磷矿石中稀土利用机理研究

Rare earth elements can mix into crystal cell of fluorapatite in form of substitution, so the comprehensive utilization of phosphate rock resources attaches great importance to the recovery of REE in phosphate ore. Based on the calculation of density functional theory and series of methods such as Mineral Liberation Analyser (MLA), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Atomic Force Microscope (AFM), Induction Time Measurement, Calvet Calorimeter etal, the research will explore the mechanism of flotation reagents adjusting the surface property of phosphate ore bearing REE, and compare the effects of flotation machine and colum on the flotation rate of phosphate bearing REE. Besides, the migration and enrichment of REE in flotation could be revealed and quantitative relationship between P2O5 grade and content of RE2O3 and MgO could be setted up. The flotation kinetics model of phosphate bearing REE could also be established. The research can provide theoretical basis for improving the enrichment of phosphorus and rare earth in flotation of phosphate ore containing REE.

稀土元素取代氟磷灰石晶格中钙，从而形成含稀土磷矿石，因此从磷矿石中回收稀土对磷矿资源综合利用越来越重要。拟采用矿物解离自动分析仪（MLA）、X射线光电子能谱（XPS）、原子力显微镜(AFM)、气泡诱导时间和微量热仪等多种手段和密度泛函理论计算，探索浮选药剂与磷矿石表面的作用原理，对比浮选柱与浮选机性能对含稀土磷矿石浮选速率的影响，揭示中低品位磷矿石浮选过程中稀土元素的迁移富集规律，建立P2O5品位与RE2O3及MgO含量的定量关系，构建含稀土磷矿石浮选动力学模型，为含稀土磷矿石中磷与稀土的浮选富集提供理论基础。

中低品位含稀土磷矿石中磷与稀土难以高效回收，导致其资源开发利用困难。通过密度泛函理论计算、浮选试验结合同步辐射分析等测试手段，研究了含稀土磷矿石中稀土元素配位结构及赋存状态、浮选过程中稀土元素迁移富集行为、浮选药剂作用机理，明晰了含稀土矿物晶相结构及稀土在氟磷灰石中Ca位点分配规律，阐明了稀土类质同象取代机理，建立了含稀土磷矿石浮选动力学模型，阐明了浮选条件对稀土迁移富集行为的影响规律，揭示了浮选药剂强化回收磷矿石中磷与稀土的作用机制。研究表明，磷矿石中稀土元素以La、Ce、Nd、Y为主，轻稀土富集，重稀土亏损，稀土元素主要赋存于氟磷灰石中，少量赋存于白云石中，偶见独立矿物。La、Ce、Nd、Y均以类质同象形式取代氟磷灰石中Ca1和Ca2位点，La、Ce、Nd在Ca1和Ca2位点配位数分别均为9和7，Y配位数均为6，磷矿石中La、Ce、Nd、Y价态均接近+3。La、Ce、Nd、Y在氟磷灰石Ca1位点占据数分别为0.005、0.003、0.004和0.024，Ca2位点占据数分别为0.021、0.011、0.012和0.032。轻稀土La、Ce、Nd倾向占据Ca2位点，重稀土Y倾向占据Ca1位点。稀土在Ca位点取代能总体呈“斜W形”且具有明显“钆(Gd)断现象”。浮选过程中稀土元素迁移富集行为与磷相似，原矿和浮选精矿中∑REE及粒级分布与P2O5均呈正相关，与MgO均呈负相关。稀土在精矿中富集率和富集速率受磨矿细度和药剂用量影响较大，受矿浆浓度、搅拌强度和充气量影响较小，适当减小颗粒粒径，增大充气量、矿浆浓度和湍流动能可提高浮选速率。药剂对含稀土和普通氟磷灰石可浮性影响规律相似，但含稀土氟磷灰石电负性和可浮性更强。与油酸钠相比，GJBW可电离出更多RCOO-和H(RCOO)2-离子，且与白云石表面Ca、Mg活性位点均可产生相互作用，富磷降镁效果更好。碱性条件下聚天冬氨酸在白云石表面的优先化学吸附阻碍捕收剂作用，实现其选择性抑制。酸性条件下纳米气泡通过增强白云石表面疏水性、促进细粒白云石团聚提高MgO脱除效率。上述结果为含稀土磷矿石中磷与稀土的浮选富集奠定了理论基础。