离子型稀土矿绿色高效提取技术与理论研究进展解析.docx

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离子型稀土矿绿色高效提取技术与理论研究进展解析

离子型稀土矿绿色高效浸取技术与理论研究进展*

罗仙平1,2,3，李运强1，唐学昆1，马沛龙1，周贺鹏1,3

（1.江西理工大学，江西赣州，341000；2.西部矿业股份有限公司，青海西宁810006；

3.离子型稀土资源开发及应用省部共建重点实验室，江西赣州341000）

摘要：

介绍了离子型稀土矿资源的特点，从浸出剂、浸出工艺的高效化、绿色化发展及浸出过程基础理论研究体系的完善等方面综述了离子型稀土矿浸出技术研究进展，并在此基础上提出了离子型稀土矿浸出过程的适应性有待提高，污染及地质灾害控制效果不佳等问题，建议进一步完善渗流规律、传质过程等基础理论研究，掌握尾矿中稀土及金属离子的二次迁移规律，加强浸出过程中边坡稳定性控制研究，重视低品位难浸离子型稀土矿的回收工作，以促进离子型稀土矿绿色高效提取技术的可持续发展。

关键词：

离子型稀土矿；绿色高效浸出技术；原地浸矿；边坡稳定；基础理论

ResearchprogressofgreenandhighefficientextractiontechniqueandtheoryofIon-adsorbedtyperareearthore*

LuoXian-ping1,2,3,Liyun-qiang1,TangXue-kun1,MaPei-long1,ZhouHe-peng1,3

（1.JiangxiUniversityofScienceandTechnology,Ganzhou341000，China;2.WesternminingLimitedbyShareLtd,QinghaiXining810006China;3.KeyLaboratoryofIonic-typeＲareEarthＲesourcesDevelopmentandApplication,MinistryofEducation,Ganzhou341000，China）

Abstract:

ThecharacteristicoftheIon-adsorbedtyperareearthoreisintroduced.TheresearchprogressofextractiontechniqueofIon-adsorbedtyperareearthoreissummarizedfromtheaspectoftheGreeningandhighefficiencydevelopmentandconsummateofthebasictheorysystemoftheleachingprocess.Onthisbasis,someproblemsuchastheadaptationofthein-situleachingprocessneedimprove,pooreffectoncontrollingpollutionandgeologicaldisastersareraised.Inordertopromotesustainabledevelopmentofgreenandhighefficientexploitationtechniqueofionic-typerareearthore,itisrecommendedthatresearchesonbasictheoryofpermeabilityruleandmasstransferprocessshouldbefurtherstrengthenedinthefuture，mastertheruleofsecondarymigrationruleofrareearthandheavymetalionsintailings,andrecoveryoflow-gradeion-absorbedrareearthbeemphasized,

Keywords:

Ion-adsorbedtyperareearthore;Greenandeffectiveleachingprocess;In-situleachingprocess;Slopestability；Basictheory.

稀土是当今世界各国发展高新技术和国防尖端技术、改造传统产业不可缺少的战略物资[1]。

我国的稀土矿产资源储量丰富，约占世界稀土储量的30%，为我国稀土产业的发展提供的得天独厚的资源条件[2,3]。

根据稀土矿中稀土赋存状态的不同，我国稀土矿一般分为两大类：

矿物型稀土矿和离子型稀土矿（也称“风化壳淋积型稀土矿”）。

其中，离子型稀土矿是1969年在我国首次发现的新型外生稀土矿物，因其稀土元素的赋存形式较为特殊，主要呈现离子相态吸附黏土矿物上，故而称之为“离子型稀土矿”[4]。

离子型稀土矿稀土元素配分齐全，尤其是富含发展高科技材料所稀缺的中、重稀土元素，世界罕见，是目前应用价值最高和战略需求最大的稀土资源，在国内外得到了广泛的重视[5]。

历经多年的研究与生产实践证明，离子型稀土矿的发现不仅可以解决了世界上中重稀土资源匮乏的问题，为世界稀土产业的发展及高科技新材料的发展创造了的资源条件，在稀土资源中有着极重要地位，而且其特殊的稀土元素赋存状态极为少见，丰富了稀土元素化学和湿法冶金学等理论，具有极高的学术研究价值[6-9]。

鉴于离子型稀土矿的特殊性与极高的应用价值，我国对它的开发利用极为重视，自其发现以来投入了大量的人力和物力对其进行了研究和提取工艺的开发，许多的科学工作者为此做出了重大贡献，取得了一系列有价值的科研成果，形成了一个较完整的离子型稀土矿工业生产与科学研究体系，使得离子型稀土矿的提取工艺不断向高效化、绿色化迈进。

本文将对这些科学研究及开采实践工作进行评述，总结我国离子型稀土矿绿色高效提取技术的进展，并在此基础之上结合目前开发利用过程中存在的问题及不足，提出今后的研究方向。

1离子型稀土矿资源分布与性质

1.1离子型稀土矿的分布

离子型稀土矿最先是江西省地质局908大队第四分队在1969年对江西省赣州市龙南县足洞地区进行地质普查时在花岗岩风化壳中发现有稀土存在的迹象，后来经过相关权威机构和专家鉴定发现此类稀土矿在当时属于一种新型的外生稀土矿物，并且在当时认为该类矿床也只有我国才有，非常独特[10]。

离子型稀土矿主要分布于我国的江西、福建、广东、云南、湖南、广西、浙江等七省（区），七省（区）中的一百多个县（市）均有不同程度的分布，仅南岭五省的矿化面积就达近10万km2，目前已发现矿床214个，其中江西赣南地区所占份额最大[9,11]。

近年来，国外也相继有发现离子型稀土资源的报道，主要分布在越南、老挝、巴西等国，但这些离子型稀土矿物风化程度不高，为半风化离子型稀土资源，稀土资源提取难度较大，目前仍处于研究探索阶段[4,12]。

1.2离子型稀土资源的矿床及矿石性质

离子型稀土矿在我国一经发现，国内的很多科研院所就开始对其进行了大量的细致的地质勘查、成因分析，揭开了其神秘的面纱[13]。

大量的地质勘察数据表明，离子型稀土矿的矿床大多产于海拔高度小于550米、高差250～60米的丘陵地带，以平缓低山和水系发育为特征[14]。

主要是由花岗岩或火山岩裸露地面经长期强烈风化而形成的。

矿床一般呈面形分布，以凸透镜状覆盖在未风化的花岗岩或火山岩岩体上，其结构模型自上而下可分为腐植层、残坡积层、表土层、全风化层、半风化层和基岩，其中全风化层的厚度最大，稀土元素的含量最高。

现有地质勘察数据表明，离子型稀土矿矿床的厚度为5~30m，多数都集中在8~10m[10]。

离子型稀土矿原矿主要由石英、黏土矿物（如高岭石、埃洛石、伊利石云母等）、长石等组成，一般呈红或白色沙土混合物，矿石密度为1.3~1.8t/m3，呈疏松状态的无规则颗粒[7]。

离子型稀土矿中稀土元素的含量一般为0.03%~0.15%，其赋存形式较为特殊，主要以水合阳离子或羟基水合阳离子的形式被吸附在矿石中的黏土矿物上，这部分稀土被称为“离子相稀土”，其具有稳定的化学性质，且含量相对较高，约占稀土总量的70%~90%，是目前离子型稀土矿中唯一有回收价值的稀土元素[15]。

除离子相稀土之外，矿石中稀土元素呈水溶相、胶态相、矿物相赋存[16]。

这些前期的矿床及矿石性质研究工作都为今后离子型稀土矿的绿色高效提取技术的发展奠定了坚实的基础。

2离子型稀土矿绿色高效浸出技术研究进展

离子型稀土矿中的稀土元素主要以离子吸附形式赋存，采用重选、磁选、浮选等常规的物理选矿方法无法将其富集或回收[17]。

但这些稀土离子遇到化学性质更活泼的阳离子（如Na+,K+,H+,NH4+等）可被交换解吸。

我国科技工作者根据离子型稀土矿这一特性，经过反复的研究和实践，开发了独具特色的离子型稀土矿浸出工艺技术，并经过不断的完善与发展，该项浸出技术开发水平随之也不断发展，使得浸出工艺由早期的桶浸、池浸工艺发展到如今的原地浸出工艺，浸出过程中的基础理论也得到不断完善，使离子型稀土矿的提取工艺不断向绿色高效方向迈进，形成了独具特色的离子型稀土矿浸取技术与理论体系[18]。

2.1离子型稀土矿浸出剂的绿色化、高效化发展

在离子型稀土矿开采的初期（20世纪70年代初），人们发现食盐溶液浸泡的方法可以将矿石中的稀土交换下来，经过不断完善和提高，开发了以6%~8%浓度的氯化钠溶液作为浸出剂进行稀土浸出，为离子型稀土矿浸出最早期的浸出剂[7]。

但是通过一段时间的生产应用，发现采用氯化钠溶液作为浸出剂存在极大的缺陷，主要表现在浸出剂中的氯化钠浓度较高，浸矿过程会产生大量的氯化钠废水，这些废水的排放造成土壤的盐化与板结，对环境产生严重破坏[17,19]。

为此，江西大学贺伦燕等人[20]提出了采用硫酸铵溶液作为浸出剂。

经过长期的实践表明，采用硫酸铵作浸出剂时，硫酸铵的浓度仅为1%~4%即可，实现了低浓度浸出，同时硫酸铵本身在农业生产中作为氮肥使用，因而大大降低了浸矿剂对土壤的污染。

而且由于铵离子相比钠离子具有更强的离子交换性能，使得浸出效果得到明显提高。

此外，由于硫酸铵中硫酸根离子的存在使得浸出过程的选择性也得到了一定的提高，钙、钡等杂质金属离子的浸出得到大大的降低[21,22]。

硫酸铵的使用使得离子型稀土矿浸出剂向高效化、绿色化的迈进了一大步，并一直沿用至今。

此外，针对浸出剂的高效性与环保性能，我国研究人员还开发了许多高效浸出剂。

池汝安等人[23]提出了以硝酸铵作为浸出剂，由于硝酸铵溶液相对硫酸铵的浓度更小，因而在矿体中的扩散速度更大，可以缩短生产周期，提高浸出效率。

李婷等人[24]则采用氯化铵与硫酸铵按7:

3的比例混合铵盐溶液作为浸出剂，并在注浸试验条件下能够提高1.5%左右的回收率。

此外，罗仙平等人[25,26]还开发了LPF与富里酸助浸剂，经试验表明，通过在浸出剂中添加这些助浸剂进行浸出，可以提高8%左右的稀土浸出率，降低约34%的浸出剂消耗，有效地强化了稀土的浸出效果。

池汝安等人[27]则还开发了柠檬酸盐浸出剂（主要为柠檬酸铵与柠檬酸），与目前普遍使用的硫酸铵浸出剂相比，具有浸出率高，浸出浓度低（浓度仅为1%）和用量小的特点。

可见，这些浸出剂在试验过程中均能够在有效提高稀土的浸出效果，但其实际的使用效果还有待进一步验证，而硫酸铵将在今后很长的一段时间依然离子型稀土矿的浸出剂。

2.2离子型稀土矿绿色高效浸出工艺的发展

离子型稀土矿开采的初期（20世纪70年代初），首先将覆盖与矿床上的表土层剥离后进行矿石的采掘，挖出的矿石搬运至室内，经粗略