江西理工大学肖燕飞：离子吸附型稀土矿绿色高效浸取工艺及原理研究进展

     2023年07月25日

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前  言

离子吸附型稀土矿富含中重稀土，是目前已实现经济开采的主要稀土矿产资源之一，具有极高的价值。铵盐原地浸取工艺是当前离子吸附型稀土矿工业生产的首选，但其仍存在稀土浸取效率低和氨氮污染等问题。为解决该问题，研究者从浸取剂、浸取方法等角度出发，开发了一系列绿色高效浸取工艺，并在浸取理论研究方面取得了一定的进展。近日，江西理工大学材料冶金化学学部的肖燕飞教授为本刊稀土湿法冶金专辑撰写了综述文章，从浸取剂、外场和其它类型强化浸取三个方面阐述了离子吸附型稀土矿绿色高效浸取工艺的研究进展，分析了双电层理论、渗流和浸取动力学、浸取传质的浸取理论研究现状，并展望了开发高效镁盐浸取工艺的研究方向。硕士生陈昕为论文第一作者，肖燕飞教授教授为论文通讯作者。

图文摘要

通过双电层理论、渗流和传质研究，可阐明浸取过程的界面反应机理、渗流和扩散行为。在此基础上，结合生物技术、外场等手段，开发先进的镁盐浸出工艺，从而实现离子吸附型稀土矿的绿色高效浸出。

主要内容

离子吸附型稀土矿中50%～85%的稀土赋存于离子相中，以易于浸取的水合离子形式吸附于粘土矿物表面。在(NH₄)₂SO₄原地浸取过程中，离子相稀土被 (NH₄)₂SO₄交换解吸，然后随浸出液流出矿体从而回收。然而，由于(NH₄)₂SO₄在浸矿过程中的泄露和残留，以及稀土在浸取过程的再吸附，(NH₄)₂SO₄原地浸取工艺不仅给矿区带来了持久的氨氮污染，还使大量稀土残留在矿体，造成资源浪费。因此，明晰浸取过程中宏观的浸取规律和微观的浸取机制，指导浸取剂、浸取工艺的开发，从而获得一套新的绿色高效浸取工艺是目前的研究重点。

在浸取工艺上，新型浸取剂和浸取助剂，包括复合、无铵和生物浸取剂等，在不同程度上降低甚至革除氨氮污染。一些复合浸取剂和浸取助剂则利用离子间的协同作用，增强浸取剂的润湿、扩散性能和与矿物表面的物理化学作用，提高浸取能力。此外，采取恰当的浸取工艺条件和强化方法，如控制浸取剂流速等条件和采取超声、磁场等外场，也可有效改善浸取过程。

在浸取理论上，双电层理论、渗流动力学、浸取动力学和浸取传质强化行为研究加深了人们对原地浸取过程稀土浸取机制的理解。Stern双电层理论量化了粘土矿物微观界面双电层的变化规律。由于浸取过程中固液界面双电层发生重构，通过分析界面离子的动态分布与双电层参数变化之间的函数关系可获得浸取反应机制。此外，由于在原地浸取过程中，稀土离子沿矿体内部的裂隙、节理、孔洞和大量微孔、毛细管等微通道随浸出液向下迁移，宏观的渗流动力学揭示了浸取剂在矿体内部的渗流速率变化规律。基于渗流动力学研究，结合浸取动力学和传质行为的研究，可以获得稀土浸取反应的受限过程，从而指导选择合适的注液方式、浸取工艺参数和渗流强化措施，提高稀土浸取效率，同时减小浸取剂用量。

目前，镁盐浸取工艺成功应用于湖南永州、广西崇左、福建长汀的稀土矿山，从源头上革除了氨氮引入，实现了绿色浸取，但对稀土的浸取效率还有待继续提高。未来，可基于双电层模型和渗流动力学等理论，深入研究界面反应机制和溶液渗流扩散行为，选择合适的浸取工艺条件，结合生物浸取、外场强化等手段，开发新一代环保高效镁盐浸取工艺。