1、含稀土磷精矿酸 解 过程稀土的分布规律 赵平 1， 金会心 2,3， 毛小浩 2,3， 王眉龙 2， 杨松 2， 郑晓倩 2 (1.贵州省地质矿产中心 实 验 室 ， 贵阳 550000； 2.贵州大学 材料与冶金学院，贵阳 550025； 3.贵州省冶金工程与过程节能重点 实 验 室，贵阳 550025) 摘要 ： 研究了 富集稀土的 磷精矿酸浸过程在不同溶液初始磷酸浓度和 液固比 浸出时 稀土的富集及分布规律 。 结果表 明， 高的初始磷酸浓度 和 液固比有利于 提高稀土在溶液中的回收率，但稀土在溶液中的富集程度 随 液固比的增加 先增加 后降低。 最 佳浸出条件为： 溶液初 始磷酸浓度
2、25%、 硫酸过量系数 1.0、 液固比 6、 反应温度 75 、反应时间 3 h、 矿浆浓度 58%， 在此条件下， REO 的总 回收率达到 68.01%， P2O5 总的回收率 达 90%以上。 关键词 ： 磷精矿 ；稀土；酸浸； 回收率 中图分类号： TF845 文献标志码： A 文章编号： 1007-7545（ 2015） 11-0000-00 Distribution of RE during Acid Leaching of RE-bearing Phosphorus Concentrates ZHAO Ping1, JIN Hui-xin2,3, MAO Xiao-hao2,3
3、, WANG Mei-long2, YANG Song2, ZHENG Xiao-qian2 (1. Guizhou Central Laboratory of Geology and Mineral Resources, Guiyang 550000, China; 2. College of Materials and Metallurge, Guizhou University, Guiyang 550025, China; 3. Guizhou Province Key Laboratory of Metallurgical Engineering and Process Energy
4、 Saving, Guiyang 550025, China) Abstract： Enrichment and distribution of rare earth (RE) during acid leaching of RE-bearing phosphorus concentrates under different initial phosphoric acid concentration and ratio of liquid to solid (L/S) were investigated. The results show that high initial phosphori
5、c acid concentration and L/S can improve recovery of RE from solution, but enrichment RE in solution tends to rise firstly and then drop along with rising of L/S. Total recovery of REO and P2O5 is 68.01% and 90% above respectively under the optimum leaching conditions including initial phosphoric ac
6、id concentration of 25%, excessive coefficient of sulfate of 1.0, L/S of 6, reaction temperature of 75 , reaction duration of 3 h, and slurry concentration of 58%. Key words: phosphorus concentrate, rare earth, acid leaching, recovery 贵州省 的 磷矿远景储量占全国总量的 43，保有储量居全国第二位 1-2。贵州织金新华磷矿是一个超大型磷、稀土综合矿床， P2O5
7、 品位平均 17.51%， REO 品位 0.05%0.13%，占贵州省磷矿储量的一半 3-4。目前，湿法磷酸根据用酸种类可以分为 5-11：硝酸法、盐酸法、硫酸法。硝酸法中稀土和磷的回收率比较高，但受高的硝酸价格、高能耗、流程长等缺点，目前工业上应用很少。盐酸法存在工艺复杂、副产品氧化钙处理成本高、难度大等问题，工业上也未得到广 泛应用。而硫酸法稀土的浸出率约为 50%，加入添加剂可以 提高 稀土 回收率，但 也 增加 生产成本， 因此 也 未 得到充分利用。 因此 ，必须寻求一种既简单又经济的回收路线。 此 前， 本 项目组已对织金磷精矿浸出磷酸过程进行了单因素 试验 研究，主要考察了硫酸
8、用量、液固比、反应温度、反应时间的影响，浸出 试验 前溶 液中没有磷酸成分，液固比也较小，为 34，此时溶液中 REO 的回收率为 30%左右 12-14。本文在前期研究基础上，研究溶液 中 初始磷酸浓度和液固比 对 稀土富集和回收 的影响 ，为该矿的综合回收利用提供参考依据。 1 试验 部分 试验 原料 为织金新华磷矿浮选后的磷精矿，化学 成分（ %）： P2O5 33.81、 CaO 49.62、 SiO2 4.48、 MgO 1.38、Fe2O3 1.03、 F 1.65、 HP 4.66、 REO 0.173 4。 试验 在 1 L 玻璃容器 中进行 ，机械搅拌 ， HH-4 型恒温水
9、浴锅加热 （ 功率 1 kW，控温 精度 1 ） 。每次称取样品 200 g，加水制成一定矿浆浓度，升温至设定温度，然后加入硫酸或磷酸，反应一定时间 后 过滤，滤渣充分洗涤 后 干燥 ， 对 滤液 和 滤渣进行相关分析。 原料样品和 试验 产物中 P2O5 的测定采用磷钼酸喹啉容量法； 稀土 元素 的测定采用电感耦合等离子发射 光谱仪（ IRIS Intrepid S-92）进行分析，分析结果转化成稀土氧化物。 以溶液中的含量计算 P2O5 和 REO 稀土 的回收率 。 收稿日期 ： 2015-06-17 基金项目 ：国家自然科学基金 资助项目 （ 51364005） ； 贵州省地矿局基金
10、项目（ 黔地矿科合 201405） 作者简介 ：赵平（ 1970-），男，重庆铜梁人，硕士，高级工程师 ； 通信作者 ：金会心（ 1972-），女，内蒙古赤峰人，博士，教授 . doi： 10.3969/j.issn.1007-7545.2015.11.009 2 结果与讨论 2.1 溶液初始磷酸浓度的影响 考察在大的液固比和一定溶液 初始磷酸浓度下稀土在溶液中 的 富集和回收情况。原料先加水调成 58%的矿浆浓度，然后加入 不同 浓度的磷酸，反应 10 min 左右，再加入硫酸。浸出条件 ： 硫酸过量系数 1.0、 液固比 10、温度 75 、 时间 3 h。浸出液分离后的磷石膏进行充分洗涤
11、，洗涤条件 ： 液固比 3、 温度 60 、 时间 1 h。 不同 初始磷酸浓度 的试验结果 如图 1 所示。 5 10 15 20 2550100150200250300350磷酸中P2O5与REO浓度/(gL-1)初始 P2O5/%- - 磷酸中 P2O5- - 磷酸中 RE O- - 洗液中 P2O5- - 洗液中 RE O(a )0102030405060石膏洗液中P2O5与REO浓度/(gL-1)5 10 15 20 252030405060708090100磷酸中P2O5与REO回收率/%初始2O5/%- - 磷酸中 P2O5- - 磷酸中 RE O- - 洗液中 P2O5- -
12、洗液中 RE O(b )0246810石膏洗液中P2O5与REO回收率/%图 1 初始磷酸浓度 对稀土富集和回收的影响 Fig.1 Effects of initial phosphoric acid concentration on enrichment and recovery of RE 从图 1 可以看出，随着溶液初始磷酸浓度 的 增加，磷精矿浸出获得的磷酸溶液和磷石膏洗液中 P2O5 和 REO的浓度也增加 ； 磷酸溶液中 P2O5 的回收率有所下降，但下降幅度不大，磷 石膏 洗液中 P2O5 的回收率增加；磷酸溶液和石膏洗液中 REO 的回收率 均 增加。结果 表明， 在大的液固比
13、（ 10 1）和一定的硫酸用量条件下，增加溶液初始磷酸浓度，有利于 提高 稀土的回收率。当溶液初始磷酸浓度达 到 25%左右时， REO 在溶液中总的回收率可达到 73.38%。由于试验液固比大，所获得的磷酸溶液 REO 的浓度较低，仅为 158.10 mg/L，要从溶液中回收稀土，溶液处理量大，不利于工业实现。 2.2 液固比对稀土富集和回收的影响 试验操作 同 2.1 节 ，浸出条件 ： 硫酸过量系数 1.00、 磷酸浓度 25%、 温度 75 、 时间 3 h、 矿浆浓度 58%。与浸出液分离后的磷石膏 按照 2.1 节的条件 进行充分洗涤 ，试验结果见图 2。 2 3 4 5 6 7
14、8 9 10 11150200250300350400磷酸中P 2O 5与REO浓度/(gL-1)液固比- - 磷酸中 P 2 O 5- - 磷酸中 RE O- - 洗液中 P 2 O 5- - 洗液中 RE O(a )20406080100石膏洗液中P 2O 5与REO浓度/(gL-1)2 3 4 5 6 7 8 9 10 1120406080100磷酸中P 2O 5与REO回收率/%液固比- - 磷酸中 P 2 O 5- - 磷酸中 RE O- - 洗液中 P 2 O 5- - 洗液中 RE O(b )468101214石膏洗液中P 2O 5与REO回收率/%2 3 4 5 6 7 8 9
15、 10 1120406080100总回收率/%液固比P2O5 R EO(c)图 2 液固比 对稀土富集和回收的影响 Fig.2 Effects of L/S on enrichment and recovery of RE 从图 2a 可以看出，随着液固比 的 增加，磷精矿浸出获得的磷酸溶液和石膏洗液中 P2O5 和 REO 浓度均 呈先增加后下降的趋势，液固比为 6 时，磷酸溶液中 REO 的浓度达到最大 252.89 mg/L。从 P2O5 回收率的角度考虑（图 2b），随液固比 的 增加，磷酸溶液中 P2O5 的回收率有所增加，而石膏洗液中 P2O5 的回收率下降；从 REO的回收率角度
16、考虑 ， 磷酸溶液中 REO 的回收率增加较明显 ， 石膏洗液中 REO 的回收率变化不大。图 2c 结果显示，在磷精矿浸出过程，溶液初始磷酸浓度为 25%的条件下，随 着 浸出液固比 的 增加，溶液中 REO 总的回收率增加， P2O5 总的回收率也可达 90%以上。 以上结果说明，高的溶液初始磷酸浓度 和 高的浸出液固比有利于 富集稀土的磷精矿 中 稀土的 浸出。原因 主要是 ，液固比大，溶液中 REO 的 不 饱和度大，从动力学角度考虑，有利于稀 土从磷矿向溶液中的扩散，从而使稀土进入溶液中的分布比例增加； 在高的溶 液初始磷酸浓度下浸矿，能有效改善硫酸浸出磷精矿时生成的磷石膏对稀土的包
17、裹现象，增加稀土的浸出率，且磷酸过量程度大，稀土离子易与 PO43-络合成可溶性的阴离子RE(PO4)23-， 使得磷矿中稀土的溶解度随磷酸浓度的增加而升高，从而使 REO 在磷酸溶液中分布比例有了很大程度 的 提高。 3 结论 1）大的浸出液固比和 高的反应溶液初始磷酸浓度 有利于 富集稀土磷精矿 中 稀土的 浸出 率，但稀土在溶液中的富集 呈 先增加后降低的趋势。 2） 最 佳 浸出 条件为： 溶液初始磷酸浓度 25%、 硫酸过量系数 1.0、 液固比 6、 反应温度 75 、 反 应时间 3 h、 矿浆浓度 58%；在此条件下，磷酸溶液中稀土的浓度可达到 252.89 mg/L， REO
18、 的总 回收率达到 68.01%，P2O5 总的回收率达 90%以上。 参考文献 1 金会心 ， 王华 ， 李军旗 . 磷矿资源及从磷矿中提取稀土的研究现状 J. 湿法冶金 ， 2007， 26(4)： 179-183. 2 汪胜东 ， 蒋开喜 ， 蒋训雄 ，等 . 返酸浸出磷矿中的稀土 J. 有色金属 (冶炼部分 )， 2012（ 11）： 33-36. 3 张杰 ， 孙传敏 ， 杨国峰 ，等 . 贵州下寒武统黑色页岩稀土元素地球化学特征 J. 稀土 ， 2008， 29(2)： 72-75. 4 张杰 ， 孙传敏 ， 龚美菱 ，等 . 贵州织金含稀土生物屑磷块岩稀土元素赋存状态研究 J.
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