混合型稀土精矿中氟碳铈矿与独居石矿的的化学解离法分离及其基础研究

白云鄂博矿是世界最大的富含稀土的多金属共生矿，其稀土储量世界第一，Th的储量世界第二，由于历史原因其开采一直是"以铁定产"，稀土的利用率仅为10%，生产的稀土精矿是氟碳铈矿和独居石矿的混合矿。目前稀土精矿的分解工艺中，Th、F、P的回收率为零，都以废渣废气排放，造成环境污染和资源浪费。本项目提出一种化学解离法将稀土精矿中的氟碳铈矿和独居石矿分离，然后针对两种稀土矿物的特点分别进行分离提取的新思路，达到稀土及其伴生元素全回收。主要进行以下研究：①白云鄂博稀土精矿在解离过程中的转化机制和分子层面上的破坏机理研究；②白云鄂博稀土精矿在解离过程中各元素的相互作用规律和氟碳铈矿的选择性浸出机理研究；③白云鄂博稀土精矿解离过程的动力学调控规律研究；④氟碳铈矿与独居石矿分离过程中各种主要矿物、元素的赋存状态以及走向的研究等。

本研究主要针对工业上稀土精矿分解过程的高污染问题，开发出一种清洁环保的浸出工艺，根据络合浸出的原理，采用络合浸出法分解稀土精矿中的氟碳铈矿，进而使混合稀土精矿中的氟碳铈矿和独居石矿分离。研究了不同的络合浸出体系对包头稀土精矿的浸出，确定了优化的浸出体系及工艺条件，采用复盐沉淀法将溶液中的稀土与非稀土元素分离，同时将废液中的氟铝元素转化为冰晶石资源。.通过热力学计算结果、络合物稳定常数比较以及初步的探索实验确定铝盐体系的络合浸出效果优于铁盐体系的络合浸出效果，初步条件实验对比得出HCl-AlCl3体系对稀土精矿浸出率和稀土浸出率比用HCl-FeCl3体系都高30%左右。.研究了HCl-AlCl3体系对稀土精矿的浸出规律，确定了优化工艺条件，最终稀土精矿的浸出率为76.83%，稀土浸出率为73.89%，氟元素的浸出率为98.74%。对稀土精矿和HCl-AlCl3体系浸出渣进行了XRD、SEM-EDS检测以及化学分析，结果表明：稀土精矿中以氟碳铈矿和独居石矿为主相，而浸出渣中仅出现了独居石矿相。通过以上分析可以证明精矿中的氟碳铈矿与独居石矿已完全分离。研究了氟碳铈矿浸出过程的动力学原理，分析结果表明：通过产物层受界面传质和扩散混合控制的动力学方程1/3㏑(1-ɑ)+[(1-ɑ)-1/3-1]=K0t能够很好的描述浸出过程的动力学。通过图形分析及计算确定了精矿中稀土浸出的动力学方程和精矿中氟元素浸出的动力学方程。针对包头不同品位混合稀土精矿的浸出进行了深入研究，发现萤石对浸出过程有较大的影响。.采用复盐沉淀法分离络合浸出液中的稀土与非稀土元素，AlCl3-HCl体系浸出包头稀土矿所得浸出液中的稀土有效沉淀，优化条件下稀土浸出液中的稀土收率达到97.53%。复盐沉淀法能够将浸出液中的稀土与非稀土元素有效分离，同时氟铝元素富集到溶液中。通过电导率法、氟离子示踪法以及分光光度法对铝离子和氟离子络合反应行为进行研究，阐明了两者的络合反应过程。复盐沉淀后废液中的氟铝络合物，在适当条件下可以合成冰晶石，使氟铝资源得到综合利用。