摘 要

随着科技的进步，各行各业对稀土元素，尤其是重稀土元素的需求量不断增加。稀土资源已被视为一种重要的资源储备。其中，离子型稀土是一种十分重要的稀土来源矿物，具有多种优点，如开采过程简便，稀土配分齐全等。目前为止，离子型稀土主要分布于我国几个处于南方的省份。为了更充分更高效的利用稀土资源，有必要对稀土的赋存状态和分布规律进行研究。本文通过连续分级提取方法，对离子型稀土原矿在一定液固比条件下进行浸出，采用ICP-MS检测法对浸出液中稀土浓度进行检测（以Y元素含量作为标准）得出高岭土中稀土赋存状态以及在各种赋存状态中稀土的含量。对原矿进行分级后，分别对 0.75mm、-0.75 0.1mm、-0.1 0.045mm、-0.045mm四个粒级中的稀土金属分布规律进行研究，发现稀土金属主要以离子相分布在-0.045mm粒级，该粒级中稀土金属含量约占全相的77%。对不同粒度高岭土中稀土元素进行动力学控制步骤研究显示，粒度越小，稀土浸出率越大。通过拟合表明，该过程受内扩散过程控制。改变浸出剂浓度，对-0.045mm粒级高岭土进行浸出，结果表明当浸出剂浓度大于3%时，浸出率随浸出剂浓度变化不大。

关键词：离子型稀土 浸出 动力学 赋存状态

Abstract

With the development of technology, demand of rare earth elements(REEs) ,especially the HREEs, in variety of industries is increasing. The governments regard rare earth ores as a strategic resource. Ion absorbed Rare earth ores become important rare earth mineral resources, since they have a variety of advantages when exploiting them, such as needing a simple process and having a complete rare earth compositions. Ion absorbed rare earth ores mainly located in the southern provinces of China. As there are a few ion absorbed Rare earth ores around the world, we need to figure out its existing states as well as the regularities of distribution to utilize those valuable resources efficiently and completely. In this issue, the rare earth continuous extraction method was used to extract the rare earth ore in the leaching solution under certain proportion of solid and liquid and used ICP-MS as detection method, to figure out the existing states as well as the regularities of distribution, using Y element as delegate. The rare earth was distributed in four grain grades of 0.75, -0.75 0.1, -0.1 0.045 and -0.045, which were studied respectively. It is concluded that the rare earth metals are mainly distributed in the ion phase at -0.045 grain size, and the rare earth elements in this grain size accounts for about 77% of the total phase. The dynamics of leaching rare earth elements from different kaolin grain grades was studied, and the result suggests that this leaching process is mainly influenced by internal diffusion control. Using leaching agent with different concentrations in leaching experiment, the result demonstrates that leaching rate will increase modestly with the raise of concentration of leaching agent, when the concentration is over 3%.

Keywords：Ion absorbed Rare earth; leach; dynamics; existing stat

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1 稀土及应用 1

1.2 稀土资源 1

1.3 离子型稀土矿的成矿和浸取机理 2

1.4稀土金属湿法浸出的发展与现状 2

1.4.1氯化钠浸出 2

1.4.2硫酸铵池浸 3

1.4.3 硫酸铵原地浸矿 3

1.4.4 对稀土浸出工艺以及赋存状态的研究现状 3

1.5 论文研究的目的及内容 5

1.5.1 论文研究的目的 5

1.5.2 论文研究的内容 6

第2章 实验材料与研究方法 7

2.1 试样 7

2.2实验试剂及主要仪器设备 7

2.3试验方法 7

2.3.1原矿中稀土各赋存状态的含量 8

2.3.2 不同粒度高岭土中稀土金属分布规律 8

第3章 原矿及各粒级中稀土含量及赋存状态分析 10

3.1 原矿中稀土含量及赋存状态分析 10

3.2 各粒级中稀土金属分布规律 10

3.3 本章小结 11

第4章 离子型稀土浸出动力学研究 13

4.1实验原理 13

4.2 反应动力学方程 13

4.3不同粒度高岭土中稀土的浸出动力学研究 14

4.3.1不同粒度高岭土中稀土浸出率随时间变化关系 14

4.3.2 不同粒度高岭土中稀土金属浸出动力学模型研究 15

4.4 不同浸取剂浓度对高岭土中稀土金属浸出的影响 17

4.5 本章小结 18

第5章 结论 19

参考文献 20

致 谢 22

第1章 绪论

1.1 稀土及应用

稀土元素是指化学元素周期表中17种元素的统称，包括原子序数57-71的15种镧系元素和第39为元素钇以及第21号元素钪^[1]。根据稀土物理性质、化学性质、地球化学性质以及在元素与矿物的共生情况等特征，17个元素通常可分为轻稀土（LREEs）与重稀土（HREEs），轻稀土包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕，也称为铈组稀土，重稀土包括钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇，也称钇组稀土^[2]。

事实上，稀土元素在地壳中含量相对其他元素而言，并不算稀少，但由于稀土元素分布较为广泛，很少富集成矿床，因此真正具有开采价值的稀土矿物储备并不多。稀土矿物分布广泛，据美国地质调查局调查结果显示，中国是全球第一稀土大国，占世界已发现稀土含量的48%，其次分别是独联体国家，美国，印度，日本等^[3]。其中，仅分布于我国华南地区的离子型稀土矿床虽然总量不大，但其中含有较多稀缺稀土元素——重稀土元素，因此离子型稀土是世界重要的稀土资源。

由于其独特的物理化学性质，稀土被称为“工业维生素”^[4]。目前，对稀土的开发利用日益成熟，在全球范围各个行业内不断取得新的突破和成就。在玻璃陶瓷领域，稀土氧化物可以起到提高其物理机械性能，改善微观结构的作用^[5]。稀土氧化物以添加剂的形式，参与陶瓷烧结过程，使陶瓷材料的各种性能得以提升。在光学玻璃工业中，稀土起到澄清剂和着色剂的作用，可显著改善玻璃性能^[6]；稀土化合物还被应用于石油化工领域，主要作为石油裂化反应的催化剂，具有高稳定性，强选择性，抗重金属污染等优势^[7]。其中，含铈化合物在柴油发动机催化剂方面的应用，不仅使催化剂的价格更为低廉，而且还使得汽车的尾气净化系统效率明显提高，炭粒排放量显著降低^[8]。在磁性材料领域，稀土元素，特别是重稀土元素也是不可或缺的一种元素：磁性材料的应用常常出现在兵器行业、航空航天行业、野战化等领域，如美国的“爱国者”导弹就使用了含有钐钴磁体和钕铁硼磁体的制导装置^{[9, 10]}。除此以外，稀土金属及其化合物在冶金、农业纺织、新材料等方面也具有极为广泛的应用^[10]。

1.2 稀土资源

虽然含有稀土元素的矿物种类数量不少，但是目前工业技术所能利用的稀土矿物十分有限，只有不到20种^[11]。其中主要的工业矿物为独居石、氟碳铈矿、磷钇矿等碳酸盐、磷酸盐矿物^[12]。在美国、俄罗斯、印度和我国部分省份所发现的稀土资源即为此类矿物。该矿物以轻稀土为主，轻稀土含量可达96%～98%，且稀土配分不全面，有的矿物中缺乏某些中重稀土元素^[13]。