CN113046552B - 一种利用植物提取物浸出风化壳淋积型稀土矿的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用植物提取物浸出风化壳淋积型稀土矿的方法，包括以下步骤：1)制备植株提取液；2)利用植物提取液浸出风化壳淋积型稀土矿。本发明采用植物提取物作为风化壳淋积型稀土矿浸出剂或助浸剂，植物提取物含有丰富的有机物(如：酚类、酮类、有机酸等)，可高效浸出稀土元素。该方法浸出效果好、绿色环保、成本低，原料易获取，并且植物提取物成分有利于生态修复及改善，具有较好的应用价值。

Description

一种利用植物提取物浸出风化壳淋积型稀土矿的方法
技术领域
本发明属于稀土冶金技术领域，具体涉及一种利用植物提取物浸出风化壳淋积型稀土矿的方法。
背景技术
风化壳淋积型(离子型)稀土矿是一种重要的含稀土矿产资源，首次在我国江西省赣州市被发现。此类矿物广泛分布于我国南方的江西、广东、广西等省份，其稀土配分齐全，放射性低，且富含中重稀土元素，是我国宝贵的战略矿产资源。目前工业生产普遍采用铵盐原地浸取工艺回收稀土即采用硫酸铵作为浸取剂原地浸出风化壳淋积型稀土矿中的稀土元素，然后采用碳酸氢铵等对浸出液进行除杂、沉淀富集稀土，最后焙烧获得精矿产品。
虽然上述工艺曾广泛应用于离子型稀土矿提取的工业生产，但是存在较大的问题。硫酸铵浸取剂消耗高，带来严重的氨氮污染。对于花岗岩风化壳淋积型稀土矿，每生产1吨离子型稀土精矿需消耗7-9吨铵盐(以硫酸铵计，同)，而对于广西地区广泛存在的火山岩风化壳淋积型稀土矿，由于渗透性较差，导致浸出效果不佳，每生产1吨离子型稀土精矿则需要消耗12吨以上铵盐。据统计，我国每年生产离子型稀土精矿6万吨左右，而风化壳淋积型稀土矿开采过程中会有大量的氨氮进入土壤和地下水，对环境造成严重污染和生态破坏。由于污染在地下发生，极难处理达到环保要求。因此，此工艺已逐渐被限制使用。部分研究尝试采用其余盐离子(主要是硫酸/氯化钾、钠、钙、镁等)作为浸出剂使用，但是由于浸出效果、成本和环保等反面的原因，未能工业应用，尤其是高浓度和高用量的盐离子必然导致环境污染、土壤和生态破坏。
木醋液是由植物的生物质缓慢热解产生的烟经冷凝后形成的黄褐色或深棕色凝结物，其主要成分为水、有机酸和酚类化合物。高浓度的有机酸使木醋液具有较高的抗菌活性，酚类化合物使木醋液具有显著的抗氧化活性(与木醋液剂量有关)。木醋液开始在实际生产和生活中推广应用，现已主要作为土壤改良剂、植物生长调节剂、食品保鲜剂、饮料添加剂、饲料添加剂、杀菌剂、抗菌消炎剂等，广泛应用在农林生产、环境保护、食品加工、畜牧业生产和医疗卫生等领域。木醋液的组分会影响矿物吸附重金属的能力。有研究曾利用木醋液对黏土矿物进行改性，结果发现酸改性后的粘土矿物对重金属的吸附能力增强，这是因为酸处理法通过部分溶解外部层来去除矿物杂质，显著提高了黏土矿物的比表面积，形成额外的硅羟基(Si-OH)基团，增强了对不同化合物的亲和力。有研究利用木醋液与生物炭结合应用对沸石中重金属钝化的效果，结果发现木醋液的浓度会影响生物炭固定游离态的重金属。还有研究利用木醋液结合氢氧化钠对重金属吸附材料沸石进行了改性，结果发现，改性后的沸石的表面变得更加的粗糙，且表现出了较强抑菌性能和重金属吸附的性能。
虽然木醋液在农业和环保等领域上有一些研究和应用，但目前还未见在矿产资源利用领域内的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用植物提取物浸出风化壳淋积型稀土矿的方法，该方法中采用植物提取物作为主要浸出剂或者助浸剂浸出风化壳淋积型稀土矿，可以提高浸出率、降低浸出成本，减少环境污染。
本发明这种利用植物提取物浸出风化壳淋积型稀土矿的方法，包括以下步骤：
1)制备植株提取液；
2)植物提取液浸出风化壳淋积型稀土矿的方法为以下方法中的一种：
第一种：将步骤1)中的植物提取液稀释至设定浓度后，调节其pH值，得到浸出剂溶液，然后利用浸出剂溶液对风化壳淋积型稀土矿进行柱浸出，得到含稀土浸出液；
第二种：将盐离子浸出剂和步骤1)中植物提取液一起配置成设定浓度的混合溶液，然后调节混合溶液的pH值，得到浸出剂溶液，然后利用浸出剂溶液对风化壳淋积型稀土矿进行柱浸出，得到含稀土浸出液。
所述步骤1)中，植物的提取液为植物热解液和植物木醋液中的一种。
所述的植物提取液制备的原料为柞木、竹子、酸枣核、稻壳和玉米芯中的一种或多种。
所述的植物热解液的制备方法，包括以下步骤：
a1、将植物破碎，放置发酵5-48h。
a2、发酵物加入热解釜热解2-6h，热解温度恒温控制在100-150℃。
a3、收集热解液自然沉淀10-30天，取上清液经过滤、活性炭吸附脱色得到植物热解液。
所述的植物木醋液的制备方法，包括以下步骤：
b1、将干燥的植物破碎、挤压造团。
b2、植物团块加入炭窑干馏，干馏温度逐步上升控制在90-300℃，当白色烟雾(主要为水蒸气)停止挥发后开始收集木醋液气体，窑内产生蓝绿色烟(主要为杂质)时停止收集木醋液气体，气体冷凝得到粗木醋液。
b3、粗木醋液放入烧瓶中常压蒸馏，收集90～105℃的馏分，馏分经活性炭吸附脱色得到木醋液。
所述步骤2)中，第一种方法中，植物提取液稀释至浓度为50-1000g/L，采用盐酸或硫酸调节pH至1～6，浸出液固比为1:1～10:1，浸出时间为4～6h。
所述步骤2)中，第二种方法中，盐离子浸出剂为硫酸铵或硫酸镁中的一种；混合溶液中，盐离子浸出剂的浓度为0.05～0.15mol/L，植物提取液的浓度为5-100g/L；采用盐酸或硫酸调节混合溶液的pH至1～6，浸出液固比为1:1～10:1，浸出时间为4～6h。
本发明采用植物提取物浸出风化壳淋积型稀土矿的主要原理：(1)植物提取物中有机酸等成分含有丰富的羧基和羟基等官能团，可通过络合和螯合作用浸出稀土元素，电离产生的质子(H+)也可浸出稀土元素。(2)植物提取物中不同成分可同时浸出不同位点上和不同赋存状态的稀土元素，产生协同浸出效果。(3)植物提取物中有机物与盐离子等形成缓释化合物制剂，可调控溶液中浸出剂活性成分浓度，利于提高浸出剂利用效率。(4)植物提取物中成分有利于降低溶液pH值，促进矿物相稀土溶解浸出。(5)由于植物提取物对质子的吸附，pH值较低，稀土表面带负电荷；由于不饱和键的脱质子作用，pH值较高，稀土表面带正电荷。因此，pH值较高时稀土表面带负电荷，稀土元素与植物提取物稳定络合，浸出率提高。(6)在植物提取物中酚类、酮类等作用下，黏土矿物中的铝离子发生水解反应，生成难溶的Al(OH)3沉淀，促进稀土元素从黏土矿物晶格扩散到浸出溶液中。因为在其晶胞中，Si4+取代A13+导致了晶体结构带正电荷，吸引阴离子进入，产生较高的阴离子交换容量，使带正电荷的稀土元素脱离晶体。(7)植物提取物中含有类似表面活性剂等物质，可通过改变矿物表面结构、性质以及增大比表面积，强化浸出过程固-液界面反应和物质扩散动力学。
此外，植物提取物对于降解土壤中的有害物质及残留重金属效果十分的显著，同时具有抑制土壤中的病原菌和调节土壤pH值等土壤改良作用。在浸出后，土壤中的全盐和电导率降低，土壤内的可溶性离子浓度下降，保证了植物正常生长的土壤环境，改善了原来土壤的盐碱化和重金属污染等问题。
因此，该方法浸出效果好、绿色环保、成本低，原料易获取，并且植物提取物成分有利于生态修复及改善，具有较好的应用价值。
本发明的有益效果：本发明采用植物提取物作为风化壳淋积型稀土矿浸出剂或助浸剂，植物提取物含有丰富的有机物(如：酚类、酮类、有机酸等)，可高效浸出稀土元素。该方法浸出效果好、绿色环保、成本低，原料易获取，并且植物提取物成分有利于生态修复及改善，具有较好的应用价值。
具体实施方式
本发明的具体操作：取烘干的风化壳淋积型稀土矿，将矿样装入浸出柱中。选用本发明所述的植物提取物配置浸出剂，加入柱中进行浸出。浸出液采用电感耦合等离子光谱发生仪测试并计算浸出率。
本发明中液固比的单位均为mL/g。
实施例1
将玉米芯破碎到100目，放置发酵13h。将发酵物加入热解釜热解3h，热解温度恒温控制在140℃。收集热解液自然沉淀15天，取上清液经过滤、活性炭吸附脱色得到玉米芯热解液。
取烘干的离子型稀土品位0.12％的风化壳淋积型稀土矿200g，将矿样装入浸出柱中。配制植物提取物(玉米芯热解液)浓度800g/L、调节pH为3.0，得到浸出剂溶液。然后将浸出剂溶液对矿样进行柱浸实验，浸出液固比为2:1，浸出时间为5h。稀土浸出液采用电感耦合等离子光谱发生仪测试并计算浸出率。稀土矿样浸出率为92.4％，铝杂质元素浸出率为10.8％。
实施例2
将干燥的竹子破碎、挤压造团。竹子团块加入炭窑干馏，干馏温度逐步上升控制在90-250℃，白色烟雾停止挥发后开始收集竹子木醋液气体，窑内产生蓝绿色烟时停止收集竹子木醋液气体，气体冷凝得到粗竹子木醋液。粗竹子木醋液放入烧瓶中常压蒸馏，收集98-103℃的馏分，馏分经活性炭吸附脱色得到木醋液。
取烘干的离子型稀土品位0.12％的风化壳淋积型稀土矿200g，将矿样装入浸出柱中。配制硫酸铵浸出剂为0.1mol/L、竹子木醋液浓度50g/L的混合溶液，调节混合溶液的pH为3.0，得到浸出剂溶液，然后将浸出剂溶液对矿样进行柱浸实验，浸出液固比为2:1，浸出时间为5h。稀土浸出液采用电感耦合等离子光谱发生仪测试并计算浸出率。稀土矿样浸出率为97.4％，铝杂质元素浸出率为14.2％。
实施例3
将干燥的柞木破碎、挤压造团。柞木团块加入炭窑干馏，干馏温度逐步上升控制在90-250℃，白色烟雾停止挥发后开始收集柞木木醋液气体，窑内产生蓝绿色烟时停止收集柞木木醋液气体，气体冷凝得到粗柞木木醋液。粗柞木木醋液放入烧瓶中常压蒸馏，收集98-103℃的馏分，馏分经活性炭吸附脱色得到木醋液。
取烘干的离子型稀土品位0.12％的风化壳淋积型稀土矿200g，将矿样装入浸出柱中。配制硫酸镁浸出剂为0.25mol/L柞木木醋液浓度60g/L的混合溶液、调节pH为3.0，得到浸出剂溶液，然后将浸出剂溶液对矿样进行柱浸实验，浸出液固比为1:1，浸出时间为5h。稀土浸出液采用电感耦合等离子光谱发生仪测试并计算浸出率。稀土矿样浸出率为93.6％，铝杂质元素浸出率为7.5％。
实施例4
取烘干的离子型稀土品位0.12％的风化壳淋积型稀土矿200g，将矿样装入浸出柱中。配制竹子木醋液(实施例2制备)浓度650g/L的水溶液，调节pH为2.5，得到浸出剂溶液，将浸出剂溶液对矿样进行柱浸实验，浸出液固比为6:1，浸出时间为5h。稀土浸出液采用电感耦合等离子光谱发生仪测试并计算浸出率。稀土矿样浸出率为91.1％，铝杂质元素浸出率为9.4％。
实施例5
将干燥的酸枣核破碎、挤压造团。酸枣核团块加入炭窑干馏，干馏温度逐步上升控制在90-220℃，白色烟雾停止挥发后开始收集酸枣核木醋液气体，窑内产生蓝绿色烟时停止收集酸枣核木醋液气体，气体冷凝得到粗酸枣核木醋液。粗酸枣核木醋液放入烧瓶中常压蒸馏，收集97-105℃的馏分，馏分经活性炭吸附脱色得到木醋液。
取烘干的离子型稀土品位0.12％的风化壳淋积型稀土矿200g，将矿样装入浸出柱中。配制酸枣核木醋液浓度400g/L的水溶液，调节pH为2.5，得到浸出剂溶液，将浸出剂溶液对矿样进行柱浸实验，浸出液固比为10:1，浸出时间为5h。稀土浸出液采用电感耦合等离子光谱发生仪测试并计算浸出率。稀土矿样浸出率为93.3％，铝杂质元素浸出率为9.8％。
实施例6
将干燥的稻壳破碎、挤压造团。稻壳团块加入炭窑干馏，干馏温度逐步上升控制在90-220℃，白色烟雾停止挥发后开始收集稻壳木醋液气体，窑内产生蓝绿色烟时停止收集稻壳木醋液气体，气体冷凝得到粗稻壳木醋液。粗稻壳木醋液放入烧瓶中常压蒸馏，收集98-102℃的馏分，馏分经活性炭吸附脱色得到稻壳木醋液。
取烘干的离子型稀土品位0.12％的风化壳淋积型稀土矿200g，将矿样装入浸出柱中。配制稻壳木醋液浓度500g/L的水溶液，调节pH为2.5，得到浸出剂溶液，将浸出剂溶液对矿样进行柱浸实验，浸出液固比为5:1，浸出时间为5h。稀土浸出液采用电感耦合等离子光谱发生仪测试并计算浸出率。稀土矿样浸出率为92.1％，铝杂质元素浸出率为8.9％。
实施例7
将干燥的花生壳破碎、挤压造团。花生壳团块加入炭窑干馏，干馏温度逐步上升控制在90-230℃，白色烟雾停止挥发后开始收集花生壳木醋液气体，窑内产生蓝绿色烟时停止收集花生壳木醋液气体，气体冷凝得到粗花生壳木醋液。粗花生壳木醋液放入烧瓶中常压蒸馏，收集98-102℃的馏分，馏分经活性炭吸附脱色得到花生壳木醋液。
取烘干的离子型稀土品位0.12％的风化壳淋积型稀土矿200g，将矿样装入浸出柱中。配制植花生壳醋液浓度500g/L、的水溶液，调节pH为2.5，得到浸出剂溶液，将浸出剂溶液对矿样进行柱浸实验，浸出液固比为8:1，浸出时间为5h。稀土浸出液采用电感耦合等离子光谱发生仪测试并计算浸出率。稀土矿样浸出率为93.7％，铝杂质元素浸出率为9.7％。
对比例1
取烘干的离子型稀土品位0.12％的风化壳淋积型稀土矿200g，将矿样装入浸出柱中。配制硫酸铵浸出剂为0.3mol/L、不加入木醋液，调节混合溶液的pH为3.0，得到浸出剂溶液，然后将浸出剂溶液对矿样进行柱浸实验，浸出液固比为2:1，浸出时间为5h。稀土浸出液采用电感耦合等离子光谱发生仪测试并计算浸出率。稀土矿样浸出率为84.3％，铝杂质元素浸出率为79.3％。
从实施例1和对比例1可以看出，本发明采用植物提取物浸出与常规浸出相比：显著提高了稀土离子浸出率，浸出剂具有高效、绿色环保、原料易获取等优点。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种利用植物提取物浸出风化壳淋积型稀土矿的方法，包括以下步骤：
1）制备植物提取液；
2）植物提取液浸出风化壳淋积型稀土矿的方法为以下方法中的一种：
第一种：将步骤1）中的植物提取液稀释至设定浓度后，调节其pH值，得到浸出剂溶液，然后利用浸出剂溶液对风化壳淋积型稀土矿进行柱浸出，得到含稀土浸出液；
第二种：将盐离子浸出剂和步骤1）中植物提取液一起配置成设定浓度的混合溶液，然后调节混合溶液的pH值，得到浸出剂溶液，然后利用浸出剂溶液对风化壳淋积型稀土矿进行柱浸出，得到含稀土浸出液；
所述步骤1）中，植物提取液为植物热解液和植物木醋液中的一种；所述的植物提取液制备的原料为柞木、竹子、酸枣核、稻壳和玉米芯中的一种或多种；
所述的植物热解液的制备方法，包括以下步骤：
a1、将植物破碎，放置发酵5~48h；
a2、发酵物加入热解釜热解2~6h，热解温度恒温控制在100~150℃；
a3、收集热解液自然沉淀10~30天，取上清液经过滤、活性炭吸附脱色得到植物热解液；
所述的植物木醋液的制备方法，包括以下步骤：
b1、将植物破碎、挤压造团；
b2、植物团块加入炭窑干馏，干馏温度逐步上升控制在90~300℃，白色烟雾停止挥发后开始收集木醋液气体，窑内产生蓝绿色烟时停止收集木醋液气体，气体冷凝得到粗木醋液；
b3、粗木醋液放入烧瓶中常压蒸馏，收集90~105℃的馏分，馏分经活性炭吸附脱色得到木醋液。
2.根据权利要求1所述的利用植物提取物浸出风化壳淋积型稀土矿的方法，其特征在于，所述步骤2）中，第一种方法中，植物提取液稀释至浓度为50-1000 g/L，采用盐酸或硫酸调节pH至1~6，浸出液固比为1:1~10:1，浸出时间为4~6h。
3.根据权利要求1所述的利用植物提取物浸出风化壳淋积型稀土矿的方法，其特征在于，所述步骤2）中，第二种方法中，盐离子浸出剂为硫酸铵或硫酸镁中的一种；混合溶液中，盐离子浸出剂的浓度为0.05~0.15mol/L，植物提取液的浓度为5-100 g/L；采用硫酸和氢氧化钠调节混合溶液的pH至1~6，浸出液固比为1:1~10:1，浸出时间为4~6h。
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