詹海鴻，謝營邦，李伯驥，梁煥龍，伍耀明

（廣西冶金研究院，廣西 南寧 530023）

我國稀土資源豐富，目前擁有全球30%以上的稀土儲量，占全球90%以上的市場份額［1］。據(jù)不完全統(tǒng)計，廣西稀土資源屬離子吸附型稀土，主要有獨居石、磷釔礦及與鈦鐵礦、錳礦和鋁土礦的伴生礦［2－3］。廣西鐘山、富川、崇左等地稀土資源均屬于含Y2O320%～30%的中釔型離子吸附型稀土礦［4］。本文針對廣西某具有代表性的中釔型稀土精礦研究了鹽酸浸出及Gd／Tb分組分離釔。

1 原料組成及工藝流程

原料選自廣西某地區(qū)中釔型稀土礦，其精礦中稀土配分見表1，雜質(zhì)質(zhì)量分數(shù)見表2。

表1 精礦中稀土氧化物的組成 %

表2 稀土精礦中主要雜質(zhì)質(zhì)量分數(shù) %

試驗流程：稀土精礦用鹽酸浸出，浸出液除雜配料后用P507作萃取劑，在Gd／Tb分組，得到含Y（Tb－Lu）的有機相。有機相進行Er／Tm分組，在水相中得到Y(jié)（Tb－Er）的高釔富集物，其中w（Y2O3）≥70%。工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

2 釔的Gd／Tb分組分離計算

得到 A、B的純化倍數(shù)分別為a＝228．92，b＝868．43；水相出口B的純度PB1為99．9%；有機相出口f′A＝46．68%，水相出口f′B＝53．32%。

水相進料極值公式為：

計算得（EM）min＝0．571 5，（E′M）max＝2．911 3。

再根據(jù)以下公式：

在極值范圍內(nèi)計算k＝0．5～0．9可供選擇的工藝參數(shù)，見表3。

表3 Gd／Tb分離工藝參數(shù)

取衡量值R最小的一組，即k＝0．7為最優(yōu)值，n＝6，m＝4，即釔的萃取分離理論級數(shù)為6，洗滌級數(shù)為4。以進料量MF＝1mmol／min為基準，料液濃度cF＝1mol／L，有機相中稀土濃度cS＝0．15 mol／L，洗液酸度cW＝1．987mol，由公式

計算得進料料液流速vF＝1mL／min，有機相流速vS＝6．309 5mL／min，洗 滌 流 速vW＝0．724 1 mL／min，則釔的萃取分離理論流比vF∶vS∶vW＝1∶6．309 5∶0．724 1。

根據(jù)以上計算結(jié)果，列出Gd／Tb分組物料平衡圖（水相進料）見表4。

表4 Gd／Tb分組物料平衡圖（水相進料）

3 試驗結(jié)果與討論

3．1 溫度對稀土浸出率的影響

在液固體積質(zhì)量比5∶1、浸出時間4h、鹽酸濃度8mol／L條件下，溫度對稀土浸出率的影響試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 溫度對稀土浸出率的影響

由圖2看出，隨溫度升高，稀土浸出率明顯提高。根據(jù)冶金過程動力學［6］，浸出反應應為混合動力控制，主要受化學反應速度控制，隨浸出溫度進一步升高，反應速度加快，浸出率提高明顯，溫度為100℃時，稀土浸出率約為97%。但過高的溫度會加大鹽酸的揮發(fā)損失，不利于工業(yè)生產(chǎn)，因此，浸出溫度確定為100℃。

3．2 液固體積質(zhì)量比對稀土浸出率的影響

在浸出溫度100℃、浸出時間4h、鹽酸濃度8mol／L條件下，液固體積質(zhì)量比對稀土浸出率的影響試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 液固體積質(zhì)量比對稀土浸出率的影響

由圖3看出：隨液固體積質(zhì)量比增大，稀土浸出率緩慢增大；液固體積質(zhì)量比大于6時，稀土浸出率達96%；再增大液固體積質(zhì)量比，稀土浸出率變化不大。綜合考慮，確定液固體積質(zhì)量比以6∶1為宜。

3．3 鹽酸濃度對稀土浸出率的影響

在浸出溫度100℃、浸出時間4h、液固體積質(zhì)量比6∶1條件下，鹽酸濃度對稀土浸出率的影響試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 鹽酸濃度對稀土浸出率的影響

由圖4看出，鹽酸濃度對稀土浸出率影響較大，隨鹽酸濃度提高，稀土浸出率提高明顯。這主要是浸出過程受擴散作用控制所致［7］。根據(jù)菲克第一定律，浸出劑通過擴散層的速度v＝D（co－cs）／δ（co、cs分別為擴散層外延和固相表面浸出劑的濃度，D為擴散系數(shù)，δ為擴散層的有效厚度），增大浸出劑鹽酸濃度，濃度差（co－cs）增大，從而反應速度加快，稀土浸出率提高。鹽酸濃度為9 mol／L時，稀土浸出率約為99%。

3．4 浸出時間對稀土浸出率的影響

在浸出溫度100℃、液固體積質(zhì)量比6∶1、鹽酸濃度9mol／L條件下，浸出時間對稀土浸出率的影響試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 浸出時間對稀土浸出率的影響

由圖5看出：隨浸出時間延長，稀土浸出率緩慢提高；浸出3h后，稀土浸出率趨于穩(wěn)定。

3．5 最佳條件下的驗證試驗

根據(jù)上述單因素條件試驗確定的最佳浸出條件（浸出溫度100℃，液固體積質(zhì)量比6∶1，鹽酸濃度9mol／L，浸出時間3h）進行驗證浸出試驗，獲得的浸出液組成見表5。

表5 浸出液主要成分 g／L

3．6 Gd／Tb分組萃取

依據(jù)理論計算結(jié)果，釔的萃取分離級數(shù)為6，洗滌級數(shù)為4，流比vF∶vS∶vW＝1∶6．309 5∶0．724 1。試驗取vF∶vS∶vW＝20∶126∶14．5，攪拌時間5min，反萃取流比vO∶vW＝2∶1，采用漏斗模擬串級萃取，試驗結(jié)果見表6、7。

表6 Gd／Tb分組出口水相與出口有機相中的RE2O3

表7 Gd／Tb分組試驗結(jié)果%

由表6看出，56?！?08＃稀土在平衡有機相中的平均分配率為39．61%，而原料中Y＋（Tb－Lu）總質(zhì)量分數(shù)為39．96%，二者基本一致。因此，該原料在Gd／Tb進行分割是適宜的。

由表7看出，在Gd／Tb分組后，Y2O3質(zhì)量分數(shù)從28%富集到70%以上。以106?！?08＃反萃取結(jié)果計算出

試驗獲得w（Y2O3）≥70%的高釔富集物，適合利用溶劑萃取法進一步提取釔［8－9］，同時去除Ca2＋、Fe3＋等雜質(zhì)，再經(jīng)草酸沉淀、灼燒后可獲得熒光級的氧化釔產(chǎn)品。

4 結(jié)論

1）用鹽酸浸出中釔型稀土精礦是可行的。影響稀土浸出率的主要因素為浸出溫度和鹽酸濃度。最佳浸出條件為：浸出溫度100℃，液固體積質(zhì)量比＝6∶1，鹽酸濃度9mol／L，浸出時間3h。

2）串級萃取釔的最優(yōu)萃取級數(shù)為6級，洗滌級數(shù)為4級，流比vF∶vS∶vW＝1∶6．309 5∶0．724 1。經(jīng)Gd／Tb分組后，稀土在平衡有機相中的平均分配率為39．61%，與原料中Y＋（Tb－Lu）為39．96%相符，表明該原料在Gd／Tb進行分割較為適宜。

3）經(jīng)串級萃取分組，Y2O3質(zhì)量分數(shù)從28%富集到70%以上，適合利用環(huán)烷酸進一步提取釔并制備熒光級氧化釔。

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