CN107190144A - 离子型稀土原地浸矿硫酸铵用量的计算方法 - Google Patents
离子型稀土原地浸矿硫酸铵用量的计算方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及离子型稀土原地浸矿硫酸铵用量的计算方法，适用于原地浸矿浸取剂溶液用量的参数设计。本发明包括第一步，杯浸试验；第二步，计算矿体化学平衡常数K和反应物的摩尔比n；第三步，计算硫酸铵最小理论单耗；第四步，计算用于维持反应浓度的硫酸铵用量；第五步，计算硫酸铵最大理论单耗。本发明综合考虑各种情况，以化学平衡常数为出发点，考虑现场实际情况，提出了硫酸铵单耗的最小值和最大值的计算方法，为合理确定浸取剂硫酸铵的用量提供了理论基础。应用本发明确定的浸取剂硫酸铵用量科学合理，与实际得到的稀土浸取率误差仅在5％以内。
Description
技术领域
本发明涉及离子型稀土原地浸矿硫酸铵用量的计算方法，适用于原地浸矿浸取剂溶液用量的参数设计。
背景技术
原地浸矿工艺具有资源回收率高、绿色、环保、适应性强等优点，对于成矿面积非常大和单位面积内资源量非常小的离子型稀土资源，原地浸矿工艺具有难以被其它工艺完全替代的优势，已成为国家大力推广应用的离子型稀土矿开采工艺。原地浸矿工艺是在稀土矿区内按照一定的孔网参数布置注液孔，通过注液孔向矿体内注入浸取剂溶液，使其与稀土离子发生交换反应，再通过注液孔注入上清液，稀土离子进入上清液中形成稀土母液，稀土母液从收液工程流出，用沉淀剂沉淀母液中的稀土，实现资源回收。
显然浸取剂的用量对原地浸矿的资源回收率具有重要的影响，主要包括两方面。一方面，浸取剂用量过小，在矿土中的浸取剂含量就较低，不能与矿土中的稀土离子发生充分反应，矿土中剩余大量可以被交换出来的稀土离子，降低了资源的回收率。另一方面，浸取剂用量过大，既浪费了生产原料，增加了生产成本，也会造成更多的氨氮等废水在矿土中的残留，破坏生态环境。
原地浸矿过程是一个浸矿剂迁移进入矿体、离子交换和稀土离子迁移流出地表的过程。目前的研究表明，原地浸矿过程中浸取剂主要分为两部分，一部分为浸取剂中阳离子与矿体中的稀土离子发生置换反应，这部分消耗的硫酸铵与浸出的稀土离子氧化物的质量比，称之为最小理论单耗；另一部分为在矿土中浸取剂与稀土离子发生置换反应时提供一定的浸取剂阳离子浓度环境，该部分的浸取剂，可以通过工程，对母液进行处理后返回至配液池重新使用，称为维持反应浓度的硫酸铵用量，这两部分硫酸铵用量之和，称之为硫酸铵最大理论单耗。
原地浸矿的离子交换过程是可逆反应，将具体某一地方的离子型稀土矿土作为一个整体，得到浸取剂(用铵盐表示)与稀土离子的反应方程式：
关系式(1)中：B·RE(ads)为吸附态的稀土离子化合物；为溶液中的铵根离子；NH4(ads)为吸附态的铵根离子；为溶液中的稀土离子；n为反应物的摩尔比。
化学平衡常数:
关系式(2)中：K为化学平衡常数；为溶液中游离的稀土离子摩尔浓度，单位：mol/L；为溶液中铵根离子摩尔浓度，单位：mol/L；为吸附态的稀土离子摩尔浓度，单位：mol/L；为吸附态的铵根离子摩尔浓度，单位：mol/L。
可以通过关系式(2)的化学平衡常数，计算具体某一种离子型稀土原地浸矿过程中的硫酸铵的用量。
在推广原地浸矿工艺的十余年中，工程技术人员根据他们的工作经验总结了一些关于硫酸铵用量的规律：一般原地浸矿的硫酸铵单耗为3—15t/t。在实际的注液过程中硫酸铵的用量更多的依赖技术人员的经验，缺少相应的理论依据。因此从理论上建立一套科学合理的计算硫酸铵用量的方法，既可以克服经验主义的缺陷，也能够为工程的标准化提供可靠的依据，对现实生产具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种离子型稀土原地浸矿硫酸铵用量的计算方法。
本发明的技术方案：一种离子型稀土原地浸矿硫酸铵用量的计算方法，包括以下步骤：
第一步，杯浸试验；
测试稀土原矿品位α，取稀土原矿置于反应器皿中，按固液质量比1:3加入硫酸铵溶液，在温度20℃时，反应24小时，测试浸出液中稀土离子摩尔浓度和铵根离子摩尔浓度；
第二步，计算矿体化学平衡常数K和反应物的摩尔比n；
根据第一步杯浸试验结果，对关系式(2)，即进行公式转化后取对数，得到关系式(3)，对关系式(3)进行线性拟合，得到化学平衡常数K和反应物的摩尔比n，
第三步，计算硫酸铵最小理论单耗；
根据关系式(1)，即得到铵根离子与稀土离子浓度之间的关系(4)，对关系式(4)进行公式和单位转化，得到关系式(5),采用关系式(5)计算硫酸铵最小理论单耗，
关系式(4)中：ε为浸取率，单位：％；
关系式(5)中：为硫酸铵最小理论单耗，单位：t/t，为硫酸铵相对分子量；为稀土氧化物相对分子量；
第四步，计算用于维持反应浓度的硫酸铵用量；
根据关系式(2)，用含有原矿品位对应的稀土离子摩尔浓度和稀土离子浸取率ε的表达式分别代替溶液中稀土离子摩尔浓度吸附态的铵根离子摩尔浓度和吸附态的稀土离子摩尔浓度可得关系式(6)，对关系式(6)进行公式和单位转化，可以得到维持反应浓度的硫酸铵用量的关系式(7)，
关系式(7)中：为维持反应浓度的硫酸铵用量，单位：t/t；
第五步，计算硫酸铵最大理论单耗；
硫酸铵最大理论单耗为：最小理论单耗和维持反应浓度的硫酸铵用量之和，由关系式(5)和关系式(7)相加可得关系式(8)，
关系式(8)中：为硫酸铵最大理论单耗，单位：t/t。
所述的杯浸试验是取八份稀土原矿，每份10g置于八个反应器皿中，分别加入质量浓度为0.05％，0.1％，0.2％，0.3％，0.4％，0.5％，1％，2％的硫酸铵溶液进行测试。
本发明综合考虑各种情况，以化学平衡常数为出发点，考虑现场实际情况，提出了硫酸铵单耗的最小值和最大值的计算方法，为合理确定浸取剂硫酸铵的用量提供了理论基础。应用本发明确定的浸取剂硫酸铵用量科学合理，与实际得到的稀土浸取率误差仅在5％以内。
具体实施方式
本发明在赣南某稀土矿区进行不公开实验，从现场采取不同地点的矿样，进行混合，制备成具有代表性的离子型稀土矿样。对该矿样进行杯浸试验取得关键参数，并以计算之后的结果为试验条件进行柱浸试验，验证计算结果的可靠性。具体实施步骤如下：
第一步：杯浸试验
测试得到稀土原矿品位为0.819‰。取八份每份10g的稀土原矿置于八个反应器皿中，按固液质量比1:3，加入质量浓度为0.05％，0.1％，0.2％，0.3％，0.4％，0.5％，1％，2％的硫酸铵溶液，在20℃时，反应24小时。测试浸出液中稀土离子摩尔浓度和铵根离子摩尔浓度。
第二步：计算矿体化学平衡常数K和反应物的摩尔比n，
根据关系式(3)，拟合杯浸试验结果，得到化学平衡常数K为0.09517，反应物的摩尔比n为1.8457，相关系数R2为0.9983。
第三步：计算硫酸铵最小理论单耗
根据杯浸试验线性拟合结果：n＝1.8457，硫酸铵的相对分子量为132，稀土氧化物的相对分子量为300，代入关系式(5)，可以得到用稀土浸取率ε表示的最小理论单耗为0.812ε。
第四步：计算用于维持反应浓度的硫酸铵用量
根据杯浸试验线性拟合结果：n＝1.8457，K＝0.09517，硫酸铵的相对分子量为132，稀土氧化物的相对分子量为300，代入关系式(7)，可以得到用稀土浸取率ε表示的维持反应浓度的硫酸铵用量为
第五步：计算硫酸铵最大理论单耗
根据杯浸试验线性拟合结果：n＝1.8457，K＝0.09517，硫酸铵的相对分子量为132，稀土氧化物的相对分子量为300，代入关系式(8)，可以得到用稀土浸取率ε表示的硫酸铵最大理论单耗为
实验效果：
本发明对赣南的矿样进行柱浸试验，试验分A、B、C三组进行，注液方式按固液比2:1，先注质量浓度2％的硫酸铵溶液(硫酸铵质量76.46g)，再注顶水，其他具体参数和试验结果见表1。按计算公式，对赣南这种矿物，n＝1.8457，K＝0.09517，原矿品位0.819‰，当稀土浸取率为90％时，①计算得到最小理论单耗为0.731t/t，与实际最小单耗平均值0.754t/t相比，误差为3.0％；②采用计算硫酸铵最大理论单耗为9.34t/t为柱浸过程中硫酸铵的用量，实际柱浸时浸取率平均值为90.86％，与假定浸取率90％相比，误差为0.96％。说明本发明的计算方法与实际情况接近，具有较高的实用价值。
表1
Claims (2)
1.一种离子型稀土原地浸矿硫酸铵用量的计算方法，其特征是：包括以下步骤：
第一步，杯浸试验；
测试稀土原矿品位α，取稀土原矿置于反应器皿中，按固液质量比1:3加入硫酸铵溶液，在温度20℃时，反应24小时，测试浸出液中稀土离子摩尔浓度和铵根离子摩尔浓度；
第二步，计算矿体化学平衡常数K和反应物的摩尔比n；
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根据第一步杯浸试验结果，对关系式(2)，即进行公式转化后取对数，得到关系式(3)，对关系式(3)进行线性拟合，得到化学平衡常数K和反应物的摩尔比n，
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第三步，计算硫酸铵最小理论单耗；
根据关系式(1)，即得到铵根离子与稀土离子浓度之间的关系(4)，对关系式(4)进行公式和单位转化，得到关系式(5),采用关系式(5)计算硫酸铵最小理论单耗，
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关系式(5)中：为硫酸铵最小理论单耗，单位：t/t，为硫酸铵相对分子量；为稀土氧化物相对分子量；
第四步，计算用于维持反应浓度的硫酸铵用量；
根据关系式(2)，用含有原矿品位对应的稀土离子摩尔浓度和稀土离子浸取率ε的表达式分别代替溶液中稀土离子摩尔浓度吸附态的铵根离子摩尔浓度和吸附态的稀土离子摩尔浓度可得关系式(6)，对关系式(6)进行公式和单位转化，可以得到维持反应浓度的硫酸铵用量的关系式(7)，
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关系式(7)中：为维持反应浓度的硫酸铵用量，单位：t/t；
第五步，计算硫酸铵最大理论单耗；
硫酸铵最大理论单耗为：最小理论单耗和维持反应浓度的硫酸铵用量之和，由关系式(5)和关系式(7)相加可得关系式(8)，
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关系式(8)中：为硫酸铵最大理论单耗，单位：t/t。
2.根据权利要求1所述的一种离子型稀土原地浸矿硫酸铵用量的计算方法，其特征是：所述的杯浸试验是取八份稀土原矿，每份10g置于八个反应器皿中，分别加入质量浓度为0.05％，0.1％，0.2％，0.3％，0.4％，0.5％，1％，2％的硫酸铵溶液进行测试。
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