DOC《浸出条件对稀土和铁浸出率的影响试验》

浸出条件对稀土和铁浸出率的影响试验 候少春1,2,赵永志1,2,马莹1,2,王晶晶1,2,郝一凡1,2,张文娟1,2,丁艳蓉1,2 (1.

包头稀土研究院,内蒙古包头 014030;

2.白云鄂博稀土资源研究与综合利用国家重点实验室,内蒙古包头 014030) 摘要:以稀土精矿浓硫酸焙烧工艺中焙烧矿水浸过程为对象,研究了焙烧矿浸出温度、浸出时间、焙烧矿粒度等条件对稀土、铁浸出率的影响,并对水浸渣中稀土赋存状态进行了研究.研究表明,浸出温度和焙烧矿粒度对稀土、铁的浸出速率有较大影响,但对其浸出率没有影响,延长浸出时间,焙烧矿中的可溶性稀土、铁均可被浸出.水浸渣中的稀土主要以磷酸盐和氟氧化稀土形式存在,铁主要以磷酸铁形式存在,并含有少量硫化铁. 关键词:浸出;

稀土;

铁;

焙烧;

水浸渣 中图分类号:TF845;

TF111.31 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2017)10-0000-00 Effect of Leaching Conditions on Leaching Rate of Rare Earth and Iron HOU Shao-chun1,2, ZHAO Yong-zhi1,2, MA Ying1,2, WANG Jing-jing1,2, HAO Yi-fan1,2, ZHANG Wen-juan1,2, DING Yan-rong1,2 (1. Baotou Research Institute of Rare Earths, Baotou 014030, Inner Mongolia, China;

2. State Key Laboratory of Research and Comprehensive Utilization of Rare Earth Resources of Bayan Obo, Baotou 014030, Inner Mongolia, China) Abstract:Effects of leaching temperature, leaching time, and granularity of roasted ore on leaching rate of rare earth (RE) and iron were investigated with water leaching process for sulfuric acid roasting ore from rare earth concentrate as object. Occurrence of RE in water leaching residue was studied. The results show that leaching temperature and granularity of roasted ore exert big influence on leaching speed of RE and iron, but no influence on leaching rate of RE and iron. Soluble RE and iron in roasting ore can be leached out as long as leaching time is long enough,. RE exists in leaching residue in form of phosphate or rare earth fluoride. Iron exists in form of iron phosphate with a few of iron sulfide. Key words:leaching;

rare earth;

iron;

roasting;

leaching residue 包头稀土精矿的稀土主要存在于氟碳铈矿和独居石中,包头稀土精矿的分解工艺主要有浓硫酸高温分解法、浓硫酸低温分解法,氢氧化钠分解法、碳酸钠分解法、高温氯化法及近年提出的低温酸化和钙化焙烧工艺[1-6].浓硫酸高温焙烧工艺具有精矿分解率高、处理量大的特点,90%的包头稀土精矿主要采用浓硫酸焙烧工艺[7],稀土精矿经浓硫酸焙烧后,其中的氟碳铈稀土和磷酸稀土与硫酸反应生成硫酸稀土,以硫酸稀土晶体形式存在于焙烧矿中,水浸时,稀土硫酸盐和其它金属硫酸盐会通过内扩散溶解方式进入溶液[8].但对于硫酸稀土来说,体系温度越高,在水中的溶解度越低[1,7,9],所以长期以来,人们认为焙烧矿在冷水中的浸出率要高于热水中的浸出率.在实际生产中,通常先将生产回用水冷却降温后再用于浸出工序.对焙烧矿中硫酸稀土的浸出过程而言,硫酸稀土晶体从焙烧矿进入水溶液是一个溶解―扩散过程[10].目前,包头稀土精矿焙烧―浸出工序所用的液固比约为8U1,在60 ℃以下,浸液中的硫酸稀土不会达到饱和,所以现行工艺中浸出温度不会对稀土浸出率产生影响. 众所周知,溶解―扩散作用是一物理变化过程,温度越高,粒子的活化能越大,粒子的迁移速率越大.对于硫酸稀土液滴来说,在一定的温度和固液比范围内,体系温度越高,从焙烧矿扩散到浸液中的速率越快,即稀土浸出速率越快;

若温度过高或液固比较小,浸液中稀土的溶解度会达到饱和,此时,焙烧矿中硫酸稀土液滴进入浸液的速率与浸液中硫酸稀土重新进入焙烧矿的速率达到平衡,若体系温度再继续升高,溶液中浸出的硫酸稀土又会结晶,宏观上表现出浸出温度越高,稀土浸出率越低,若增大液固比,结晶的硫酸稀土仍会溶解到浸液中.因此,温度只会影响稀土的浸出速率和溶解度,不会影响焙烧矿中稀土的浸出率.由于焙烧矿水浸过程是硫酸稀土的溶解―扩散过程,在一定浸出时间内,焙烧矿粒度越小,越有利于硫酸稀土从焙烧矿中进入浸液,即焙烧矿粒度越小,稀土浸出速率越大;

若浸出时间足够长,焙烧矿中的硫酸稀土可以通过扩散作用全部进入浸液,因此,焙烧矿粒度也是决定水浸速率的因素,但不能决定稀土浸出率. 收稿日期:2017-04-28 基金项目:内蒙古自治区自然科学基金项目(2016MS0215) 作者简介:候少春(1983-),男,宁夏银川人,工程师.

1 试验 1.1 仪器与材料 仪器:HH4电子恒温水浴锅;

D971型电动搅拌器;

SHB-3型循环水多用真空泵;

ESJ2045型电子天平;

UB-10电子pH计. 材料:焙烧矿(包头华美稀土高科有限公司,REO含量34.10%,Fe2O3含量4.58%);

稀硫酸(工业纯). 1.2 分析方法 浸液和洗水中稀土元素用定铈法或EDTA滴定法分析;

铁用电感耦合等离子质谱仪;

结构分析用X@Pert Powder X射线衍射仪;

形貌及元素分析用sigma500场发射电镜. 1.3 试验方法 由于焙烧过程中焙烧矿质地松软,经小钢磨破碎30 s后,焙烧矿粒度可达到20 μm左右,因此本试验只考察破碎30 s和未破碎焙烧矿对水浸率的影响.取破碎和未破碎的焙烧矿,按液固比8U1加入自来水中,在一定温度、时间条件下浸出,过滤得到浸液和浸渣,取浸液检测其中的REO、Fe,将浸渣加入400 mL自来水中,用稀硫酸调节酸度至pH=1~1.5,洗涤15 min,过滤后将浸渣再用400 mL自来水洗涤15 min,得到洗水和水浸渣,两次洗涤水混合后检测其中的REO、Fe,水浸渣烘干称重后测其中的REO、Fe.稀土及铁的浸出率计算方法如下: η=(V1C1+V2C2)/(V1C1+V2C2+MW) 其中,η为稀土或铁的浸出率;

V1为矿浆清液体积;

V2为水浸渣洗水体积;

C1为矿浆清液中稀土或铁浓度;

C2为水浸渣洗水中稀土或铁浓度;

M为水浸渣质量;

W为水浸渣中稀土或铁含量.

2 结果与讨论 2.1 温度对稀土浸出率的影响 图1为不同浸出时间条件下,浸出温度对稀土浸出率的影响.从图1可以看出,浸出时间为2 h时,稀土浸出率随温度的升高而升高,从30~40 ℃升高幅度较大,40~60 ℃范围内稀土浸出率虽有增大,但幅度不大,50~60 ℃时稀土浸出率达到最大值,浸出温度在30 ℃时,破碎后的焙烧矿浸出率比未破碎焙烧矿浸出率明显要高,说明在浸出时间为2 h时,破碎的焙烧矿浸出速率较高;

浸出时间在3~4 h,稀土浸出率也随温度的升高而升高,升高幅度较2 h稀土浸出率小,30 ℃时破碎和未破碎的焙烧矿浸出率差距逐渐缩小;

浸出时间到5 h,破碎和未破碎的焙烧矿浸出率基本一致,而且此条件下的稀土浸出率随温度的变化基本保持不变,原因是浸出时间为5 h,焙烧矿中的稀土均有充分的时间从焙烧矿进入浸液,表现为稀土浸出率随温度变化不明显.从图1还可以看出,60 ℃条件下的稀土浸出率总是略低于50 ℃的,这是由于60 ℃时,浸液中的硫酸稀土已达到饱和状态,已经影响到焙烧矿中稀土的浸出,因此,焙烧矿浸出时的体系温度不应高于50 ℃. 图1 不同浸出时间条件下浸出温度对稀土浸出率的影响 Fig.1 Effect of leaching temperature on leaching rate of rare earth under different leaching time 2.2 浸出时间对稀土浸出率的影响 图2是不同温度条件下浸出时间对稀土浸出率的影响.从图2可以看出,浸出温度为30 ℃时,焙烧矿稀土浸出率随浸出时间的延长而增大,尤其是4~5 h范围内尤为明显;

40 ℃时,稀土浸出率随浸出时间增大的幅度较30 ℃小,而且在反应时间4~5 h内,破碎与未破碎的焙烧矿浸出率基本相等;

反应温度为50~60 ℃时,稀土的浸出率随浸出时间的变化已不明显,而且焙烧矿破碎与否都与浸出率关系不大,50 ℃浸出3 h,焙烧矿中的可溶性硫酸稀土就已完全进入浸液中,浸出时间继续延长,稀土浸出率几乎不变.因此,50 ℃浸出3~4 h是焙烧矿浸出稀土的最佳条件,由于此条件下破碎和未破碎的焙烧矿浸出率基本一致,但破碎的焙烧矿水浸后黏度较大,不易过滤,所以,不需要对焙烧矿进行破碎. 图2 不同浸出温度条件下浸出时间对稀土浸出率的影响 Fig.2 Effect of leaching time on leaching rate of rare earth under different leaching temperature 根据上述分析可知,温度是焙烧矿浸出稀土时的关键因素,浸出温度越高,稀土的浸出速率越快,所需浸出时间越少;

反之,浸出温度低,在足够的浸出时间内,焙烧矿中的可溶性硫酸稀土也可以全部浸出.同样,焙烧矿的破碎也只是提高浸出速率,不能提高稀土的最终浸出率,若浸出温度相同,浸出时间足够长的条件下,破碎和未破碎的焙烧矿浸出率都可以达到一致,而且破碎的焙烧矿浸出后不易过滤.因此,无需对焙烧矿进行冷却和破碎. 2.3 反应温度对铁浸出率的影响 图3是不同浸出时间内浸出温度对铁浸出率的影响.由图3可知,浸出时间为2 h时,焙烧矿中铁的浸出率随浸出温度的升高而迅速增大.反应时间为3 h时,30 ℃条件下铁的浸出率还较低,当浸出温度升高至40 ℃时,破碎后的焙烧矿铁的浸出率迅速从10%升高至55%,温度继续升高,铁的浸出率变化不大,浸出温度在50~60 ℃时,铁的浸出率基本保持不变,说明此条件下焙烧矿中可溶性的铁已全部进入浸液.对于破碎后的焙烧矿,浸出时间为4~5 h,30 ℃时铁的浸出率均较低,浸出温度为50~60 ℃,铁的浸出率最大;

对于未破碎的焙烧矿,浸出温度低于60 ℃,同样的浸出时间内铁的浸出率均低于破碎后的焙烧矿,但当温度为60 ℃、浸出5 h时,未破碎焙烧矿铁的浸出率与破碎焙烧矿的相等. 图3 不同浸出时间条件下温度对铁浸出率的影响 Fig.3 Effect of leaching temperature on iron leaching rate under different leaching time 2.4 反应时间对铁浸出率的影响 图4是反应时间对铁浸出率的影响.从图4可看出,浸出温度在30 ℃,铁的浸出率随浸出时间变化较大,而当浸出温度为60 ℃时,铁浸出率随浸出时间变化不大,此条件下浸出4 h以上,焙烧矿中的铁都可进入浸液,而且此条件下无论焙烧矿破碎与否,铁的浸出率差别不大.在浸出温度为30~50 ℃时,破碎后焙烧矿的铁浸出率明显高于未破碎焙烧矿,因此在焙烧矿的浸出过程中要综合考虑浸出........