CN111088054A - 一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂及其淋洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂及其淋洗方法，涉及淋洗剂技术领域。本发明为一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂，包括有机酸、硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐，按重量份计包括有机酸3‑6份、硝酸盐15‑27.5份、硫酸盐13.5‑24份、盐酸盐8‑14份。本发明通过有机酸、复合金属盐的双重作用，实现高效率去除稀土矿中残留的铵盐，洗脱率高，进行淋洗时淋洗剂的使用量低，残留的铵盐洗脱率达到95%以上。

Description

一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂及其淋洗方法
技术领域
本发明涉及淋洗剂技术领域，具体涉及一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂及其淋洗方法。
背景技术
淋洗剂又称解吸剂，洗提剂，洗脱剂。柱色谱分离法中用于将待分离物质从色谱柱中解吸或洗脱出来的试剂。如将淋洗剂配成溶液，则称淋洗液。通过淋洗剂的使用能够实现净化土壤、矿物尾矿的目的。有些被重金属污染的土壤必须通过淋洗剂的处理才能够回复土壤的使用性，对于风化壳淋积型稀土矿，工业上通常采用堆浸或原地浸出工艺，直接注入硫酸铵或氯化铵溶液，通过离子交换将稀土离子交换于溶液中，得到稀土浸出液，再从稀土浸出液中提取稀土。稀土元素提取以后矿石中会残留很多铵盐，这些铵盐日积月累的缓释作用会污染矿区附近的水源，甚至污染附近的土壤，现有技术中的淋洗剂一般选用的淋洗剂为表面活性剂、无机淋洗剂、有机酸、复合淋洗剂，现有技术中的适用于去除矿物堆场中铵盐的淋洗剂，功能单一，洗脱率低，淋洗剂的使用量高，造成淋洗成本的增加。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂及其淋洗方法，洗脱率高，进行淋洗时淋洗剂的使用量低，残留的铵盐洗脱率达到95%以上。
本发明为一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂，包括有机酸、硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐，按重量份计包括有机酸3-6份、硝酸盐15-27.5份、硫酸盐13.5-24份、还包括盐酸盐8-14份。
其中，所述有机酸为草酸、柠檬酸中的一种或两种，例如可以为草酸。草酸、柠檬酸作为淋洗剂时起淋洗作用的是阳离子，即氢离子。草酸，即乙二酸，最简单的有机二元酸之一。结构简式HOOCCOOH。它一般是无色透明结晶，对人体有害，会使人体内的酸碱度失去平衡，影响儿童的发育，草酸在工业中有重要作用，草酸可以除锈。草酸遍布于自然界，常以草酸盐形式存在于植物如伏牛花、羊蹄草、酢浆草和酸模草的细胞膜，几乎所有的植物都含有草酸盐。从结构上讲柠檬酸是一种三羧酸类化合物，并因此而与其他羧酸有相似的物理和化学性质。加热至175 ℃时它会分解产生二氧化碳和水，剩余一些白色晶体。柠檬酸是一种较强的有机酸，有3个H+可以电离，柠檬酸可以提供丰富的H+。
所述硝酸盐为硝酸钠、硝酸铁、硝酸镁、硝酸钾中的一种或多种，例如所述硝酸盐可以为硝酸钠、硝酸铁混合的；所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸铁、硫酸镁、硫酸钾中的一种或多种，例如硫酸盐可以为硫酸铁。所述盐酸盐为氯化钠、氯化镁、氯化铁中的一种或多种，例如可以为氯化镁、氯化铁。
硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐通过离子交换使残留的铵盐能够洗脱流入淋洗液中，从而去除矿物中残留的铵盐。
一种基于前文所述的风化壳淋积型稀土矿淋洗剂的淋洗方法，包括以下步骤：将所述淋洗剂溶于水配置成淋洗溶液，淋洗溶液在配置时淋洗剂、水的质量比为2.0-3.5:100；以0.8-1.2mL/min的速度喷淋尾矿，淋洗溶液、尾矿的质量比为0.7-1.3:1；收集含有残留铵盐的淋洗液。
在淋洗的时候淋洗溶液喷淋风化壳淋积型稀土矿尾矿，首先草酸、柠檬酸中的氢离子有助于去除稀土矿表面吸附的铵盐，使得铵根离子能够溶解，随着淋洗溶液的不断喷淋进入淋洗液中；一部分与稀土矿发生离子交换的铵根离子通过添加的硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐进行离子交换，使得铵根离子被置换出来，然后汇入洗脱液中，被收集。使用多种金属盐混合作为洗脱剂，因为不同的金属离子的电负性存在差异，与铵盐进行离子交换的顺序也存在微弱的差异，会带来离子交换的先后顺序，这样能够保证铵盐的洗脱率的提高，同时降低淋洗剂的使用量。
风化壳淋积型稀土矿主要由黏土矿物组成，其为铝硅酸盐，是一种天然的无机离子交换剂，常见钾盐、钠盐、镁盐、铁盐等淋洗剂在风化壳淋积型稀土矿尾矿中进行的离子交换反应可表示为：
Figure RE-387020DEST_PATH_IMAGE002
式中：s代表固相；aq代表液相；M代表K+、Na+、Mg2+、Fe3+等阳离子。
利用钾盐、钠盐、镁盐和铁盐等复配淋洗风化壳淋积型稀土矿尾矿时，K+、Na+、Mg2 +、Fe3+等阳离子可协同置换黏土矿物吸附的可交换态铵，使得淋洗过程中脱铵反应更剧烈，脱铵效率大幅度提高。由于协同置换作用导致离子交换反应的剧烈发生，在淋洗液下迁过程中铵根的反吸附现象也得到极大的抑制。
草酸、柠檬酸等有机酸的加入，草酸根和柠檬酸根会与淋洗液中的铵结合，减少铵的反吸附现象，从而有效提高铵的洗脱率，羧酸根也能有效作用于矿粒表面促进矿体渗透性和铵根淋洗速率，从而有效缩短矿山淋洗脱铵的生产周期。
本发明通过有机酸、复合金属盐的双重作用，实现高效率去除稀土矿中残留的铵盐，洗脱率高，进行淋洗时淋洗剂的使用量低，残留的铵盐洗脱率达到95%以上。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。
实施例1
一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂，包括草酸、硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐，按重量份计包括有机酸3份、硝酸盐15份、硫酸盐13.5份、还包括盐酸盐8份。
所述硝酸盐为硝酸钠、硝酸铁按照质量比为1:1的比例混合的；硫酸盐为硫酸钠、硫酸铁按照质量比为1:2的比例混合的；盐酸盐为氯化钠。
使用本实施例中淋洗剂淋洗的模拟尾矿，150g模拟尾矿中残留铵盐（以N计）为280.02mg，则尾矿中矿样铵残留量为1.86 mg/g。
风化壳淋积型稀土矿淋洗剂的淋洗方法，包括以下步骤：将所述淋洗剂溶于水配置成淋洗溶液，淋洗溶液在配置时淋洗剂、水的质量比为2.0:100；以1mL/min的速度喷淋模拟尾矿，淋洗溶液、尾矿的质量比为0.7:1；收集含有残留铵盐的淋洗液。
收集淋洗液104.63 mL，纳氏比色法测得铵浓度2.51 mg/mL，总铵含量262.62mg，残留铵盐的洗脱率为93.79 %
实施例2
一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂，包括柠檬酸、硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐，按重量份计包括有机酸6份、硝酸盐27.5份、硫酸盐24份、还包括盐酸盐14份。
所述硝酸盐为硝酸镁；硫酸盐为硫酸铁；盐酸盐为氯化镁、氯化铁按照质量比为1:1的比例混合。
使用本实施例中淋洗剂淋洗的模拟尾矿，150g模拟尾矿中残留铵盐（以N计）为280.02mg，则尾矿中矿样铵残留量为1.86 mg/g。
风化壳淋积型稀土矿淋洗剂的淋洗方法，包括以下步骤：将所述淋洗剂溶于水配置成淋洗溶液，淋洗溶液在配置时淋洗剂、水的质量比为3.5:100；以0.8mL/min的速度喷淋模拟尾矿，淋洗溶液、尾矿的质量比为1.3:1；收集含有残留铵盐的淋洗液。
收集淋洗液195.66 mL，纳氏比色法测得铵浓度1.38 mg/mL，总铵含量270mg，残留铵盐的洗脱率为96.43 %
实施例3
一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂，包括柠檬酸、硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐，按重量份计包括有机酸5份、硝酸盐20份、硫酸盐20份、还包括盐酸盐1份。
所述硝酸盐为硝酸钾中；硫酸盐为硫酸镁；盐酸盐为氯化铁；
使用本实施例中淋洗剂淋洗的模拟尾矿，150g模拟尾矿中残留铵盐（以N计）为280.02mg，则尾矿中矿样铵残留量为1.86 mg/g。
风化壳淋积型稀土矿淋洗剂的淋洗方法，包括以下步骤：将所述淋洗剂溶于水配置成淋洗溶液，淋洗溶液在配置时淋洗剂、水的质量比为2.5:100；以1.2mL/min的速度喷淋模拟尾矿，淋洗溶液、尾矿的质量比为1:1；收集含有残留铵盐的淋洗液。
收集淋洗液144.92 mL，纳氏比色法测得铵浓度1.88 mg/mL，总铵含量272.45mg，残留铵盐的洗脱率为97.30 %
实施例4
一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂，包括草酸、硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐，按重量份计包括有机酸4.66份、硝酸盐21份、硫酸盐18.5份、还包括盐酸盐11.3份。
所述硝酸盐为硝酸铁；硫酸盐为硫酸钾；盐酸盐为氯化镁。
使用本实施例中的淋洗剂淋洗模拟尾矿，150g模拟尾矿中残留铵盐（以N计）为280.02mg，则尾矿中矿样铵残留量为1.86 mg/g。
风化壳淋积型稀土矿淋洗剂的淋洗方法，包括以下步骤：将所述淋洗剂溶于水配置成淋洗溶液，淋洗溶液在配置时淋洗剂、水的质量比为3:100；以1mL/min的速度喷淋模拟尾矿，淋洗溶液、尾矿的质量比为1.1:1；收集含有残留铵盐的淋洗液。
收集淋洗液147.1 mL，纳氏比色法测得铵浓度1.84 mg/mL，总铵含量270.664mg，残留铵盐的洗脱率为96.66 %。
草酸、柠檬酸中的氢离子有助于去除稀土矿表面吸附的铵盐，使得铵根离子能够溶解，随着淋洗溶液的不断喷淋进入淋洗液中；一部分与稀土矿发生离子交换的铵根离子通过添加的硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐进行离子交换，使得铵根离子被置换出来，然后汇入洗脱液中，被收集。使用多种金属盐混合作为洗脱剂，因为不同的金属离子的电负性存在差异，与铵盐进行离子交换的顺序也存在微弱的差异，会带来离子交换的先后顺序，这样能够保证铵盐的洗脱率的提高，同时降低淋洗剂的使用量。
本发明通过有机酸、复合金属盐的双重作用，实现高效率去除稀土矿中残留的铵盐，洗脱率高，进行淋洗时淋洗剂的使用量低，残留的铵盐洗脱率达到95%以上。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂，其特征在于，包括有机酸、硝酸盐、硫酸盐，按重量份计包括有机酸3-6份、硝酸盐15-27.5份、硫酸盐13.5-24份。
2.根据权利要求1所述的一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂，其特征在于，所述有机酸为草酸、柠檬酸中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂，其特征在于，所述硝酸盐为硝酸钠、硝酸铁、硝酸镁、硝酸钾中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂，其特征在于，所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸铁、硫酸镁、硫酸钾中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂，其特征在于，按重量份计还包括盐酸盐8-14份。
6.根据权利要求5所述的一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂，其特征在于，所述盐酸盐为氯化钠、氯化镁、氯化铁中的一种或多种。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂的淋洗方法，其特征在于，包括以下步骤将所述淋洗剂溶于水配置成淋洗溶液；以0.8-1.2mL/min的速度喷淋尾矿；收集含有残留铵盐的淋洗液。
8.根据权利要求7所述的一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂的淋洗方法，其特征在于，所述淋洗溶液在配置时淋洗剂、水的质量比为2.0-3.5:100。
9.根据权利要求8所述的一种风化壳淋积型稀土矿淋洗剂的淋洗方法，其特征在于，所述淋洗溶液、尾矿的质量比为0.7-1.3:1。
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