離子型稀土開采提取技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

施展華，朱健玲，程 哲，彭海英，徐 鵬

（1.贛州稀土礦業(yè)有限公司，江西 贛州 341000；2.贛州稀土集團(tuán)有限公司，江西 贛州 341000）

關(guān)鍵字：離子型稀土礦；開采提取；原地浸礦；分離萃取

離子型稀土礦的開采提取技術(shù)，受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。鑒于離子型稀土礦在稀土產(chǎn)業(yè)與科技產(chǎn)業(yè)中可發(fā)揮的重要作用，我國(guó)對(duì)離子型稀土的開采提取技術(shù)極為重視。自離子型稀土礦發(fā)現(xiàn)以來，即投入了大量的物力與人力，進(jìn)行開采提取技術(shù)與資源利用方面的研究與實(shí)踐。

1 離子型稀土礦資源概述

離子型稀土礦自發(fā)現(xiàn)以后，國(guó)內(nèi)的很多科研院所即對(duì)其進(jìn)行了大量的、細(xì)致的地質(zhì)勘查以及成因分析等工作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，離子型稀土礦中所含的礦物相稀土相對(duì)較少，而稀土元素在礦產(chǎn)資源內(nèi)的賦存形式也較為特殊，即離子態(tài)的形式依附于粘土礦物之上。隨后大量的采選研究工作證實(shí)，通過浸出的方式，能夠較好的回收離子型稀土礦中的稀土。

離子型稀土礦的原礦一般為白色或者紅色的沙土混合物，其中包含粘土礦物、石英、長(zhǎng)石等，呈無規(guī)則、疏松顆粒狀。離子型稀土礦的主要地質(zhì)賦存類型包括全復(fù)式與裸腳式兩種，但以全復(fù)式為主。就離子型稀土礦中稀土的賦存狀態(tài)來看，以羥基水合陽離子、水合陽離子形式存在的稀土元素約占總量的70%～90%，此部分稀土又被稱為離子型稀土；其他稀土元素主要以膠態(tài)相、水溶相、礦物相等形式存在。在隨后的研究中發(fā)現(xiàn)，離子型稀土的化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，是現(xiàn)階段離子型稀土礦中唯一具有回收價(jià)值的稀土元素。

2 離子型稀土開采提取技術(shù)的現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的離子型稀土礦提取工藝中，主要包括原地浸礦與分離萃取兩個(gè)部分。其中，原地浸礦是以(NH4)2SO4溶液為浸出劑，通過原地浸礦得到低濃度硫酸稀土液，再用NH4CO3.進(jìn)行除雜、沉淀得到碳酸鹽稀土的過程；分離萃取是將稀土精礦運(yùn)至稀土分離廠，使用HCl進(jìn)行溶解，中和去除有害雜質(zhì)并經(jīng)多級(jí)萃取分離獲得稀土化合物的過程[1]。但此種提取工藝的生產(chǎn)流程較長(zhǎng)，化工材料的消耗量較大，且開采提取過程面臨的環(huán)境保護(hù)壓力極大，存在一定的安全隱患。

因此，相關(guān)研究人員經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)，自主開發(fā)了一種離子型稀土礦開采提取的一體化技術(shù)，即“浸出—萃取”。以下就浸出與萃取兩個(gè)環(huán)節(jié)分別進(jìn)行分析[2]。

2.1 浸出

在離子型稀土礦的浸出方面，經(jīng)過長(zhǎng)期的研究與實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)吸附于粘土礦物上的稀土離子接觸到化學(xué)性質(zhì)更為活潑的陽離子時(shí)，將與這些離子發(fā)生交換解析。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，使用鹽類電解質(zhì)溶液淋洗離子型稀土礦進(jìn)行浸出的想法得到了實(shí)踐與應(yīng)用。結(jié)合離子型稀土礦的浸出工藝發(fā)展來看，浸礦劑的更新，從最初的氯化鈉到硫酸銨的推廣應(yīng)用，為稀土浸出率的提升奠定了重要基礎(chǔ)[3]。

浸礦劑的優(yōu)化方面，有研究提出了加助浸劑的策略，并選取田菁膠（一種天然多糖類高分子物質(zhì)）作為助浸劑，對(duì)離子型稀土礦進(jìn)行浸出。結(jié)果表明田菁膠對(duì)于低品位離子型稀土礦的浸出過程，具有較好的促進(jìn)作用，同時(shí)在降低浸礦劑濃度與用量方面也具有一定的優(yōu)勢(shì)。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，相較于單一的浸礦劑，復(fù)合浸礦劑的浸出效果更優(yōu)，具有一定的推廣價(jià)值。

浸礦方式的優(yōu)化方面，有研究針對(duì)池浸工藝存在的缺陷，提出了開發(fā)離子型稀土礦柱浸的策略。實(shí)踐結(jié)果表明，柱浸工藝降低了浸出液中雜質(zhì)的濃度，提高了浸出的質(zhì)量與效率，同時(shí)可有效浸礦劑的使用。

2.2 萃取

在離子型稀土礦的萃取方面，目前提取稀土的方法主要包括沉淀法、溶劑萃取法、沉淀浮選法、液膜分離法以及離子交換法等。沉淀法是目前提取稀土最主要的方法之一，根據(jù)所使用的沉淀劑的不同，可細(xì)分為碳酸沉淀法與草酸沉淀法。沉淀法的原理為沉淀劑中的陰離子與稀土陽離子之間進(jìn)行結(jié)合，生成難溶性的化合物，進(jìn)而通過過濾達(dá)到分離雜質(zhì)與稀土的目的。但沉淀工藝的生產(chǎn)應(yīng)用面臨著一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，即很難實(shí)現(xiàn)連續(xù)化的生產(chǎn)。與之相比，沉淀浮選法具有處理周期短、產(chǎn)品純度高、浮渣量小等特點(diǎn)，借助表面活性劑在氣—液界面產(chǎn)生的吸附現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)稀土的分離。溶劑萃取法為一種符合綠色化學(xué)的提取方法，在實(shí)現(xiàn)稀土分離的同時(shí)，還可制備稀土的分組產(chǎn)品，因而受到了較為廣泛的關(guān)注。離子交換法與溶劑萃取法類似，以陽離子交換劑與稀土離子之間的可逆性化學(xué)反應(yīng)為基本原理，實(shí)現(xiàn)稀土元素的提純。液膜分離法為一種新型的分離技術(shù)，其基本原理為模擬生物膜的輸送過程，實(shí)現(xiàn)稀土的分離[5]。

3 離子型稀土開采提取技術(shù)的發(fā)展方向

環(huán)保要求的提升，對(duì)離子型稀土資源的保護(hù)性開采提出了更高的要求。結(jié)合稀土產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)際需求來看，研發(fā)綠色、高效的稀土開采提取技術(shù)仍然是未來技術(shù)研發(fā)的方向。在簡(jiǎn)化工序的同時(shí)，確保了作業(yè)過程的環(huán)保性、高效性與資源的利用率。

在離子型稀土礦的開采提取中，浸取液的凈化預(yù)處理對(duì)后續(xù)工藝環(huán)節(jié)的進(jìn)行有著積極作用，如鐵、鈣、鋁等雜質(zhì)離子的去除等。因此，浸取液的凈化預(yù)處理將是未來研究的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容[4]。在沉淀劑的優(yōu)化上，開發(fā)新型的沉淀劑，可能為一大趨勢(shì)。溶劑萃取法的研究方面，由于此種工藝具有符合綠色化學(xué)提取要求等特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行深入研究將可為提取技術(shù)的綠色高效發(fā)展提供重要的參考。因此，針對(duì)溶劑萃取法在實(shí)踐過程中存在的問題進(jìn)行分析，提出有效的解決方案或者策略，將為溶劑萃取法在稀土提取中的推廣應(yīng)用創(chuàng)造基礎(chǔ)條件，從而促進(jìn)稀土提取率與提取質(zhì)量的提升，實(shí)現(xiàn)稀土產(chǎn)業(yè)的新發(fā)展。

4 結(jié)語

離子型稀土礦的發(fā)現(xiàn)與開采，在一定程度上緩解了中重稀土資源匱乏的難題，同時(shí)為稀土產(chǎn)業(yè)、高尖端科技的發(fā)展創(chuàng)造了寶貴的資源條件。從離子型稀土開采提取技術(shù)的發(fā)展來看，其在綠色化學(xué)工藝方向上已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但仍然難以滿足稀土提取的實(shí)際需要。鑒于此，相關(guān)的科研工作者仍然需要就稀土開采提取技術(shù)的創(chuàng)新作深入研究與探索，從而促進(jìn)稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更好的發(fā)揮稀土的資源優(yōu)勢(shì)。