CN111498879A - 一种由风化壳淋积型稀土矿浸出液的除杂废渣直接制备偏铝酸钠的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及离子型稀土矿废渣回收技术领域，具体是一种由风化壳淋积型稀土矿浸出液的除杂废渣直接制备偏铝酸钠的方法，包括以下步骤：S1.将所述除杂废渣与氢氧化钠溶液混合，经搅拌反应和过滤处理，得到滤液Ⅰ和含稀土的滤渣Ⅰ；S2.向所述滤液Ⅰ中加入活性炭，经沉降和过滤处理，得到滤液Ⅱ和滤渣Ⅱ；S3.向所述滤液Ⅱ中加入三乙醇胺，得到偏铝酸钠溶液；S4.将所述偏铝酸钠溶液蒸干，得到所述偏铝酸钠；本发明的方法工艺简单，有效分离了除杂废渣中的稀土和铝，避免了稀土回收过程中铝处理难的问题，不仅能够在加入少量氢氧化钠的条件下高效回收铝资源，并且制备出纯度较高的偏铝酸钠产品；还能够有效富集除杂废渣中的稀土，缩减了回收稀土的成本。
Description
技术领域
本发明涉及离子型稀土矿废渣回收技术领域，具体是一种由风化壳淋积型稀土矿浸出液的除杂废渣直接制备偏铝酸钠的方法。
背景技术
风化壳淋积型稀土矿(又称南方离子型稀土矿)主要是通过水合或羟基水合的稀土离子吸附在黏土矿物上形成。其中，黏土矿物是指花岗岩和火山岩等原岩在温暖湿润的气候环境下，经生物、物理和化学作用，风化形成的埃洛石、伊利石、高岭石和蒙脱石等；而稀土离子则是由稀土矿物在相同条件下风化形成。该矿是一种新型外生稀土矿物，广泛分布于我国南方的江西、福建、湖南、广东、广西、云南和浙江七个省份，其具有分布广、矿点多、规模小，原矿放射性低和稀土配分齐全等特性，且富含中重稀土元素(储量占世界的80％以上)，是我国宝贵的战略矿产资源。
目前，对于风化壳淋积型稀土矿的开采，通常采用堆浸工艺和原地浸出工艺，具体为：用硫酸铵或氯化铵作为浸矿剂将稀土通过离子交换浸出到溶液中，再通过草酸或碳酸氢铵沉淀回收稀土。而收集的稀土浸出液中杂质含量往往较高，其中铝、铁等杂质的含量可达250mg/L。在这样的条件下，若未经除杂就直接用草酸沉淀，这些杂质离子将与稀土离子生成可溶性配合物，不仅使草酸用量明显增加，还使稀土沉淀收率大大下降；若直接用碳酸氢铵沉淀，则会与稀土离子生成共沉淀物，降低稀土产品质量，且对操作有较大的负面影响。因此，在沉淀稀土之前，通常会用碳酸氢铵在pH＝5.4～5.8时对稀土浸出液进行除杂，使铝、铁基本完全沉淀，硅和钙部分沉淀，在此除杂过程中，会有约3～8％的稀土形成氢氧化物沉淀进入除杂废渣，造成稀土的损失。同时，经过粗略计算可知，一般稀土年开采量达1000t的矿山，将产生500t～1500t的除杂废渣，其中约含30t～80t的稀土和100t～750t的铝，不仅导致了大量稀土资源和铝资源的损失，还对环境造成了污染。
因此，我们亟需一种能够对风化壳淋积型稀土矿浸出液的除杂废渣中稀土和铝资源进行回收和转化的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种由风化壳淋积型稀土矿浸出液的除杂废渣直接制备偏铝酸钠的方法，以至少达到对除杂废渣中的稀土和铝资源进行回收和转化的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种由风化壳淋积型稀土矿浸出液的除杂废渣直接制备偏铝酸钠的方法，包括以下步骤：
S1.将所述除杂废渣与氢氧化钠溶液混合，经搅拌反应和过滤处理，得到滤液Ⅰ和含稀土的滤渣Ⅰ，若所述滤渣Ⅰ中的稀土含量较高，可对其进行酸溶处理，以回收其中的稀土；
S2.向所述滤液Ⅰ中加入活性炭，经沉降和过滤处理，得到滤液Ⅱ和滤渣Ⅱ；
S3.向所述滤液Ⅱ中加入三乙醇胺，得到偏铝酸钠溶液；
S4.将所述偏铝酸钠溶液蒸干，得到所述偏铝酸钠。
通过上述技术方案，能够直接将所述除杂废渣与氢氧化钠溶液混合以制备偏铝酸钠，而无需分步对所述除杂废渣进行处理，简化了制备工艺，并且能够在添加少量氢氧化钠的条件下，得到纯度较高的偏铝酸钠产品，同时还能够有效富集所述除杂废渣中的稀土，最终达到了高效回收铝资源和缩减回收稀土资源成本的效果。
其中，通过添加所述活性炭，利用其自身所具有的较大的比表面积和发达的孔隙结构等特性，达到了吸附有机物、细微颗粒和色素等杂质的效果；通过添加所述三乙醇胺，将其作为稳定剂，达到了保证所述偏铝酸钠溶液的稳定性的效果。
进一步的，S1中，所述除杂废渣为沉淀稀土之前，用碱性物质在pH＝5.0～5.8时对所述浸出液进行除杂得到的沉淀物。
进一步的，所述碱性物质包括碳酸氢铵和碳酸氢镁中的至少一种。
进一步的，按重量百分比计，所述除杂废渣中含有30％～50％的氧化铝和2％～5％的稀土。
进一步的，S1中，所述氢氧化钠溶液的质量分数为25％～45％。
其中，当所述氢氧化钠的溶液浓度过低时，有效物质的含量较少，会降低生产效率以及提高后续处理成本；当所述氢氧化钠的溶液浓度过高时，液体粘度大，为实际生产操作带来困难。因此，通过上述技术方案，对所述氢氧化钠溶液的浓度进行限定，达到了提高生产效率、降低后续处理成本和实际生产操作难度的效果。
进一步的，S1中，所述氢氧化钠溶液中钠原子与除杂废渣中铝原子的摩尔比为1.05～1.50:1。
通过上述技术方案，对钠原子和铝原子的摩尔比进行限定，达到了保证反应充分进行的效果。
进一步的，S1中，所述搅拌反应的温度为80℃～150℃，时间为2～6h。
通过上述技术方案，对所述搅拌反应的温度进行限定，达到了在保证反应速度的条件下，降低能耗的效果。
进一步的，S2中，所述活性炭的质量占所述滤液Ⅰ质量的3％～5％。
通过上述技术方案，对所述活性炭的含量进行限定，达到了在保证吸附效果的条件下，节省成本的效果。
进一步的，S2中，所述沉降的时间为0.5～3h。
进一步的，S3中，所述三乙醇胺的质量占所述滤液Ⅱ质量的0.1％～1％。
通过上述技术方案，对所述三乙醇胺的含量进行限定，达到了在保证所述偏铝酸钠溶液稳定性的条件下，节省成本的效果。
本发明的有益效果是：
1.本发明的一种由风化壳淋积型稀土矿浸出液的除杂废渣直接制备偏铝酸钠的方法，能够直接将所述除杂废渣与氢氧化钠溶液混合以制备偏铝酸钠，而无需分步对所述除杂废渣进行处理，达到了简化制备工艺的效果。
2.本发明的一种由风化壳淋积型稀土矿浸出液的除杂废渣直接制备偏铝酸钠的方法，能够在添加少量氢氧化钠的条件下，得到纯度较高的偏铝酸钠产品，同时还能够有效富集所述除杂废渣中的稀土，最终达到了高效回收铝资源和缩减回收稀土成本资源的效果。
附图说明
图1为本发明的一种由风化壳淋积型稀土矿浸出液的除杂废渣直接制备偏铝酸钠的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
一种由风化壳淋积型稀土矿浸出液的除杂废渣直接制备偏铝酸钠的方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1.将500g除杂废渣与487mL质量分数为35％的氢氧化钠溶液混合(氢氧化钠溶液中钠原子与除杂废渣中铝原子的摩尔比为1.50:1)，在80℃的条件下搅拌反应2h后过滤，得到滤液Ⅰ和含稀土的滤渣Ⅰ，若滤渣Ⅰ中的稀土含量较高，可对其进行酸溶处理，以回收其中的稀土；
其中，除杂废渣为沉淀稀土之前，用碱性物质在pH＝5.4时对浸出液进行除杂得到的沉淀物，按重量百分比计，其含有40.1％的铝和2.2％的稀土；
S2.向滤液Ⅰ中加入23g活性炭(活性炭的质量占滤液Ⅰ质量的3％)，沉降0.5h后过滤，得到滤液Ⅱ和滤渣Ⅱ；
S3.向滤液Ⅱ中加入0.8g三乙醇胺(三乙醇胺的质量占滤液Ⅱ质量的0.1％)，得到偏铝酸钠溶液；
S4.将偏铝酸钠溶液蒸干，得到Al2O3含量为41.5％、NaAlO2含量为66.7％的固体偏铝酸钠。
实施例2
一种由风化壳淋积型稀土矿浸出液的除杂废渣直接制备偏铝酸钠的方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1.将500g除杂废渣与217mL质量分数为40％的氢氧化钠溶液混合(氢氧化钠溶液中钠原子与除杂废渣中铝原子的摩尔比为1.05:1)，在150℃的条件下搅拌反应6h后过滤，得到滤液Ⅰ和含稀土的滤渣Ⅰ，若滤渣Ⅰ中的稀土含量较高，可对其进行酸溶处理，以回收其中的稀土；
其中，除杂废渣为沉淀稀土之前，用碱性物质在pH＝5.8时对浸出液进行除杂得到的沉淀物，按重量百分比计，其含有30.2％的氧化铝和4.9％的稀土；
S2.向滤液Ⅰ中加入18g活性炭(活性炭的质量占滤液Ⅰ质量的5％)，沉降3h后过滤，得到滤液Ⅱ和滤渣Ⅱ；
S3.向滤液Ⅱ中加入3.6g三乙醇胺(三乙醇胺的质量占滤液Ⅱ质量的1％)，得到偏铝酸钠溶液；
S4.将偏铝酸钠溶液蒸干，得到Al2O3含量为40.9％、NaAlO2含量为65.8％的固体偏铝酸钠。
实施例3
一种由风化壳淋积型稀土矿浸出液的除杂废渣直接制备偏铝酸钠的方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1.将500g除杂废渣与735mL质量分数为25％的氢氧化钠溶液混合(氢氧化钠溶液中钠原子与除杂废渣中铝原子的摩尔比为1.2:1)，在150℃的条件下搅拌反应4h后过滤，得到滤液Ⅰ和含稀土的滤渣Ⅰ，若滤渣Ⅰ中的稀土含量较高，可对其进行酸溶处理，以回收其中的稀土；
其中，除杂废渣为沉淀稀土之前，用碱性物质在pH＝5.0时对浸出液进行除杂得到的沉淀物，按重量百分比计，其含有49.8％的氧化铝和3.6％的稀土；
S2.向滤液Ⅰ中加入43g活性炭(活性炭的质量占滤液Ⅰ质量的4％)，沉降3h后过滤，得到滤液Ⅱ和滤渣Ⅱ；
S3.向滤液Ⅱ中加入5.4g三乙醇胺(三乙醇胺的质量占滤液Ⅱ质量的0.5％)，得到偏铝酸钠溶液；
S4.将偏铝酸钠溶液蒸干，得到Al2O3含量为42.1％、NaAlO2含量为67.7％的固体偏铝酸钠。
实施例4
一种由风化壳淋积型稀土矿浸出液的除杂废渣直接制备偏铝酸钠的方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1.将500g除杂废渣与352mL质量分数为45％的氢氧化钠溶液混合(氢氧化钠溶液中钠原子与除杂废渣中铝原子的摩尔比为1.2:1)，在150℃的条件下搅拌反应4h后过滤，得到滤液Ⅰ和含稀土的滤渣Ⅰ，若滤渣Ⅰ中的稀土含量较高，可对其进行酸溶处理，以回收其中的稀土；
其中，除杂废渣为沉淀稀土之前，用碱性物质在pH＝5.0时对浸出液进行除杂得到的沉淀物，按重量百分比计，其含有49.8％的氧化铝和3.6％的稀土；
S2.向滤液Ⅰ中加入27g活性炭(活性炭的质量占滤液Ⅰ质量的4％)，沉降3h后过滤，得到滤液Ⅱ和滤渣Ⅱ；
S3.向滤液Ⅱ中加入3.4g三乙醇胺(三乙醇胺的质量占滤液Ⅱ质量的0.5％)，得到偏铝酸钠溶液；
S4.将偏铝酸钠溶液蒸干，得到Al2O3含量为41.2％、NaAlO2含量为66.2％的固体偏铝酸钠。
对照例
采用本发明实施例1中所得固体偏铝酸钠的各项指标与对照例进行对比，其中，对照例采用中国专利文献CN201510335198.3中记载的方法制备偏铝酸钠溶液，并蒸干得到固体偏铝酸钠，其原料采用本发明实施例1中的除杂废渣；其他条件如原料用量和蒸干条件等与本发明实施例1均相同(本对照例是与现有技术进行对比，用于证明本发明的制备偏铝酸钠的方法更好)。
实施例1～4与对照例的实验结果如下表所示：
| 组别 | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>含量％ | NaAlO<sub>2</sub>纯度％ |
| 实施例1 | 41.5 | 66.7 |
| 实施例2 | 40.9 | 65.8 |
| 实施例3 | 42.1 | 67.7 |
| 实施例4 | 41.2 | 66.2 |
| 对照例 | 41.8 | 67.2 |
由上表可知，相比于对照例，本发明的实施例1～4在减少操作步骤和氢氧化钠的条件下，所得到的固体偏铝酸钠中Al2O3含量与NaAlO2含量并未出现降低。
综上所述，本发明的一种由风化壳淋积型稀土矿浸出液的除杂废渣直接制备偏铝酸钠的方法，能够在简化制备工艺和减少氢氧化钠添加量的条件下，得到纯度较高的偏铝酸钠产品，同时还能够有效富集所述除杂废渣中的稀土，最终达到了高效回收铝资源和缩减回收稀土成本资源的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种由风化壳淋积型稀土矿浸出液的除杂废渣直接制备偏铝酸钠的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将所述除杂废渣与氢氧化钠溶液混合，经搅拌反应和过滤处理，得到滤液Ⅰ和含稀土的滤渣Ⅰ；
S2.向所述滤液Ⅰ中加入活性炭，经沉降和过滤处理，得到滤液Ⅱ和滤渣Ⅱ；
S3.向所述滤液Ⅱ中加入三乙醇胺，得到偏铝酸钠溶液；
S4.将所述偏铝酸钠溶液蒸干，得到所述偏铝酸钠。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中，所述除杂废渣为沉淀稀土之前，用碱性物质在pH＝5.0～5.8时对所述浸出液进行除杂得到的沉淀物。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碱性物质包括碳酸氢铵和碳酸氢镁中的至少一种。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，按重量百分比计，所述除杂废渣中含有30％～50％的氧化铝和2％～5％的稀土。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中，所述氢氧化钠溶液的质量分数为25％～45％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中，所述氢氧化钠溶液中钠原子与除杂废渣中铝原子的摩尔比为1.05～1.50:1。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中，所述搅拌反应的温度为80℃～150℃，时间为2～6h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2中，所述活性炭的质量占所述滤液Ⅰ质量的3％～5％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2中，所述沉降的时间为0.5～3h。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S3中，所述三乙醇胺的质量占所述滤液Ⅱ质量的0.1％～1％。
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