离子吸附型稀土矿矿—水界面浸出特性及其强化浸出机制研究

离子吸附型稀土矿是重要的不可再生的稀土资源。40多年来,离子吸附型稀土矿的开发利用得到了长足发展,确立了以原地化学溶浸为主的稀土提取工艺。目前,浸矿工艺优化研究相对较多,但因矿物中粘土矿物组分（活性部位）具有多样性、分布不均匀性,矿中稀土含量低等特点,难以用现代光谱进行分析,从微观方面研究稀土的强化浸出机制较困难,忽略了对其浸出本质过程的深入研究。本文主要以龙南高钇重稀土矿中黏土矿物组分作为主要研究对象,立足于矿物-水界面化学的相关理论,对离子吸附型稀土矿的浸出过程进行了研究,为实现离子吸附型稀土矿高效绿色开发提供相关理论支持。首先,本文根据离子交换浸取理论对离子吸附型稀土的静态浸出特性进行了分析研究,发现采用较高浓度的浸取剂,在评判其性能时,除需考虑浸取剂中阳离子交换能力、阴离子的配位作用外,还应考虑阴、阳离子间相互作用对稀土浸出过程影响;浸取体系的初始pH值对稀土浸出过程产生了较为复杂的影响,初步推测此影响与矿物的表面物化特性有关。其二,对离子吸附型稀土矿表面物化特性研究表明,矿物中活性反应部位主要集中在以高岭石为主的黏粒中,黏粒表面具有铝醇基（≡AlOH）、强铝醇基（≡Al2OH）等活性基团,在水溶液中可通过质子化/去质子化反应影响矿物表面正、负电荷量,稀土离子可在此基团位点产生专性吸附;而矿物永久负电荷集中在黏粒的硅氧烷表面,能通过静电作用以离子交换的方式吸附稀土离子。溶液体系pH、离子浓度是矿物表面电荷密度变化的主要影响因素,两者对矿物表面电荷性质均出现了异常的影响作用,据此可推测有其它外力因素对其产生了作用,此作用可能会对稀土在矿物表面的离子交换浸取过程产生影响;SO42-在矿物表面的配位吸附明显降低了矿物表面的正电荷密度,使矿物表面的离子吸附行为更加复杂化。其三,通过矿物间的聚集规律分析了矿物间相互作用对稀土浸出的影响作用。研究表明,水溶液中,pH和电解质浓度会影响矿物间的聚集而影响稀土的浸出过程。由于稀土离子的浸取一般在中、高浓度电解质溶液中进行,矿物间明显的水化力会抑制稀土浸出,H+对矿物表面结构铝元素具有溶蚀作用;当pH>4.5时且电解质浓度很高、双电层强烈压缩时,矿物同种电荷表面间发生聚集,矿物表面吸附离子间的静电斥力抑制稀土浸出。其四,有机酸对稀土的强化浸出研究表明,极低浓度有机酸对稀土浸出过程具有明显的促进作用,主要表现在有机酸对矿物表面电荷性质的影响及其矿物表面水化的弱化作用上。综上,本研究对离子吸附型稀土的浸取机理进行了分析,这为离子吸附型稀土的强化浸出提供了新的思路,为该资源的高效、绿色开发提供相关的理论支持。