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我国稀土资源冶炼分离技术研究进展

发布日期:2020-09-08  来源:矿产保护与利用  作者:胡轶文  浏览次数:291
        稀土元素是 17 种元素的总称,包括元素周期表 IIIB 族中原子序数 57 ~ 71 的 15 种系元素以及原子序数为 2139 的,通常用 RE 表示[1]。稀土作为类重要的属原料与其他金属相比,具有独特的光学、学和磁性性质,在许多高科技应用和绿色科技产品中发挥着重要的作用,例如,永磁体、风力涡轮机、电动汽车、氢电池、激光和荧光灯。因此,稀土元素被称为“工业维生素”[2]。2018 年底已探明世界稀土资源储量达 1. 2 亿 t,其中我国稀土储量占全球总储量 36. 67% ,约为4 400万t,为世界第一稀土资源大国。不仅如此,我国还是稀土资源产量最大的国家,2018 年全球稀土产量 17 万 t其中我国就占 12 万 t[3]。我国稀土资源主要来源于南方七省风化壳淋积型稀土矿床、四川冕宁单一氟碳矿矿床和内蒙古白云鄂博、稀土、多金属混合稀土矿床[4]。针对混合型矿、单一氟碳铈矿、离子型矿( 南方风化型稀土矿) 等三类稀土资源的特点,科研院所研发了相应的选冶和分离提取工艺,并建立了完整的土工业生产链,显著提升了我国在世界稀土工业领域的地位。

我国稀土资源不仅产量大,而且轻、中、重稀土元素品种齐全,通常多种稀土元素共生于矿物中。由稀土元素( 镧系元素) 电子结构相近,化学性质极其相似,使其冶炼分离比较困难[2]。为了合理有效地开发利用我国稀土资源,其冶炼技术和分离提纯工艺显得尤为重要,本文主要综述了我国不同类型稀土资源的冶炼和分离提纯技术研究现状及进展,在综合对比分析各种分离提纯方法利弊的基础上,提出了稀土分提纯的新方法—萃取沉淀法,并针对稀土资源的综合利用提出了相关建议。

( 1) 氟碳铈 - 独居石混合型稀土矿、单一氟碳铈矿和风化型稀土矿是我国稀土工业应用的三种矿物类型。目前工业上采用硫酸焙烧法和烧碱分解法冶炼混合型稀土矿,混合精矿既可以采用硫酸焙烧—水浸后经 P507 和 P204 萃取转型分离( 碳酸氢铵沉淀—盐溶解) ,又可以采用烧碱分解—盐酸优溶后经溶剂萃取分组,最终两种冶炼方法都可以得到氯化稀土溶液; 冶单一氟碳铈矿的主流工艺是采用氧化焙烧 - 硫酸浸出法—溶剂萃取法( 硫酸钠盐法、碳酸钠盐法) 萃取分离四价铈和稀土( III) ; 风化型稀土矿通常采用硫酸铵原地浸出—碳酸氢铵沉淀法提取稀土。

( 2) 化学沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法、色层萃取法和液膜分离法等现代稀土分离提纯工艺已经开展工业应用许多年,针对不同状态稀土采用特定的工艺有很好的分离提纯效果。其中由于化学沉淀法和溶剂萃取法具有广泛适用性,成为工业应用中最主流的两种工艺。

( 3) 溶剂萃取法是目前稀土元素分离与提纯的主流技术,具有选择性强、处理量大、可连续作业、产品纯度高、工艺简单等优点。如今开发绿色、高效的新萃剂以及优化工艺体系也是研究的一大热点,离子液体萃取体系有很大的应用前景。

( 4) 萃取沉淀法是近几年新提出的分离提纯艺,具有化学沉淀法和溶剂萃取法的部分优势,无需挥发性有机溶剂做稀释剂,可定量萃取金属离子形成萃合物沉淀,可反萃循环使用。

( 5) 随着“绿色化学”理念的提出,未来冶炼分离稀土元素新技术的开发与利用,既要合成无毒或轻的萃取剂; 又要与其他分离方法( 离子交换法、萃取色层法、沉淀法等) 相结合,建立新的萃取体系,提高萃取效率和分离效率,实现绿色、高效、低成本的分离提纯稀土资源。

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