风化壳淋积型稀土矿原地浸出的浸取剂渗透与稀土迁移规律

稀土是我国丰富的矿产资源,特别是风化壳淋积型稀土矿是我国特有的矿产资源。风化壳淋积型稀土矿原地浸取工艺，因基本解决了原有池浸工艺的"搬山运动"，造成矿山植被破坏，影响生态环境、稀土资源利用率低和工人劳动强度大等问题而越来越受到稀土界的高度重视。但工业实践表明，该工艺仍存在着浸出液浓度低，浸出液杂质含量高和浸取稀土拖尾等实际问题，直接影响了稀土矿山的经济效益，使该工艺的应用推广受到了一定限制。究其原因是缺乏风化壳淋积型稀土矿矿床特征和矿石性质和浸取剂溶液在矿体中渗流规律及浸取剂阳离子与稀土的交换和迁移机理的基础研究，对原地浸取过程数学模型的研究较少，为此，计划深入研究风化壳淋积型稀土矿原地浸出的矿石颗粒与矿石渗透性能及稀土离子交换和迁移的规律，收集数据，建立数学模型，为工业生产原地浸取风化壳淋积型稀土矿提供更佳的工艺参数，丰富原地浸取的化学选矿理论。

本课题围绕江西寻乌中钇富铕稀土矿开展基础研究，深入研究风化壳淋积型稀土矿矿石性质和原地浸出时矿石颗粒与矿石渗透性能及稀土离子交换和迁移的规律，并逐一推断出矿石的五大特性：含水多样性，缓冲性，吸附的水合或羟基水合稀土离子的稳定性，吸附的水合或羟基水合稀土离子的可交换性和稀土赋存的准矿物性。.风化壳淋积型稀土矿渗浸的流量与压差均成线性关系，符合达西定律，进一步证明了风化壳淋积型稀土矿具有一般多孔非固结性介质的特性，流动状态为层流。在风化壳淋积型稀土矿浸出过程中，浸取剂及浸出液在矿石中的流动和扩散受重力势、毛细势和宏观压力势等多因素的影响，但起决定作用的是宏观压力势，这为浸出过程的数学模拟提供了很好的理论基础。. 风化壳淋积型稀土矿稀土的浸出反应过程符合“收缩未反应芯模型”，受内扩散的控制，并计算出稀土浸出活化能在4~12 kJ/mol范围内，进一步证实风化壳淋积型稀土矿浸出过程受内扩散的控制，获得与矿石颗粒半径有关的风化壳淋积型稀土矿动力学方程。. 完成室内模拟原地浸出试验工作，发现稀土交换速率与矿粒表面积，浸矿剂浓度，以及扩散系数成正比而与边界层的厚度成反比，并获得较佳的原地浸出工艺参数：复合浸取剂氯化铵和硫酸铵的比例为7﹕3、浸取剂浓度为2.5%、淋洗液固比为0.5﹕1、淋浸速度为0.58 mL/min，实验所确定的浸取工艺稳定可行，稀土的平均浸出率为98.40%。原矿与浸出尾矿X衍射分析表明，风化壳淋积型稀土矿原矿及浸出尾矿的图谱一致，说明浸出前后矿物晶格没有发生改变，进一步证明胶态沉积相和矿物相稀土没有参与反应，只有离子相稀土被交换下来。. 建立了风化壳淋积型稀土矿浸取过程的数学模型浸出模型，采用矿体承受的水头压力，浸出液稀土浓度，浸取剂硫酸铵浓度，浸取速度等4个未知数组成的微分方程组进行表达，包含了描述浸取液在矿体中运动规律的水动力学方程和描述浸矿时浸取剂溶液的浓度变化及浸取产物稀土交换反应速率方程。