磷矿石中的主要矿石矿物为胶磷矿,主要伴生有益组分为稀土和氟,主要脉石矿物为白云石、水黑云母、石英、玉髓、黄铁矿等。矿石矿物和脉石矿物嵌布粒度细,胶磷矿解离性差。磷和稀土都主要赋存在胶磷矿中,物理选矿不能单独分选稀土,稀土只能随磷一起富集。从原矿中分选胶磷矿,稀土最高品位RE2O30.21%,理论回收率87.15%,磷的最高品位P2O535.85%,理论回收率90.18%。(2)织金打麻厂含稀土磷矿中,稀土元素主要以磷酸盐超显微包体的形式赋存在胶磷矿、白云石以及石英、玉髓、长石、黄铁矿等矿物中,占稀土总量的91.73%,6.80%的稀土元素以类质同象形式赋存在磷灰石、结晶态胶磷矿和磷铝锶石等矿物中,1.36%的稀土元素以吸附状态的形式赋存在水黑云母等粘土矿物中,仅0.10%的稀土元素以独立矿物形式赋存在独居石、磷铝铈矿等矿物中,与有机质结合形式存在的稀土元素含量甚微。稀土元素的赋存状态形成机制主要受稀土磷酸盐的溶度积和微环境控制。胶磷矿的形成机理为“稀土磷酸盐超显微包体成核-钙磷酸盐化学共沉淀”模式。(3)采用一粗三扫反浮选流程选别织金打麻厂含稀土磷矿,获得了产率52.55%,P2O5品位28.67%,回收率85.72%,RE2O3含量0.22%,回收率82.58%,Mg O含量0.89%,脱除率92.56%的浮选精矿产品。原矿P2O5品位17.58%,RE2O3含量0.14%,Mg O含量6.69%,Si O2含量10.42%。选矿比2.93,选别指标良好。(4)采用3次循环浸出化学选矿工艺富集织金摩天冲含稀土磷矿浮选精矿中稀土,RE2O3含量从0.13%提高到0.92%,富集了7.03倍,回收率达91.90%,P2O5含量从31.89%降低至1.87%,浸出率高达99.23%,实现磷与稀土的高效分选。化学选矿的机理为,基于稀土元素主要以磷酸盐超显微包体的形式存在,以及稀土磷酸盐的溶解度远远低于钙磷酸盐,通过调控化学溶解平衡条件,选择性浸出磷,使稀土保留在渣中,从而实现磷与稀土的化学分选。(5)采用盐酸常压加温浸出工艺从稀土化学精矿中提取稀土,在中试规模水平上,获得了RE2O3浸出率为96.44%,P2O5浸出率为97.42%,F浸出率为88.83%的良好指标,效果优于实验室试验结果。最佳工艺条件为:盐酸用量为理论用量的105%,盐酸浓度为25%,浸出温度为70℃,浸时间为常温浸出30分钟,加温浸出180分钟。(6)采用稀土浸出溶液旋转蒸发降酸除氟脱硅-离子交换树脂吸附分离-草酸沉淀稀土-焙烧制备稀土氧化物工艺,获得RE2O3含量为56.69%的稀土氧化物产品,产品中Ca O含量为42.54%,Al2O3含量为0.46%,Fe2O3含量为0.31%。旋蒸降酸除氟脱硅的机理是,利用盐酸的挥发性和氟硅酸在强酸中的不稳定性,在减压加热条件下,通过气液平衡和化学平衡移动,促进盐酸和四氟化硅气体一道逸出稀土浸出液体系进入气相,从而达到降低溶液酸度以及除氟脱硅的目的。(7)含稀土磷矿稀土选冶的最佳工艺技术路线为:物理选矿降镁-化学选矿脱磷-盐酸加温浸出稀土-减压加温旋转蒸发降酸除氟脱硅-离子交换分离除杂-草酸沉淀分离铁铝-焙烧制备稀土氧化物。按此技术路线,获得织金摩天冲含稀土磷矿的稀土选冶总回收率达75.67%,显著优于磷酸法55.60%的成果指标。生产成本为15.17万元/吨RE2O3产品,显著低于硫酸法40万元/吨RE2O3产品的生产成本。
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