风化壳淋积型稀土矿的稀土浸出工艺
根据风化壳淋积型稀土矿中的稀土是以离子相稀土为主的特点, 我国科技工作者对这世界上特殊稀土矿种进行了长期的研究和实践, 开发出了采用电解质水溶液进行离子交换浸出稀土的方法, 并逐步发展成三代浸出稀土的工艺[21,22].
6.1 第一代浸出工艺
第一代浸出工艺为氯化钠浸出稀土工艺.起初是采用氯化钠桶浸, 后逐步发展为池浸, 其工艺流程如图4所示.优点是采用食盐作浸矿剂价值便宜、来源充足;用草酸作沉淀剂既可析出稀土又能达到与伴生杂质 (如铝、铁、锰等) 的分离;工艺流程短、收率和产品质量较高.
但也存在2个致命的缺点:一是浸矿剂浓度较高 (6%~8%) , 产生大量的高氯化钠浓度废水, 而且还有相当一部分氯化钠残留在尾矿渣中, 造成土壤盐化, 破坏生态环境, 影响作物生长;二是草酸沉淀稀土时, 钠离子会大量共沉淀, 导致灼烧产品的稀土总量偏低 (低于70%) .此外, Na C1浸出液杂质含量高, 处理能力小, 原矿浸出率低, 稀土收率低, 矿山工人劳动强度大, 劳动条件差.
6.2 第二代浸出工艺
第二代浸出工艺采用了硫酸铵代替氯化钠作为浸取剂回收稀土, 浸出过程有池浸和堆浸共存.其工艺流程如图5所示.与氯化钠浸出工艺相比, 工艺简单, 实现了低浓度淋洗 (硫酸铵浓度为1%~4%) , 减少了浸矿试剂消耗, 避免了浸矿剂对土壤生态环境的污染, 混合稀土氧化物产品纯度能达到用户的要求 (稀土总量大于92%) , 使选矿的经济效益和社会效益明显增大[23].
但长期的稀土生产实践表明, 风化壳淋积型稀土矿第二代浸出工艺中的池浸工艺暴露出一些明显的缺点, 如需进行“搬山”运动和大量山体剥离及尾砂的堆弃, 既占用土地, 又破坏植被, 易造成水土流失, 严重破坏了矿区生态环境.池浸工艺正逐步被堆浸工艺和原地浸出工艺取代.若能结合土地平整, 有效地进行土地复垦, 堆浸工艺仍然是可推广的工艺.
6.3 第三代浸出工艺
第三代浸出工艺为原地浸出工艺, 即浸取剂溶液从注液井注入矿体中, 选择性地浸出有用成分, 然后通过回收腔将浸出液送至地面工厂提取加工, 其工艺流程如图6所示.它具有诸多优点, 如不破坏地形、地貌, 不剥离植被、表土, 无尾矿外排, 不破坏自然景观, 对环境影响小;可大大减轻采矿工人的重体力劳动;生产作业比较安全;可回采常规开采方法无法开采的矿石;可经济合理地开采贫矿和表外矿石, 能充分利用资源, 可节省基建投资, 降低生产成本[24,25,26,27,28,29,30].
对于矿体有假底板和无裂隙的矿床, 推广原地浸出工艺, 只要合理注液, 能起到很好的回收稀土的作用.然而对于矿体没有假底板或有裂隙的矿床, 原地浸出工艺往往造成浸出液的泄漏, 污染地下水系和水体.常常也因注液不当导致山体滑坡, 毁坏农田, 直接影响矿山经济效益.因此, 现阶段对于无假底板或可能有裂隙的矿体, 应结合土地平整和尾矿复垦, 推广堆浸工艺.在原地浸出工艺的实践中, 防止山体滑坡是亟待解决的问题.为此, 开发抑制矿体中黏土矿物膨胀的混合浸取剂是发展的方向.
6.4 浸取剂和稀土沉淀剂选择
氯化钠是最早应用的浸取剂, 由于用量大和怕残留的氯化钠使土地盐化, 后改为硫酸铵[31], 这一改进大大提高了稀土的生产效益, 直到今天还是用该浸取剂, 也进行了混合铵盐浸取剂的研究工作[32,33].最近国家加强了氨氮废水排放量限制, 减少或不用硫酸铵做浸取剂已日益得到重视, 黄小卫[34]提出用氯化镁代替硫酸铵作为浸取剂, 有望解决铵氮废水污染.
稀土沉淀剂早先用草酸, 尽管它生产出的稀土产品质量高, 但因为其价格昂贵和形成的草酸稀土需焙烧后才能进入稀土分离工段, 多年来一直期盼用碳酸氢铵代替草酸, 然而碳酸氢铵沉淀是絮状沉淀, 晶形不好, 固液分离困难, 经过多年的生产实践, 解决了这一系列问题, 实现了碳酸氢铵沉淀回收稀土, 已在矿山广泛推广[35].
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