CN106645378A - 一种鉴别离子吸附型稀土矿风化程度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种鉴别离子吸附型稀土矿风化程度的方法。首创性提出了系统地、定量地鉴别不同风化程度离子吸附型稀土矿的方法，通过采用离子吸附型稀土矿的风化率、稀土在不同粒级的分布和稀土浸出液中Al3+浓度三个指标中的至少两个来定量表征风化程度，并且相互印证，能准确鉴定离子吸附型稀土矿的风化程度，区分风化矿层、半风化矿层和未风化矿层，进而能针对各风化层进行研究，准确反映离子吸附型稀土矿的浸出效果和规律。

Description

一种鉴别离子吸附型稀土矿风化程度的方法
技术领域
本发明属于离子吸附型稀土矿地球化学领域，具体涉及一种鉴别离子吸附型稀土矿不同风化程度的方法。
背景技术
离子吸附型稀土矿又称风化壳淋积型稀土矿，是一种新型外生稀土矿，系含稀土的花岗岩或火山岩经多年风化所形成的黏土矿物，其解离出的稀土离子以水合离子或羟基水合离子吸附在黏土矿物上。其主要分布在我国南方的江西、福建、湖南、广东、广西等省，具有储量丰富、放射性低、稀土配分齐全、富含稀土元素等特点，是我国特有的稀土矿产资源，也是世界上稀缺的矿种，它的开发和利用在世界上高科技工业中具有举足轻重的作用。
依据吸附在黏土矿物上的稀土离子在水中不溶解也不水解，但遵循离子交换规律的特点，可用化学法提取稀土。传统的开采方法主要是桶浸、池浸、堆浸、原地浸矿等。氯化钠桶浸工艺操作过程为：将剥离表土后采掘的矿石搬运至室内，经筛分后置于木桶内，用氯化钠溶液作为浸出剂浸析稀土，向所获得的浸出液中加入草酸以沉淀出稀土。硫酸铵池浸工艺：将剥离表土后采掘的矿石均匀填入浸出池内，池子的容积一般在十到二十立方米，用硫酸铵进行浸出，在池底收集浸出液，采用碳酸氢铵作为沉淀剂沉淀稀土。稀土矿堆浸工艺：是将稀土矿开采后筑堆，将浸矿剂自堆上部开始进行淋洗，于堆底部收集浸出液，稀土进入浸出液中。稀土矿原地浸矿工艺：是在不破坏矿体表面植被，不开挖表土和矿石的情况下，将浸矿剂硫酸铵溶液经浅井直接注入矿体，浸矿剂中阳离子将吸附在黏土矿物表面的稀土离子交换解吸下来，进入稀土母液，进而收集稀土母液回收稀土。其中，稀土矿原地浸矿工艺不存在搬山运动，少量破坏矿体上的植被，浸矿剂可渗入到风化矿层、半风化层、微风化层直到花岗岩基岩中，大大提高了稀土资源的利用率，而且降低了生产成本，是目前应用效果最好的离子型稀土矿回收工艺。
目前为止，离子吸附型稀土矿浸出工艺的研究主要集中在新型浸取药剂、选择性浸出工艺、浸出机理等方面，且上述研究均是在风化程度较好的全风层稀土矿上进行的。而现在广泛应用的原地浸出工艺，浸取剂将依次连续进入全风化层、半风化层、微风化层甚至到达基岩，与稀土离子进行交换。因此仅仅以全风层稀土矿为研究对象，而忽略了浸取剂、浸出工艺等对于不同风化程度稀土矿的浸出适应性，以及不同风化程度的风化层之间浸出过程的相互影响，并不能够全面反应该地区的稀土浸出效果和规律，造成了试验室工艺不能很好地指导工业实践。
造成上述问题的根本原因在于：离子吸附型稀土矿风化程度的鉴别没有系统明确的方法，长久以来，人们只是基于地质实践经验，主观定性地划分各风化层。如，从其颜色、矿物、硬度等方面去鉴定，全风化层的特点是原岩已基本成土状，失去原貌；半风化层的特点是原岩还能辩出；微风化层则与原岩差别不大。但是上述定性方法受主观因素和个人经验的影响较大，导致划分得到的结果并不能准确反映离子吸附型稀土矿的风化程度。因此，如何准确鉴别离子吸附型稀土矿风化程度是本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术不能准确鉴别离子吸附型稀土矿风化程度的缺陷，进而提供一种能准确、定量的鉴别离子吸附型稀土矿风化程度的方法。
本发明所提供的鉴别离子吸附型稀土矿风化程度的方法，包括如下步骤：
(1)从离子吸附型稀土矿中选取代表性矿样，按如下(I)-(III)中的任意两种指标进行定量分析，测知所述代表性矿样的风化程度分别为风化程度1和风化程度2：
(I)所述代表性矿样的风化率＞60％，则为风化矿；所述代表性矿样的风化率介于30～60％，则为半风化矿；所述代表性矿样的风化率＜30％，则为未风化矿；
(II)所述代表性矿样中粒度小于0.125mm部分中的稀土占比＞50wt％，则为风化矿；所述代表性矿样中粒度小于0.125mm部分中的稀土占比介于30wt％～50wt％，则为半风化矿；所述代表性矿样中粒度小于0.125mm部分中的稀土占比＜30wt％，则为未风化矿；
(III)所述代表性矿样的稀土浸出液中Al3+浓度＞0.1g/L，则为风化矿；所述代表性矿样的稀土浸出液中Al3+浓度介于0.05～0.1g/L，则为半风化矿；所述代表性矿样的稀土浸出液中Al3+浓度＜0.05g/L，则为未风化矿；
(2)若所述风化程度1和所述风化程度2一致，则所述代表性矿样的风化程度与所述风化程度1或所述风化程度2一致；
若所述风化程度1和所述风化程度2不一致，再从所述(I)-(III)中选择剩余的一种指标进行定量分析，测知所述代表性矿样的风化程度为风化程度3，从所述风化程度1、所述风化程度2和所述风化程度3中选择风化程度一致的两个指标作为所述代表性矿样的风化程度。
优选地，在进行所述定量分析之前，还包括对所述离子吸附型稀土矿进行主观定性划分，按其矿层深度划分为风化矿层、半风化矿层和未风化矿层的步骤。
优选地，步骤(1)中，所述风化率的测定方法，包括如下步骤：
研磨所述代表性矿样直至其粒径＜0.074mm，再经碱熔后测定全相中各稀土元素含量，计算得知全相稀土总量ω总全；
用第一浸取剂按液固比(1.5-2.5):1淋浸粒径＜0.074mm的所述代表性矿样，收集滤液，测定所述滤液中离子相中各稀土元素含量，计算离子相稀土总量ω总离，则所述风化率为W＝(ω总离/ω总全)×100％，其中所述第一浸取剂为质量体积比为1.5-2.5％的硫酸铵水溶液。
优选地，所述第一浸取剂的淋浸流速为0.5-1mL/min。
优选地，所述测定步骤是采用电子耦合等离子体质谱仪进行的。
所述碱熔步骤为将Na2CO3、K2CO3、Na2O2、NaOH和KOH中的至少一种与所述代表性矿样于600-800℃下融化为液体。
优选地，步骤(1)中，所述代表性矿样的稀土浸出液中Al3+浓度的测定方法，包括如下步骤：
用第二浸取剂按液固比(0.5-1):1淋浸粒径＜0.074mm的所述代表性矿样，收集滤液，测定所述滤液中Al3+浓度，其中所述第二浸取剂为质量体积比为0.5-5％的硫酸铵水溶液。
优选地，在所述第二浸取剂进行淋浸之前，调节所述第二浸取剂的pH值至2-9，优选为6-7；
所述第二浸取剂的淋浸流速为0.5-1mL/min。
优选地，用H2SO4或NH3·H2O调节所述第二浸取剂的pH值至2-9，优选为6-7。
优选地，测定所述滤液中Al3+浓度是通过EDTA反滴定法进行的。
优选地，所述代表性矿样是从离子吸附型稀土矿中选取的代表性原矿样，再通过四分法缩分取样得到的。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明实施例所提供的鉴别离子吸附型稀土矿风化程度的方法，首创性提出了系统地、定量地鉴别不同风化程度离子吸附型稀土矿的方法，通过采用离子吸附型稀土矿的风化率、稀土在不同粒级的分布和稀土浸出液中Al3+浓度三个指标中的至少两个来定量表征风化程度，并且相互印证，能准确鉴定离子吸附型稀土矿的风化程度，区分风化矿层、半风化矿层和未风化矿层，进而能针对各风化层进行研究，准确反映离子吸附型稀土矿的浸出效果和规律。
2)本发明实施例所提供的鉴别离子吸附型稀土矿风化程度的方法，在矿山选取代表性矿样、通过筛分分级后，限定液固比、第一浸取剂和淋浸流速，在该条件下全部浸出离子相中的稀土元素，准确反映该代表性矿样的风化率，提高了鉴别的准确率。
3)本发明实施例所提供的鉴别离子吸附型稀土矿风化程度的方法，在稀土矿山选取代表性矿样，并限定液固比、第二浸取剂和淋浸流速，在该条件下准确测出浸出液中的Al3+浓度，提高了鉴别的准确率。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供了一种鉴别离子吸附型稀土矿风化程度的方法，包括如下步骤：
(1)分别从同一离子吸附型稀土矿的风化壳剖面不同深度的A、B两个采样点采集代表性原矿样，并用四分法缩分出1kg代表性矿样，经真空干燥箱烘干后冷却至室温，再用四分法缩分出20g，用玛瑙研钵研磨至小于0.074mm后称取0.5g，与1.5g NaOH于750℃下碱熔为液体，经电子耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)检测全相中各稀土元素含量，计算得知全相稀土总量ω总全；
从上述烘干后的代表性矿样中缩分出300g，装入5×100cm的砂芯过滤玻璃柱，砂芯过滤玻璃柱上层垫两张中速滤纸，用质量体积比为2％的硫酸铵水溶液按液固比2:1、淋浸流速为0.6mL/min进行均匀淋浸，收集滤液，测定所述滤液中离子相中各稀土元素含量，计算离子相稀土总量ω总离，则所述风化率为W＝(ω总离/ω总全)×100％；
按如下标准判定风化程度：
风化率＞60％，则为风化矿；风化率介于30～60％，则为半风化矿；风化率＜30％，则为未风化矿；
经测定，A采样点的离子吸附型稀土矿的全相稀土总量ω总全为0.0421％，离子相稀土总量ω总离为0.0329％，则其风化率为78％，为风化矿；
B采样点的离子吸附型稀土矿的全相稀土总量ω总全为0.0231％，离子相稀土总量ω总离为0.0116％，则其风化率为50.17％，为半风化矿；
(2)从步骤(1)中烘干后的代表性矿样中缩分出1kg，用顶击式标准振筛机将离子吸附型稀土矿筛分成五个自然粒级，即＞0.6mm、0.6～0.212mm、0.212～0.125mm、0.125～0.09mm、＜0.09mm，并计算出粒径＜0.074mm的离子吸附型稀土矿的质量分数；
按如下标准判定风化程度：
粒度小于0.125mm部分中的稀土占比＞50wt％，则为风化矿；粒度小于0.125mm部分中的稀土占比介于30wt％～50wt％，则为半风化矿；粒度小于0.125mm部分中的稀土的占比＜30wt％，则为未风化矿；
经测定，A采样点的离子吸附型稀土矿中粒径＜0.074mm部分中的稀土占比63.72wt％，为风化矿；
B采样点的离子吸附型稀土矿中粒径＜0.074mm部分中的稀土占比47.12wt％，半风化矿；
(3)经步骤(1)的风化率鉴定和步骤(2)的粒度鉴定，A采样点的风化程度一致，B采样点的风化程度也一致，所以，A采样点的离子吸附型稀土矿为风化矿，B采样点的离子吸附型稀土矿为半风化矿。
实施例2
本实施例提供了一种鉴别离子吸附型稀土矿风化程度的方法，包括如下步骤：
(1)分别从同一离子吸附型稀土矿风化壳剖面不同深度的A、C两个采样点采集代表性原矿并用四分法缩分出1kg代表性矿样，经真空干燥箱烘干后冷却至室温，再用四分法缩分出20g，用玛瑙研钵研磨至小于0.074mm后称取0.5g，与1.5g NaOH于800℃下碱熔为液体，经电子耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)检测全相中各稀土元素含量，计算得知全相稀土总量ω总全；
从上述烘干后的代表性矿样中缩分出300g，装入5×100cm的砂芯过滤玻璃柱，砂芯过滤玻璃柱上层垫两张中速滤纸，用质量体积比为2％的硫酸铵水溶液按液固比2.5:1、淋浸流速为1mL/min进行均匀淋浸，收集滤液，测定所述滤液中离子相中各稀土元素含量，计算离子相稀土总量ω总离，则所述风化率为W＝(ω总离/ω总全)×100％；
按如下标准判定风化程度：
风化率＞60％，则为风化矿；风化率介于30～60％，则为半风化矿；风化率＜30％，则为未风化矿；
经测定，A采样点的离子吸附型稀土矿的全相稀土总量ω总全为0.0421％，离子相稀土总量ω总离为0.0329％，则其风化率为78％，为风化矿；
C采样点的离子吸附型稀土矿的全相稀土总量ω总全为0.0211％，离子相稀土总量ω总离为0.0014％，则其风化率为20.91％，为未风化矿；
(2)从步骤(1)中烘干后的代表性矿样中缩分出300g，用H2SO4或NH3·H2O调节硫酸铵水溶液的pH值为6，用质量体积比为2％的硫酸铵水溶液按液固比1:1、淋浸流速为0.8mL/min进行均匀淋浸，收集滤液，用EDTA反滴定法测定所述滤液中Al3+浓度；
按如下标准判定风化程度：
稀土浸出液中Al3+浓度＞0.1g/L，则为风化矿；稀土浸出液中Al3+浓度介于0.05～0.1g/L，则为半风化矿；稀土浸出液中Al3+浓度＜0.05g/L，则为未风化矿；
经测定，A采样点的离子吸附型稀土矿的稀土浸出液中Al3+浓度为0.175g/L，为风化矿；
C采样点的离子吸附型稀土矿的稀土浸出液中Al3+浓度为0.012g/L，为未风化矿；
(3)经步骤(1)的风化率鉴定和步骤(2)的稀土浸出液中Al3+浓度鉴定，A采样点的风化程度一致，C采样点的风化程度也一致，所以，A采样点的离子吸附型稀土矿为风化矿，C采样点的离子吸附型稀土矿为半风化矿。
实施例3
本实施例提供了一种鉴别离子吸附型稀土矿风化程度的方法，包括如下步骤：
(1)分别从同一离子吸附型稀土矿风化壳剖面不同深度的B、D、E三个采样点采集代表性原矿并用四分法缩分出1kg代表性矿样，经真空干燥箱烘干后冷却至室温，再用四分法缩分出20g，用玛瑙研钵研磨至小于0.074mm后称取0.5g，与1.5g NaOH于600℃下碱熔为液体，经电子耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)检测全相中各稀土元素含量，计算得知全相稀土总量ω总全；
从上述烘干后的代表性矿样中缩分出300g，装入5×100cm的砂芯过滤玻璃柱，砂芯过滤玻璃柱上层垫两张中速滤纸，用质量体积比为2％的硫酸铵水溶液按液固比1.5:1、淋浸流速为0.9mL/min进行均匀淋浸，收集滤液，测定所述滤液中离子相中各稀土元素含量，计算离子相稀土总量ω总离，则所述风化率为W＝(ω总离/ω总全)×100％；
按如下标准判定风化程度：
风化率＞60％，则为风化矿；风化率介于30～60％，则为半风化矿；风化率＜30％，则为未风化矿；
经测定，B采样点的离子吸附型稀土矿的全相稀土总量ω总全为0.0231％，离子相稀土总量ω总离为0.0116％，则其风化率为50.17％，为半风化矿；
D采样点的离子吸附型稀土矿的全相稀土总量ω总全为0.0386％，离子相稀土总量ω总离为0.0251％，则其风化率为65％，为风化矿；
E采样点的离子吸附型稀土矿的全相稀土总量ω总全为0.0452％，离子相稀土总量ω总离为0.0261％，则其风化率为58％，为半风化矿；
(2)从步骤(1)中烘干后的代表性矿样中缩分出1kg，用顶击式标准振筛机将离子吸附型稀土矿筛分成五个自然粒级，即＞0.6mm、0.6～0.212mm、0.212～0.125mm、0.125～0.09mm、＜0.09mm，并计算出粒径＜0.074mm的离子吸附型稀土矿的质量分数；
按如下标准判定风化程度：
粒度小于0.125mm部分中的稀土占比＞50wt％，则为风化矿；粒度小于0.125mm部分中的稀土占比介于30wt％～50wt％，则为半风化矿；粒度小于0.125mm部分中的稀土占比＜30wt％，则为未风化矿；
经测定，B采样点的离子吸附型稀土矿中粒径＜0.074mm部分中的稀土占比47.12wt％，半风化矿；
D采样点的离子吸附型稀土矿中粒径＜0.074mm部分中的稀土占比55.34wt％，为风化矿；
E采样点的离子吸附型稀土矿中粒径＜0.074mm部分中的稀土占比28wt％，为未风化矿；
(3)从步骤(1)中烘干后的代表性矿样中缩分出300g，用H2SO4或NH3·H2O调节硫酸铵水溶液的pH值为7，用质量体积比为2％的硫酸铵水溶液按液固比0.5:1、淋浸流速为0.7mL/min进行均匀淋浸，收集滤液，用EDTA反滴定法测定所述滤液中Al3+浓度；
按如下标准判定风化程度：
稀土浸出液中Al3+浓度＞0.1g/L，则为风化矿；稀土浸出液中Al3+浓度介于0.05～0.1g/L，则为半风化矿；稀土浸出液中Al3+浓度＜0.05g/L，则为未风化矿；
经测定，B采样点的离子吸附型稀土矿的稀土浸出液中Al3+浓度为0.072g/L，为半风化矿；
D采样点的离子吸附型稀土矿的稀土浸出液中Al3+浓度为0.07g/l，为半风化矿；
E采样点的离子吸附型稀土矿的稀土浸出液中Al3+浓度为0.08g/l，为半风化矿；
(4)经步骤(1)的风化率鉴定、步骤(2)的粒度鉴定和步骤(3)的稀土浸出液中Al3+浓度鉴定，B采样点的风化程度一致，通过步骤(1)的风化率鉴定和步骤(2)的粒度鉴定的D采样点的风化程度一致，通过步骤(1)的风化率鉴定和步骤(3)的稀土浸出液中Al3+浓度鉴定的E采样点的风化程度一致，所以，B采样点的离子吸附型稀土矿为半风化矿，D采样点的离子吸附型稀土矿为风化矿，E采样点的离子吸附型稀土矿为半风化矿。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种鉴别离子吸附型稀土矿风化程度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)从离子吸附型稀土矿中选取代表性矿样，按如下(I)-(III)中的任意两种指标进行定量分析，测知所述代表性矿样的风化程度分别为风化程度1和风化程度2：
(I)所述代表性矿样的风化率＞60％，则为风化矿；所述代表性矿样的风化率介于30～60％，则为半风化矿；所述代表性矿样的风化率＜30％，则为未风化矿；
(II)所述代表性矿样中粒度小于0.125mm部分中的稀土占比＞50wt％，则为风化矿；所述代表性矿样中粒度小于0.125mm部分中的稀土占比介于30wt％～50wt％，则为半风化矿；所述代表性矿样中粒度小于0.125mm部分中的稀土占比＜30wt％，则为未风化矿；
(III)所述代表性矿样的稀土浸出液中Al3+浓度＞0.1g/L，则为风化矿；所述代表性矿样的稀土浸出液中Al3+浓度介于0.05～0.1g/L，则为半风化矿；所述代表性矿样的稀土浸出液中Al3+浓度＜0.05g/L，则为未风化矿；
(2)若所述风化程度1和所述风化程度2一致，则所述代表性矿样的风化程度与所述风化程度1或所述风化程度2一致；
若所述风化程度1和所述风化程度2不一致，再从所述(I)-(III)中选择剩余的一种指标进行定量分析，测知所述代表性矿样的风化程度为风化程度3，从所述风化程度1、所述风化程度2和所述风化程度3中选择风化程度一致的两个指标作为所述代表性矿样的风化程度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述定量分析之前，还包括对所述离子吸附型稀土矿进行主观定性划分，按其矿层深度划分为风化矿层、半风化矿层和未风化矿层的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述风化率的测定方法，包括如下步骤：
研磨所述代表性矿样直至其粒径＜0.074mm，再经碱熔后测定全相中各稀土元素含量，计算得知全相稀土总量ω总全；
用第一浸取剂按液固比(1.5-2.5):1淋浸粒径＜0.074mm的所述代表性矿样，收集滤液，测定所述滤液中离子相中各稀土元素含量，计算离子相稀土总量ω总离，则所述风化率为W＝(ω总离/ω总全)×100％，其中所述第一浸取剂为质量体积比为1.5-2.5％的硫酸铵水溶液。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一浸取剂的淋浸流速为0.5-1mL/min。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述测定步骤是采用电子耦合等离子体质谱仪进行的；
所述碱熔步骤为将Na2CO3、K2CO3、Na2O2、NaOH和KOH中的至少一种与所述代表性矿样于600-800℃下融化为液体。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述代表性矿样的稀土浸出液中Al3+浓度的测定方法，包括如下步骤：
用第二浸取剂按液固比(0.5-1):1淋浸粒径＜0.074mm的所述代表性矿样，收集滤液，测定所述滤液中Al3+浓度，其中所述第二浸取剂为质量体积比为0.5-5％的硫酸铵水溶液。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述第二浸取剂进行淋浸之前，调节所述第二浸取剂的pH值至2-9；
所述第二浸取剂的淋浸流速为0.5-1mL/min。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，用H2SO4或NH3·H2O调节所述第二浸取剂的pH值至2-9。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其特征在于，测定所述滤液中Al3+浓度是通过EDTA反滴定法进行的。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述代表性矿样是从离子吸附型稀土矿中选取的代表性原矿样，再通过四分法缩分取样得到的。
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