稀土浸出过程中的反应—运移的土柱实验研究文献综述1.1风化淋积型稀土矿简介1．1．1风化壳淋积型稀土矿资源概述我国是稀土资源大国，已探明的稀土储量为37×104 t，占世界稀土资源总量的67％。

矿物种类齐全，主要有南方风化壳淋积型稀土矿、包头白云鄂博混合稀土矿、四川氟碳铈矿和山东微山氟碳铈矿。

风化壳淋积型稀土矿是我国特有的稀土矿种，它具有分布广、储量丰富、放射性低、稀土配分齐全、易采选的特点，广泛分布在我国南方的江西、福建、湖南、广东、广西等省区。

它的稀土配分富含中重稀土元素，其中中稀土和重稀土储量占世界的80％以上，是我国中重稀土的主要来源，其代表有龙南重稀土矿床、寻乌轻稀土矿床、长汀中钇富铕稀土矿床。

自70年代初在我国南方首次发现以来，迅速形成了一种新的稀土资源开发行业。

它的开发和利用改变了我国稀土资源结构，使我国成为世界上轻、中、重稀土品种齐全、储量大的资源大国，且解决了主要稀土矿，诸如氟碳铈矿和独居石，几乎只产轻稀土而中重稀土缺乏的问题，有着举足轻重的影响。

为了合理有效地利用资源，研究其开采提取方法显得尤为重要。

1．1．2稀土元素在风化壳淋积型稀土矿中的赋存状态稀土元素在矿石中的赋存形式可分为四种：水溶相、水合或羟基水合离子相、胶态沉积相和矿物相。

水溶相稀土：稀土矿中水溶相是指由于风化等原因形成的水合稀土离子或羟基水合稀土离子随淋滤水而迁移，但又还未被吸附的游离态稀土。

这种水溶相稀土是稀土生物无机化学和稀土农用研究的对象之一，在矿石中，这种水溶相稀土含量非常低，对稀土元素地球化学迁移具有一定意义。

离子相稀土：稀土矿物中离子相稀土是指以水合阳离子或羟基水合阳离子被吸附在粘土矿物上的稀土。

其中风化壳淋积型稀土矿中85％左右的稀土元素主要以水合或羟基水合阳离子被吸附在粘土矿物上，如用盐类电解质溶液淋洗时，稀土离子就会被电解质阳离子交换下来，类似于离子交换过程。

胶态沉积相：胶态沉积相是指稀土矿物中的胶态相稀土以水不溶性的氧化物或氢氧化物胶体沉积在矿物上或与某种氧化物化合形成新的化合物。

这种胶态相稀土必须用化学的方法提取，因为用一般的物理选矿方法和离子交换的方法无法富集或提取这种胶态相稀土。

矿物相：稀土矿物中的矿物相是指稀土以离子化合物形式参与矿物晶格，构成矿物晶体不可缺少的部分，或者以类质同晶置换形式分散于造矿物中的这部分稀土。

1．1．3风化壳淋积型稀土矿的稀土配分风化壳淋积型稀土矿的形成是由富含稀土矿物和稀土副矿物的花岗岩和火山岩经物理、化学和生物风化作用形成高岭土、蒙脱石和埃洛石时，稀土矿物和副矿物也分解形成稀土水合或羟基水合阳离子吸附在粘土矿物上富集而成。

这类矿床一般都属于岩浆型原生稀土矿床，但常赋存于风化淋滤所形成的风化壳构造带。

根据离子型稀土与原生稀土矿床的关系及稀土元素的配分特点来划分该类矿床的类型，可分为两大类：类是以风化壳淋积型为主的矿床，其特点是母岩中的原生矿物以氟碳酸岩等易风化的稀土矿物为主；另一类是以磷钇矿、独居石等单一稀土矿物为主，部分稀土呈离子吸附相的矿床。

因此，产生风化壳淋积型稀土矿原岩的稀土配分与风化壳淋积型稀土矿稀土配分及矿中的离子相稀土配分必然存在着内在关系。

1．2风化壳淋积型稀土矿开采技术现状1．2．1风化壳淋积型稀土矿的浸取工艺风化壳淋积型稀土矿的矿石品位低，仅有O．05‰0．3％，矿石粒度细，50％以上的稀土赋存于产率为24‰32％的．O．78 mm粒级中。

采用常规的物理选矿法无法使稀土富集为相应的稀土精矿，只能采用化学选矿法。

为了保证矿料具有良好的渗透性，该矿一般避免湿法开采。

以离子相稀土为主是风化壳淋积型稀土矿的一大特点，根据这一特点，我国科技工作者提出了采用电解质进行离子交换浸取稀土这一方法，并从第一代池浸工艺发展到如今的第三代原地浸出工艺。

(1)氯化钠桶浸和池浸工艺花岗岩和火山岩风化壳中稀土含量异常是在20世纪70年代初期由江西地质工作者在赣南找矿时发现的，利用常规重选来洗稀土，发现稀土越洗越少，无法进行回收，且偶然在选矿废水中发现了稀土离子。

后来采用氯化钠溶液浸泡矿石，发现稀土离子能够被浸泡下来，于是经过不断完善，形成了早期的氯化钠桶浸，草酸沉淀提取稀土的工艺。

20世纪70年代中期野外池浸取便取代了生产成本高，生产规模小的桶浸工艺。

经过不断完善和提高，陆续形成了早期的氯化钠池浸，草酸沉淀提取稀土的工艺，并实现了工业化。

工业生产上池浸是在水泥池中进行，池面积在12 m2左右。

在操作过程中，首先将稀土原矿堆积在池中滤层上，装矿高度一般在1-1．5 m左右，然后用7％NaCl溶液自上而下自然渗入滤层。

在浸取过程中，Na+将原矿中的RE3+交换至溶液中，池的底部呈一定倾斜角度并汇集渗滤液，并根据稀土浓度的不同分别收集浸出液。

但此工艺存在浸出杂质含量高、处理能力小、原矿浸出率低、稀土直收率低、矿山工人劳动强度大、劳动条件差、污染环境等缺点。

(2)硫酸铵池浸工艺1979年江西大学在浸取剂的研究方面取得新的突破，首次提出采用硫酸铵作浸取剂。

经试验后，于1981年将该工艺应用于生产实践中，实现了低浓度淋洗(硫酸铵浓度为1％．4％)，减少了浸矿试剂的消耗，降低了浸矿剂对土壤的污染程度，这使得选矿的经济效益与社会效益都明显增大。

硫酸铵池浸工艺在水泥槽中进行。

装矿高度一般在1～1．5 m左右，容积一般在10．20 m3，用2％(NH4)2S04溶液浸出，稀土浸出液杂质含量及采用草酸作沉淀剂所得沉淀物一次灼烧产品杂质含量都比氯化钠池浸工艺的低。

硫酸铵浸取工艺与氯化钠浸取工艺相比的一个显著优点是其浸出液中的钠、钙、镁、铅含量大幅度降低，浸取选择性大大提高，有利于浸出液中稀土的提取。

(3)硫酸铵堆浸工艺堆浸工艺的基本原理是矿石在不饱和条件下，进行一种非均匀的、无催化的、固定床操作的一种提取有效组分的方法。

风化壳淋积型稀土矿的堆浸工艺是利用地形筑堆，集中收液、集中处理来进行生产，这种工艺充分利用资源，并且在减少投资的情况下扩大处理能力，从而降低生产成本，提高稀土收率。

根据风化壳淋积型稀土矿的成矿特征，该矿的堆浸技术可采用设计采矿方法，实现多水平作业，并依据矿体形状，就地建堆，就地浸取，可大可小，随采随迁，做到不压矿、不弃矿。

该工艺对于低品位风化壳淋积型稀土矿有良好的浸取效果。

(4)原地浸出工艺长期的稀土生产实践表明，第二代浸取工艺也存在着一些问题，如尾砂及削离物量大，要进行“搬山运动"；稀土资源利用率低，浸取效率低，浸出液中稀土浓度低，非稀土杂质含量高；工人劳动强度大、劳动条件差。

针对上述情况，研究者‘"，181开发出原地浸矿工艺。

所谓原地浸矿，就是在不破坏矿区地表植被，不开挖表土与矿体的情况下，将浸出电解质溶液经浅井(槽)直接注入矿体，浸取剂溶液沿风化矿体的孔隙进入矿体，在一定范围内均匀渗透。

在重力和压力作用下浸取剂溶液，在孔隙中扩散并挤出孔裂隙水。

同时电解质溶液中的阳离子将吸附在稀土矿物表面的稀土离子交换解析下来，扩散进入溶液，生成孔裂隙稀土浸取液。

新鲜浸取剂溶液挤出孔裂隙中的稀土浸取液，并与矿物中未发生交换作用的稀土离子发生交换，并产生新的稀土浸取液。

接着稀土浸取液流入集液沟，收集浸取液并进行浓缩和富集处理，最终制成市场上所需的稀土产品。

浸取剂溶液注完后，用水顶出稀土浸取液，并充分回收稀土母液，实现闭路循环系统。

余斌等进行了就地控速淋浸技术研究，方案研究表明就地浸出的实施既能为矿山带来显著的经济效益，同时将极大的提高矿产资源开发利用水平。

(5)柱浸工艺针对风化壳淋积型稀土矿池浸工艺的一些不足，卢盛良等将柱浸应用于稀土矿浸矿，开发风化壳淋积型稀土矿柱浸新工艺。

柱浸工艺有可浸性能好，浸取液固比小，浸取液稀土和硫酸铵浓度高，杂质浓度低，浸取剂耗量少，资源利用率高等优点。

与池浸工艺对比，柱浸技术的经济指标明显优于池浸，其浸取有效液体积比池浸小，稀土浸出率高，硫酸铵消耗少，且浸取拖尾大大缩短，因而缩短了浸取时间，降低了生产成本。

(6)磁化浸取工艺武汉．T程人学硕十学位论文邱廷省等研究了风化壳淋积型稀土矿磁场强化浸出工艺，采用磁处理装置，对稀土浸取过程中的水系包括药剂、浸取剂溶液以及矿浆进行磁化处理，以改变水系的物理化学性质(如表面张力、溶氧能力、渗透能力等)，从而达到强化浸取剂和反应产物的扩散，促进该类型稀土矿的浸取过程、提高浸出率的目的。

Klassen的研究结果表明，磁化后水分子结构及水的润湿性均发生了变化，矿物浸出过程中，溶解氧浓度增加有利于矿物的浸出。

另一方面，浸取剂及水磁化后浸取剂(NH4)2S04溶液中离子成份、粘度等可能发生了改变，矿物表面的成份及性质也可能发生变化，分散程度都有所增加，促进了浸取剂溶液在矿粒之间的渗透，强化了稀土离子和浸矿剂离子之间的交换反应。

1．2．2稀土原地浸矿的特点：原地浸矿法与传统采冶相比，有以下一些优点：(1)没有昂贵而繁重的井巷或剥离工程，没有打眼放炮、矿石与废石的运输和破碎工艺，唯一的井下工程是抽、注液等钻孔，故整个原地浸出法矿山基建投资少．建设周期短、生产效率高，经济效益好。

据国内外资料统计，基建投资省一半，建设周期缩短 1/2-1/3，全员劳动生产率高几倍到几十倍，产品成本低1/3-1/2 。

(2)环境保护条件好．基本不破坏农田和森林，无废石堆场和矿石仓，据国外测定资料，工业污染仅为传统开采数百分之一到千分之一。

(3)从根本上改善了生产工人的劳动和卫生条件，改变了矿山形象。

(4)能实现采矿工作的“工厂化”、“管道化”和全盘自动化。

(5)能充分利用矿产资源，如某些贫矿、水文地质复杂的强含水矿体．松散软弱矿体，用传统采矿法开采不经济．技术上不可能的情况下．原地浸矿法可顺利地进行回采。

原地浸出法也存在以下缺点：(1)适用条件苛刻，受地质、水文地质、矿石性质、地球化学和浸出位置等条件的限制性较大。

(2)如果矿层矿化不均匀，各部位的矿石胶结程度不一和渗透性能各异．或矿石部分有用组分难于浸出．或酸浸矿山部分矿石含钙量超过3～5％，则资源回收率降低；(3)原地浸矿受到地球化学规律制约因素较大，浸出强度调整幅度较小．不像传统方法可以通过增加矿块数目或采掘设备数量来调整产量；(4)原地浸出是一个科学技术含量十分高的方法，要求操作工人．管理人员和工程技术干部有较的素质和经过专门培训。

原地浸矿新工艺浸矿过程封闭于矿块内进行，基本上不破坏地形、地貌，无尾矿外排，其开挖及废弃土堆破坏植被面积仅为池浸工艺的6％一9％，且较易恢复，因而不存在池浸工艺所引起的水土流失及生态环境破坏等严重危害，以生产It氧化稀土计，可创环境经济效益3 300—3 800元，其环境效益、经济效益十分显著。