磷酸分解伴生稀土磷礦研究

婁倫武，卓知杰

（1. 貴州西洋實業(yè)有限公司，貴州 貴陽 550001；2. 貴州新能源開發(fā)投資股份有限公司，貴州 貴陽 550001）

稀土是重要的戰(zhàn)略性資源，廣泛應(yīng)用于新材料工業(yè)、現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)和國防工業(yè)。自然界中的稀土除了賦存在各種稀土礦中外，還廣泛伴生在其他金屬、非金屬礦中，最典型的稀土伴生資源有磷礦和鋁土礦。世界伴生稀土磷礦主要集中在中國、俄羅斯、美國、埃及、越南等國家，中國伴生稀土磷礦主要分布在貴州、云南、河北、青海等地。其中貴州省織金市新華磷礦區(qū)是一個富含中稀土、重稀土的超大型磷礦區(qū)，礦石w（P2O5）平均17%左右、w（稀土）平均0.1%左右，已探明礦石儲量超過10億t，稀土氧化物儲量上百萬噸，其中中稀土、重稀土氧化物約占總儲量的50%，氧化釔約占稀土總儲量的31%。

稀土在磷礦中的賦存狀態(tài)有兩種：一種是以類質(zhì)同象的形式替代Ca2+存在于磷酸鈣的晶格內(nèi)，且稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨P2O5品位的提高而增大［1-3］；另一種是以極少量稀土獨立礦物存在，如獨居石、方鈰礦等［1，4］。伴生稀土磷礦作為不可再生資源，開發(fā)利用的前提是在磷礦加工過程中實現(xiàn)稀土的綜合回收。研究磷酸分解伴生稀土磷礦過程中稀土的走向，有利于稀土的回收利用，不但符合國家倡導(dǎo)的資源綜合利用、循環(huán)經(jīng)濟等產(chǎn)業(yè)政策，而且開辟了稀土的新來源。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

實驗所用磷酸由貴州某公司磷酸裝置提供，密度為1 256 kg/m3，其主要組成見表1。得，其主要組成見表2，稀土配分見表3。

表1 實驗用磷酸的主要組分 %

表2 實驗用磷精礦的主要組分 %

表3 磷礦中稀土配分 %

1.2 分析方法

磷精礦、濾渣和濾液中的P2O5含量按照GB/T 1871.1—1995 中磷鉬酸喹啉重量法測定。磷精礦、濾渣和濾液中的稀土含量采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）測定。

1.3 實驗流程

對稀土磷礦的酸解過程進行研究，考察稀土磷礦酸解時磷和稀土的浸取率，實驗流程見圖1。

圖1 磷酸分解伴生稀土磷礦實驗流程

2 結(jié)果與討論

2.1 低溫酸解實驗

1） 浸取時間對稀土磷礦酸解的影響

在稀土磷礦用量為50.33 g、浸取溫度為38 ℃、磷酸w（P2O5）為24%、第一次浸取液固質(zhì)量比為8、第二次浸取液固質(zhì)量比為5、攪拌轉(zhuǎn)速為300 r/min的條件下，考察浸取時間對稀土磷礦酸解的影響，結(jié)果見表4。

表4 不同浸取時間下稀土磷礦浸取實驗結(jié)果

從表4可以看出，隨著浸取時間的延長，磷的總浸出率變化幅度很小。說明在實驗范圍內(nèi)，浸取時間對磷的浸取率影響不大。

2） 液固質(zhì)量比對稀土磷礦酸解的影響

液固質(zhì)量比為浸取過程中液體磷酸和稀土磷礦的質(zhì)量比，液固質(zhì)量比高意味著浸取時磷酸用量較多，浸取推動力較大。實驗在稀土磷礦用量為50.33 g、浸取溫度為38 ℃、磷酸中w（P2O5）為24%、攪拌轉(zhuǎn)速為300 r/min、浸取時間為6 h 的條件下，考察不同液固質(zhì)量比對稀土磷礦酸解的影響，結(jié)果見表5。

表5 不同液固質(zhì)量比時稀土磷礦浸取實驗結(jié)果

從表5可以看出，磷的第一次浸取率、第二次浸取率以及總浸取率都隨著液固質(zhì)量比的升高而增加。當(dāng)液固質(zhì)量比達到15 時，磷總浸出率可達91.91%。但過高的液固質(zhì)量比會導(dǎo)致返酸量大，浸取槽的生產(chǎn)能力降低，過濾負荷增大。

3） 浸取溫度對稀土磷礦酸解的影響

在稀土磷礦用量為50.33 g、磷酸w（P2O5）為24%、攪拌轉(zhuǎn)速為300 r/min條件下、考察浸取溫度對稀土磷礦酸解的影響，結(jié)果見表6。

表6 溫度對稀土磷礦浸取結(jié)果的影響

從表6可以看出，低溫浸取時溫度對磷浸取率的影響很小。

4） 稀土走向

為了回收稀土磷礦中的稀土，在礦粉用量為50.33 g、磷酸中w（P2O5）為24%、浸取時間6 h 條件下，對二次浸取后固渣中的稀土含量進行分析，結(jié)果見表7。

表7 低溫浸取時稀土磷礦浸取結(jié)果

從表7可以看出，在相同溫度下，稀土浸取率隨液固質(zhì)量比的增加而增加。在液固質(zhì)量比相同時，溫度越高，稀土浸取率越高。當(dāng)浸取溫度為38℃、液固質(zhì)量比為15時，稀土浸取率達到88.26%。

2.2 高溫酸解實驗

由于現(xiàn)有磷酸生產(chǎn)工藝主要分二水工藝和半水工藝，二水工藝酸解溫度約70 ℃，半水工藝酸解溫度約100 ℃。為了更接近實際生產(chǎn)流程，對稀土磷礦的高溫酸解過程進行研究，并分析多種條件下的稀土走向。實驗稱取稀土磷礦50.33 g，在60、70 ℃下用w（P2O5）24%的磷酸浸取2 次，2 次浸取液固質(zhì)量比均為10，攪拌轉(zhuǎn)速為300 r/min，浸取時間6 h，結(jié)果見表8。

表8 浸取溫度對稀土磷礦酸解的影響

從表8 中可以看出，在實驗溫度區(qū)間（38 ～70 ℃），浸取溫度對磷和稀土浸取率影響不大。

3 結(jié)論

對磷酸分解稀土磷礦過程進行研究，考察浸取溫度、液固比、浸取時間等對磷及稀土浸取率的影響。

結(jié)果表明：稀土和磷均進入液相；液固質(zhì)量比越大，稀土和磷浸取率越高；在實驗條件下，浸取時間和浸取溫度對磷浸取率基本無影響，浸取溫度高時，稀土浸取率略高。當(dāng)用w（P2O5）24%的磷酸在38 ℃下浸取稀土磷礦時，攪拌轉(zhuǎn)速300 r/min，浸取時間6 h，液固質(zhì)量比為15，2 次浸取后磷的浸取率可達91.91%，稀土浸取率達到88.26%。