CN117517040B - 一种粉煤灰中稀土元素物理富集指标的分析方法和粉煤灰中稀土元素的物理富集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种粉煤灰中稀土元素物理富集指标的分析方法和粉煤灰中稀土元素的物理富集方法，属于粉煤灰综合利用和稀土元素回收技术领域。相比于直接对粉煤灰中的稀土元素进行规模化物理富集，先通过本发明的分析方法获得物理富集指标，再利用本发明的物理富集方法进行规模化物理富集，可以节省成本，具备容错空间，富集效率更高。

Description

一种粉煤灰中稀土元素物理富集指标的分析方法和粉煤灰中 稀土元素的物理富集方法
技术领域
本发明属于粉煤灰综合利用和稀土元素回收技术领域，具体涉及一种粉煤灰中稀土元素物理富集指标的分析方法和粉煤灰中稀土元素的物理富集方法。
背景技术
稀土元素具有特殊元素结构，使得稀土材料具备优异的光、电、磁、热性质，在新材料、新能源和信息技术等新兴产业具有不可替代的重大用途，因此稀土元素为我国战略性元素。虽然我国为稀土元素储量大国，但稀土元素矿产资源有限，且开采过程中会产生环境及人力物力的大量消耗，所以亟需寻找其他方式开发稀土元素。
我国是以火力发电为主的国家，电厂原煤中的稀土元素可在粉煤灰中富集，有一部分电厂粉煤灰中的稀土元素含量可达到稀土元素矿产资源的工业品位，因此有必要开发粉煤灰中稀土元素回收利用工艺，增加稀土元素供应源材料及粉煤灰利用途径。
目前关于粉煤灰中稀土元素提取的相关技术主要集中于化学法的活化及浸出提取方法的开发，直接对粉煤灰进行化学法实验，存在粉煤灰中稀土元素浓度较低导致化学试剂使用量较大，成本较高以及化学试剂使用带来的环境负效应等问题。而对粉煤灰首先进行物理富集，尽可能地增加粉煤灰中稀土元素浓度，可以减少后续化学法操作时的样品使用量，从而减少化学试剂的使用，提高产率，降低成本，及对环境的污染问题。
发明内容
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：专利申请文件CN205046173 U公开了粉煤灰中提取稀土元素的自动化生产系统，主要关注的是几种物理富集机器的数字化系统连接，未关注工艺过程水分、灰成分等具体指标对后续工艺进行的判断，所以仍无法得知具体的物理富集方法；并且该自动化生产系统主要为大规模机械化式操作，但是目前粉煤灰中稀土元素物理富集操作还未成熟，直接使用该自动化生产系统成本较高，投入较大，前期需使用小型实验考量效果。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种粉煤灰中稀土元素物理富集指标的分析方法和粉煤灰中稀土元素的物理富集方法。
本发明实施例的粉煤灰中稀土元素物理富集指标的分析方法，包括以下步骤：
S1.对粉煤灰样品进行水分含量测试，若水分含量ω(H2O)<0.1wt%，则不对所述粉煤灰样品进行干燥处理，记为C1样品；若水分含量ω(H2O)≥0.1wt%，则对所述粉煤灰样品进行干燥处理，至水分含量小于0.1wt%，记为C2样品；
S2.对步骤S1得到的C1样品或C2样品进行铁元素含量测试，若铁元素含量ω(Fe)<5wt%，则不对C1样品或C2样品进行磁选处理，记为C3样品；若铁元素含量ω(Fe)≥5wt%，则对C1样品或C2样品进行磁选处理，分离出来的非磁性物质记为C4样品；
S3.称量C3样品或C4样品的总重量；然后对C3样品或C4样品进行粒度分级，将各粒度级样品记为L1-Ln样品（n≥2）；再分别称量各粒度级样品的重量并计算C3样品或C4样品中各粒度级样品含量Wi；
S4.将L1-Ln样品分别进行消解处理并测试各粒度级样品中稀土元素含量REEi，根据公式（1）计算各粒度级样品的富集因子EFi；富集因子EFi最大的样品记为Lmax样品，将粒度级大于Lmax样品的各粒度级样品研磨处理至粒度小于等于Lmax样品的粒度级，然后与粒度级小于等于Lmax样品的各粒度级样品进行混合，记为C5样品；
（1）
其中，REEi为在第i个粒度级样品中的稀土元素含量，单位为μg/g，Wi为C3样品或C4样品中第i个粒度级样品含量，单位为wt%，i等于1至n；
S5.称量C5样品的总重量；然后对C5样品进行密度分级，将各密度级样品记为M1-Mm样品（m≥2）；再分别称量各密度级样品的重量并计算C5样品中各密度级样品含量Wj；
S6.将M1-Mm样品分别进行消解处理并测试各密度级样品中稀土元素含量REEj，根据公式（2）计算各密度级样品的富集因子EFj；富集因子EFj最大的样品记为Mmax样品，作为最后富集所得的高含量稀土元素粉煤灰样品，对其余密度级样品进行回收；
（2）
其中，REEj为在第j个密度级样品中的稀土元素含量，单位为μg/g，Wj为C5样品中第j个密度级样品含量，单位为wt%，j等于1至m。
本发明实施例的分析方法带来的优点和技术效果为：
1、本发明实施例的分析方法针对粉煤灰中稀土元素富集过程中可能出现的问题，提出分析量化指标ω(H2O)、ω(Fe)、Lmax样品对应的粒度级、Mmax样品对应的密度级，提高了稀土元素物理富集操作过程中的效率。
2、本发明实施例的分析方法按照任选地干燥处理-任选地磁选处理-粒度分级-获得Lmax样品对应的粒度级-密度分级-获得Mmax样品对应的密度级的顺序，得到适用于不同种类粉煤灰的富集条件，适用性广泛。
3、本发明实施例的分析方法可初步考察粉煤灰中稀土元素的富集效率，综合考虑经济及环境因素可判断该粉煤灰是否具有回收稀土元素的经济价值。
4、针对湿度对实验操作的影响，提出量化的考察指标ω(H2O)，需先测试水分含量ω(H2O)及进行任选地干燥处理，保证C2样品中ω(H2O)<0.1%，再进行后续操作，可以提高稀土元素富集效率。
5、针对磁选操作，在规模化生产前对粉煤灰磁选可行性进行考察，主要根据C1样品或C2样品中铁元素含量ω(Fe)调整实验路线，减少磁选操作的盲目性，避免浪费时间、物力及人力。
6、针对粒度分级和密度分级，在规模化生产前可根据不同的粉煤灰物理性质差异，调整实验条件，以得到适用该地的富集实验条件，即Lmax样品对应的粒度级和Mmax样品对应的密度级，便于后续用于规模化生产。
7、本发明实施例的分析方法中使用以密度差异为主的密度分级操作，在特定密度级得到富集稀土元素的矿物，可提高富集效率；且通过密度分级还可以去除未燃尽碳，避免未燃尽碳对确定Mmax样品对应的密度级的不利影响。
8、相比于直接对粉煤灰中的稀土元素进行规模化物理富集，先通过本发明实施例的分析方法获得物理富集指标再进行规模化物理富集，可以节省成本，具备容错空间，可获得适配于不同粉煤灰的富集条件，富集效率更高。
9、相比于其他大规模矿石选矿方法，本发明实施例的分析方法主要针对粉煤灰，由于粉煤灰在粒度、密度与磁性方面与天然矿石具有较大差异，因此针对粉煤灰中稀土元素的物理富集条件需要进一步探究以得到经济实用的条件，进而对其进行规模化应用。
在一些实施例中，步骤S3中，n等于2-10。
在一些实施例中，步骤S3中，n等于5-7。
在一些实施例中，步骤S3中，n=6；粒度分级中各粒度级具体设置为大于104 μm、大于74 μm且小于等于104 μm、大于61 μm且小于等于74 μm、大于53 μm且小于等于61 μm、大于44 μm且小于等于53 μm、小于等于44 μm。
在一些实施例中，步骤S5中，m等于2-10。
在一些实施例中，步骤S5中，m等于5-8。
在一些实施例中，步骤S5中，m=6；密度分级中各密度级设置为小于等于2.0g/cm3、大于2.0g/cm3且小于等于2.2g/cm3、大于2.2g/cm3且小于等于2.4g/cm3、大于2.4g/cm3且小于等于2.6、大于2.6g/cm3且小于等于2.8g/cm3、大于2.8g/cm3。
另外，本发明实施例还提供了一种粉煤灰中稀土元素的物理富集方法，根据本发明实施例的分析方法获得的物理富集指标进行，具体包括以下步骤：
（1）根据步骤S1中的水分含量ω(H2O)选择是否对粉煤灰进行干燥处理；
（2）根据步骤S2中的铁元素含量ω(Fe)选择是否对步骤（1）所得粉煤灰进行磁选处理；
（3）根据步骤S4中的各粒度级样品的富集因子EFi选择是否对步骤（2）所得粉煤灰进行研磨处理，若需要研磨处理则将步骤（2）所得粉煤灰研磨处理至粒度小于等于步骤S4中所述Lmax样品的粒度级；
（4）对步骤（3）所得粉煤灰进行密度分级，选择与步骤S6中所述Mmax样品密度级相同的粉煤灰作为最后富集所得的高含量稀土元素粉煤灰，对其余密度级粉煤灰进行回收。
本发明实施例的物理富集方法带来的优点和技术效果为：
相比于直接进行规模化物理富集，先通过本发明实施例的分析方法获得物理富集指标再进行规模化物理富集，可以节省成本，具备容错空间，富集效率更高。
附图说明
图1是本发明实施例的分析方法的流程示意图；
图2是本发明实施例1中的粉煤灰样品的XRD图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例提供了一种粉煤灰中稀土元素物理富集指标的分析方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1.对粉煤灰样品进行水分含量测试，若水分含量ω(H2O)<0.1wt%，则不对所述粉煤灰样品进行干燥处理，记为C1样品；若水分含量ω(H2O)≥0.1wt%，则对所述粉煤灰样品进行干燥处理，至水分含量小于0.1wt%，记为C2样品；
S2.对步骤S1得到的C1样品或C2样品进行铁元素含量测试，若铁元素含量ω(Fe)<5wt%，则不对C1样品或C2样品进行磁选处理，记为C3样品；若铁元素含量ω(Fe)≥5wt%，则对C1样品或C2样品进行磁选处理，分离出来的非磁性物质记为C4样品；
S3.称量C3样品或C4样品的总重量；然后对C3样品或C4样品进行粒度分级，将各粒度级样品记为L1-Ln样品（n≥2）；再分别称量各粒度级样品的重量并计算C3样品或C4样品中各粒度级样品含量Wi；
S4.将L1-Ln样品分别进行消解处理并测试各粒度级样品中稀土元素含量REEi，根据公式（1）计算各粒度级样品的富集因子EFi；富集因子EFi最大的样品记为Lmax样品，将粒度级大于Lmax样品的各粒度级样品研磨处理至粒度小于等于Lmax样品的粒度级，然后与粒度级小于等于Lmax样品的各粒度级样品进行混合，记为C5样品；
（1）
其中，REEi为在第i个粒度级样品中的稀土元素含量，单位为μg/g，Wi为C3样品或C4样品中第i个粒度级样品含量，单位为wt%，i等于1至n；
S5.称量C5样品的总重量；然后对C5样品进行密度分级，将各密度级样品记为M1-Mm样品（m≥2）；再分别称量各密度级样品的重量并计算C5样品中各密度级样品含量Wj；
S6.将M1-Mm样品分别进行消解处理并测试各密度级样品中稀土元素含量REEj，根据公式（2）计算各密度级样品的富集因子EFj；富集因子EFj最大的样品记为Mmax样品，作为最后富集所得的高含量稀土元素粉煤灰样品，对其余密度级样品进行回收；
（2）
其中，REEj为在第j个密度级样品中的稀土元素含量，单位为μg/g，Wj为C5样品中第j个密度级样品含量，单位为wt%，j等于1至m。
根据本发明实施例的分析方法，步骤S1主要是为了避免粉煤灰样品中水分对后续粒度分级操作产生不利影响。至于水分含量测试的具体方法，可以使用任一种常用的水分含量测试方法，例如使用自动水分测定仪进行测试或采用传统的水分含量测试方法均可。传统的水分含量测试方法例如可以包括以下步骤：称量m1=1±0.0002g粉煤灰样品至玻璃称量瓶中，放入105℃烘箱，1h后取出放置于干燥器中冷却至室温，称量质量为m2，计算粉煤灰样品中水分含量ω(H2O)=（1-m2/m1）×100wt%。
根据本发明实施例的分析方法，步骤S1中，干燥处理的温度可以为80-150℃，时间可以为1-5h。
根据本发明实施例的分析方法，步骤S2中，选择以铁元素含量ω(Fe)作为判断是否进行磁选处理的指标，原因如下：
由于粉煤灰中的磁性物质主要是铁系磁性矿物和以非晶态形式存在于粉煤灰中的铁，铁系磁性矿物包括赤铁矿（Fe2O3）和/或磁性氧化铁（Fe3O4）等。通过X射线衍射测试得到粉煤灰中的矿物结构，可以了解粉煤灰中是否具有磁性矿物，但无法确定是否具有非晶态的铁；同时，通过X射线荧光光谱测试可以得到粉煤灰中铁元素含量，测试过程中经过样品前处理非晶态铁与空气中的氧形成铁的氧化物，因此X射线荧光光谱测试得到的铁元素含量是铁系磁性矿物中的铁元素和非晶态铁的总含量，但无法辨别该物质是否具有磁性，因此发明人初始选择铁元素含量和矿物结构两个指标来综合预判是否需要进行磁选处理。
经实验验证，当ω(Fe)<5wt%，X射线衍射测试显示无磁性矿物时，粉煤灰基本没有磁性，无需进行磁选处理；当ω(Fe)<5wt%，X射线衍射测试显示有磁性矿物时，虽然粉煤灰有一定磁性，但这种情况下磁选处理分离出的磁性物质量较小，没有明显的富集效果，所以判断为不进行磁选处理；当ω(Fe)≥5wt%，X射线衍射测试显示无磁性矿物时，粉煤灰大概率也是具有一定磁性的，判断为需要进行磁选处理；当ω(Fe)≥5wt%，X射线衍射测试显示有磁性矿物时，粉煤灰具有磁性，判断为需要进行磁选处理。因此，综合以上四种情况，最终选择将铁元素含量ω(Fe)作为判断是否需要磁选处理的指标。
根据本发明实施例的分析方法，步骤S2中，磁选处理的具体操作为：将C1样品或C2样品均匀平摊在可升降的操作平台上，操作平台上方放置有电磁铁装置；电磁铁装置通电产生磁性，上下调节操作平台高度至C1样品或C2样品中的磁性物质被完全吸附到电磁铁装置上；将电磁铁装置移开C1样品或C2样品上方，电磁铁装置断电不产生磁性，电磁铁装置上吸附的磁性物质脱落；收集操作平台上的非磁性物质，记为C4样品，至此完成磁选处理。
根据本发明实施例的分析方法，步骤S3中，粒度分级即筛分处理，具体分为几个粒度级以及每个粒度级的范围，可根据实验室筛子条件及粉煤灰情况酌情增加或减少筛子数目，将套筛置于振筛机上。为使样品完全分离，筛分时间大于等于30min。
在一些实施例中，步骤S3中，n等于2-10，例如2、3、4、5、6、7、8、9、10。若粒度级个数过多，则步骤S4工作量过大，不利于提高工作效率。
在一些实施例中，步骤S3中，n等于5-7。若粒度级个数过少，则不利于步骤S4提高Lmax样品的富集因子，进而不利于最终富集得到高含量稀土元素粉煤灰样品。若粒度级个数过多，则步骤S4工作量过大，不利于提高工作效率。
在一些实施例中，步骤S3中，n=6，分为6个粒度级既能有效提高Lmax样品的富集因子，又能减少工作量。粒度分级中各粒度级具体可以设置为大于104 μm、大于74 μm且小于等于104 μm、大于61 μm且小于等于74 μm、大于53 μm且小于等于61 μm、大于44 μm且小于等于53 μm、小于等于44 μm。以上各粒度级的划分范围仅为示例，用于明确粒度级划分方式。
根据本发明实施例的分析方法，步骤S4中，对消解处理所使用的消解剂并没有特别的限定，可以使用常用的任一种消解剂，例如 HNO3、 HF、H2SO4、HCl和H3BO3中的至少一种。
根据本发明实施例的分析方法，步骤S4中，对C3样品或C4样品进行研磨处理，起到物理活化的作用，可以打破粉煤灰中影响稀土元素浸出的化学键，充分利用粉煤灰。对粒度大于Lmax样品的各粒度级样品进行研磨处理，至粒度小于等于Lmax样品的粒度级，即粒度上限为Lmax样品粒度级的上限。举例说明，当Lmax样品的粒度级为44-53µm时，将粒度大于Lmax样品的各粒度级样品研磨处理至粒度小于等于53µm，例如等于53µm、等于44µm、小于44µm等。
根据本发明实施例的分析方法，步骤S5中，密度分级又称为重选处理或浮沉实验，具体分为几个密度级及每个密度级的范围，可以结合粉煤灰性质及密度液实际配置情况进行设置。
在一些实施例中，步骤S5中，m等于2-10，例如2、3、4、5、6、7、8、9、10。若密度级个数过多，则步骤S6工作量过大，不利于提高工作效率。
在一些实施例中，步骤S5中，m等于5-8。若密度级个数过少，则不利于步骤S6提高Mmax样品的富集因子，进而不利于最终富集得到高含量稀土元素粉煤灰样品。若密度级个数过多，则步骤S6工作量过大，不利于提高工作效率。
在一些实施例中，步骤S5中，m=6，分为6个密度级既能有效提高Mmax样品的富集因子，又能减少工作量。密度分级中各密度级具体可以设置为小于等于2.0g/cm3、大于2.0g/cm3且小于等于2.2g/cm3、大于2.2g/cm3且小于等于2.4g/cm3、大于2.4g/cm3且小于等于2.6、大于2.6g/cm3且小于等于2.8g/cm3、大于2.8g/cm3。以上各密度级的划分范围仅为示例，用于明确密度级划分方式。
根据本发明实施例的分析方法，步骤S5中，对密度分级所使用的密度液（又称为重液）并没有特别的限定，可以使用常用的任一种密度液，例如三溴甲烷和四氯化碳的混合溶液，通过控制两者的配比即可获得不同密度的密度液。
另外，本发明实施例还提供了一种粉煤灰中稀土元素的物理富集方法，根据本发明实施例的分析方法获得的物理富集指标进行，具体包括以下步骤：
（1）根据步骤S1中的水分含量ω(H2O)选择是否对粉煤灰进行干燥处理；
（2）根据步骤S2中的铁元素含量ω(Fe)选择是否对步骤（1）所得粉煤灰进行磁选处理；
（3）根据步骤S4中的各粒度级样品的富集因子EFi选择是否对步骤（2）所得粉煤灰进行研磨处理，若需要研磨处理则将步骤（2）所得粉煤灰研磨处理至粒度小于等于步骤S4中所述Lmax样品的粒度级；
（4）对步骤（3）所得粉煤灰进行密度分级，选择与步骤S6中所述Mmax样品密度级相同的粉煤灰作为最后富集所得的高含量稀土元素粉煤灰，对其余密度级粉煤灰进行回收。
本发明实施例的分析方法相当于物理富集方法的预分析，针对同样成分的粉煤灰，选取部分粉煤灰样品通过分析方法获得相应的物理富集指标的数值范围，该分析方法适合在实验室进行；然后即可通过本发明实施例的物理富集方法进行稀土元素的富集，该物理富集方法适用于大规模化生产。可以理解的是，若粉煤灰种类更换后，由于各种粉煤灰的元素情况不同，则需要再次通过分析方法确定相应的物理富集指标的数值范围。
本发明实施例的分析方法和物理富集方法可用于各电厂粉煤灰富集其中的稀土元素。本发明实施例的分析方法针对粉煤灰中稀土元素富集过程中可能出现的问题，提出分析量化指标，提高了稀土元素物理富集操作过程中的效率；另外，在实验过程中可根据不同电厂粉煤灰情况利用本发明实施例的分析方法得到适用于该电厂粉煤灰的富集条件，避免一概而论；此外，还有助于判断不同电厂粉煤灰是否具备提取经济性，例如富集效率可在一倍及以上，则可以判断具有提取经济性。在后续对粉煤灰进行化学法活化及提取粉煤灰之前，使用本发明实施例的物理富集方法首先对其进行富集，层层筛选得到各操作中富集因子较高的部分，即可最终获得富集后的高含量稀土元素粉煤灰。经过物理富集后，可大大缩减后续的活化及浸出的试剂用量，可缩减稀土元素提取成本及减少大量使用试剂带来的环境负效应。
下面结合实施例和附图详细描述本发明。
实施例1
一种粉煤灰中稀土元素物理富集指标的分析方法，包括以下步骤：
S1.使用自动水分测定仪对粉煤灰样品进行水分含量测试，测得水分含量ω(H2O)=0.08wt%，由于水分含量ω(H2O)<0.1wt%，因此判断不对该样品进行干燥处理，记为C1样品。
S2.对步骤S1得到的C1样品进行XRD测试（矿物结构测试），如图2所示的XRD谱图未观察到Fe系磁性矿物，其中，C特征峰为刚玉（Al2O3），A特征峰为硫酸钾（K2SO4），Ca特征峰为钙长石（Ca3Al2O6），P特征峰为副灰硅钙石（Ca5(SiO4)2CO3）；
对步骤S1得到的C1样品进行XRF测试（铁元素含量测试），结果显示C1样品中铁元素含量ω（Fe）为4.83wt%，由于铁元素含量ω(Fe2O3)<5wt%，因此判断不对该样品进行磁选处理，记为C3样品。
S3.称量C3样品的总重量；然后按照表2对C3样品进行粒度分级，将各粒度级样品记为L1-L6样品；再分别称量各粒度级样品的重量并计算C3样品中各粒度级样品含量Wi，结果如表2所示。
S4.采用消解剂对L1-L6样品分别进行消解处理，并测试各粒度级样品中稀土元素含量REEi，根据公式（1）计算各粒度级样品的富集因子EFi；富集因子EFi最大的样品记为Lmax样品，将粒度级大于Lmax样品的各粒度级样品研磨处理至粒度小于等于Lmax样品的粒度级，然后与粒度级小于等于Lmax样品的各粒度级样品进行混合，记为C5样品。
具体地，S4-1.取50mg各粒度级样品，消解剂为第一步加入3mL HNO3和5mL HF，浓度为分析纯；第二步加入饱和硼酸溶液，使用微波消解方法，程序设置如表1所示。
表1.
S4-2.使用ICP-MS对消解后的溶液进行测试，可得各粒度级样品中稀土元素含量REEi，结果如表2所示。
S4-3.根据公式（1）计算各粒度级样品的富集因子EFi，结果如表2所示，
（1）
其中，REEi为在第i个粒度级样品中的稀土元素含量，单位为μg/g，Wi为C3样品中第i个粒度级样品含量，单位为wt%，i等于1至6。
表2.
S4-4.从表2可以看出，富集因子EFi最大的样品为L5样品，记为Lmax样品；对粒度级大于Lmax样品的各粒度级样品L1-L4进行研磨处理，然后与粒度级小于等于Lmax样品的各粒度级样品L5-L6进行混合，使其可统一过270目筛（筛孔孔径为53µm），记为C5样品。
S5.称量C5样品的总重量；然后按照表4对C5样品进行密度分级，将各密度级样品记为M1-M6样品；再分别称量各密度级样品的重量并计算C5样品中各密度级样品含量Wj，结果如表4所示。
密度分级操作具体为：使用三溴甲烷与四氯化碳配置一系列不同密度的密度液，具体密度级与各溶剂质量分数配比如表3所示，实际配置密度液过程中需要使用密度级实时对溶液密度进行标定。在50mL离心管中加入3-5g样品及50mL 2.0g/cm3级密度液，放置于离心机中以转速3000r/min离心10min，取出离心管，上浮物为小于等于2.0g/cm3的密度级样品，记为M1样品，用小毛刷刮出，过滤回收该级密度液；再加入2.2g/cm3级密度液进行重复试验，上浮物为大于2.0g/cm3且小于等于2.2g/cm3的密度级样品，记为M2样品；再加入2.4g/cm3级密度液进行重复试验，上浮物为大于2.2g/cm3且小于等于2.4g/cm3的密度级样品，记为M3样品；再加入2.6g/cm3级密度液进行重复试验，上浮物为大于2.4g/cm3且小于等于2.6g/cm3的密度级样品，记为M4样品；再加入2.8g/cm3级密度液进行重复试验，上浮物为大于2.6g/cm3且小于等于2.8g/cm3的密度级样品，记为M5样品，沉淀物为大于2.8g/cm3的密度级样品，记为M6样品。
表3.
S6.将M1-M6样品分别进行消解处理并测试各密度级样品中稀土元素含量REEj，根据公式（2）计算各密度级样品的富集因子EFj；富集因子EFj最大的样品记为Mmax样品，作为最后富集所得的高含量稀土元素粉煤灰样品，对其余密度级样品进行回收，可应用于其他粉煤灰综合利用途径。
具体地，S6-1.采用与S4-1相同的方法对C5样品进行消解处理。
S6-2.使用ICP-MS对消解后的溶液进行测试，可得各密度级样品中稀土元素含量REEj，结果如表4所示。
S6-3.根据公式（2）计算各密度级样品的富集因子EFj，结果如表4所示，
（2）
其中，REEj为在第j个密度级样品中的稀土元素含量，单位为μg/g，Wj为C5样品中第j个密度级样品含量，单位为wt%，j等于1至6。
表4.
S6-4.从表4可以看出，富集因子EFj最大的样品为M5样品，记为Mmax样品，作为最后富集所得的高含量稀土元素粉煤灰样品，对其余密度级样品进行回收，可应用于其他粉煤灰综合利用途径。
步骤S1的处理对象粉煤灰样品中稀土元素浓度为452.87μg/g，经过该实施例的物理富集处理后，最后富集所得的高含量稀土元素粉煤灰样品中稀土元素浓度为589.78μg/g，可见，稀土元素得到了有效富集，说明该实施例提出的物理富集指标是有效的。
应用实施例1
一种粉煤灰中稀土元素的物理富集方法，根据实施例1的分析方法获得的物理富集指标进行，具体包括以下步骤：
（1）根据实施例1步骤S4中的各粒度级样品的富集因子EFi选择将粉煤灰研磨处理至粒度小于等于实施例1中Lmax样品的粒度级，即可统一过270目筛。
（2）对步骤（1）所得粉煤灰进行密度分级，选择与实施例1步骤S6中Mmax样品密度级相同，即密度为大于2.6g/cm3且小于等于2.8g/cm3的粉煤灰作为最后富集所得的高含量稀土元素粉煤灰，对其余密度级粉煤灰进行回收，可应用于其他粉煤灰综合利用途径。
步骤（1）的处理对象粉煤灰中稀土元素浓度为452.87μg/g，经过该应用实施例的物理富集处理后，最后富集所得的高含量稀土元素粉煤灰中稀土元素浓度为575.76μg/g，可见，稀土元素得到了有效富集。
先通过实施例1的分析方法获得适用于该种粉煤灰的物理富集指标，再利用应用实施例1的物理富集方法进行规模化物理富集，可以节省成本，具备容错空间，富集效率更高。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种粉煤灰中稀土元素物理富集指标的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.对粉煤灰样品进行水分含量测试，若水分含量ω(H2O)<0.1wt%，则不对所述粉煤灰样品进行干燥处理，记为C1样品；若水分含量ω(H2O)≥0.1wt%，则对所述粉煤灰样品进行干燥处理，至水分含量小于0.1wt%，记为C2样品；
S2.对步骤S1得到的C1样品或C2样品进行铁元素含量测试，若铁元素含量ω(Fe)<5wt%，则不对C1样品或C2样品进行磁选处理，记为C3样品；若铁元素含量ω(Fe)≥5wt%，则对C1样品或C2样品进行磁选处理，分离出来的非磁性物质记为C4样品；
S3.称量C3样品或C4样品的总重量；然后对C3样品或C4样品进行粒度分级，将各粒度级样品记为L1-Ln样品（n≥2）；再分别称量各粒度级样品的重量并计算C3样品或C4样品中各粒度级样品含量Wi；
S4.将L1-Ln样品分别进行消解处理并测试各粒度级样品中稀土元素含量REEi，根据公式（1）计算各粒度级样品的富集因子EFi；富集因子EFi最大的样品记为Lmax样品，将粒度级大于Lmax样品的各粒度级样品研磨处理至粒度小于等于Lmax样品的粒度级，然后与粒度级小于等于Lmax样品的各粒度级样品进行混合，记为C5样品；
（1）
其中，REEi为在第i个粒度级样品中的稀土元素含量，单位为μg/g，Wi为C3样品或C4样品中第i个粒度级样品含量，单位为wt%，i等于1至n；
S5.称量C5样品的总重量；然后对C5样品进行密度分级，将各密度级样品记为M1-Mm样品（m≥2）；再分别称量各密度级样品的重量并计算C5样品中各密度级样品含量Wj；
S6.将M1-Mm样品分别进行消解处理并测试各密度级样品中稀土元素含量REEj，根据公式（2）计算各密度级样品的富集因子EFj；富集因子EFj最大的样品记为Mmax样品，作为最后富集所得的高含量稀土元素粉煤灰样品，对其余密度级样品进行回收；
（2）
其中，REEj为在第j个密度级样品中的稀土元素含量，单位为μg/g，Wj为C5样品中第j个密度级样品含量，单位为wt%，j等于1至m。
2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，步骤S3中，n等于2-10。
3.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，步骤S3中，n等于5-7。
4.根据权利要求3所述的分析方法，其特征在于，步骤S3中，n=6；粒度分级中各粒度级具体设置为大于104 μm、大于74 μm且小于等于104 μm、大于61 μm且小于等于74 μm、大于53 μm且小于等于61 μm、大于44 μm且小于等于53 μm、小于等于44 μm。
5.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，步骤S5中，m等于2-10。
6.根据权利要求5所述的分析方法，其特征在于，步骤S5中，m等于5-8。
7.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于，步骤S5中，m=6；密度分级中各密度级设置为小于等于2.0g/cm3、大于2.0g/cm3且小于等于2.2g/cm3、大于2.2g/cm3且小于等于2.4g/cm3、大于2.4g/cm3且小于等于2.6、大于2.6g/cm3且小于等于2.8g/cm3、大于2.8g/cm3。
8.一种粉煤灰中稀土元素的物理富集方法，其特征在于，根据权利要求1-7任一项所述的分析方法获得的物理富集指标进行，具体包括以下步骤：
（1）根据步骤S1中的水分含量ω(H2O)选择是否对粉煤灰进行干燥处理；
（2）根据步骤S2中的铁元素含量ω(Fe)选择是否对步骤（1）所得粉煤灰进行磁选处理；
（3）根据步骤S4中的各粒度级样品的富集因子EFi选择是否对步骤（2）所得粉煤灰进行研磨处理，若需要研磨处理则将步骤（2）所得粉煤灰研磨处理至粒度小于等于步骤S4中所述Lmax样品的粒度级；
（4）对步骤（3）所得粉煤灰进行密度分级，选择与步骤S6中所述Mmax样品密度级相同的粉煤灰作为最后富集所得的高含量稀土元素粉煤灰，对其余密度级粉煤灰进行回收。
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