白云鄂博礦在微波預處理后的稀土變化探究

陳穎　況家瑾

摘? 要：隨著稀土應用的廣泛深入，如何解決稀土尾礦的污染性問題迫在眉睫，一般處理方式是堆積、填埋或出口，造成的資源浪費可想而知。本文針對白云鄂博礦中的稀土元素研究，運用X射線衍射分析原礦物主要所含物質，以及在微波預處理后的稀土衍射峰的變化。同時，通過查找相關資料，簡單地探究了微波預處理過程進行的酸浸化學反應以及微波的工作機理，對揭示了稀土浸出的起著至關重要的作用。

關鍵詞：白云鄂博礦;微波預處理;XRD分析;化學反應;工作機理

白云鄂博礦位于內蒙古自治區包頭市，這里是全國最大的輕稀土制造基地，也是目前探索的世界最大稀土礦藏，這里的稀土主要成分是氟碳鈰礦和獨居石。但是，由于多年以來對于礦石的提取主要以鐵[1]為主，造成大批稀土未能充分利用。近年來，隨著國家政策的出臺，充分整合有限資源，推動綠色可持續發展道路，稀土尾礦越來越受到大家的關注。本文通過微波預處理，對尾礦進行XRD表征，再進行酸浸實驗，提取出尾礦中的稀土元素，實現了資源的二次利用，也減小了對環境的污染。

1、XRD測試的準備條件

（1）本實驗試樣是來自含有稀土的白云鄂博尾礦，將試樣倒入研磨罐中，進行研磨一段時間后停止，將磨好的樣品收集起來。

（2）設立兩組測試實驗，其中一組為研磨好的尾礦原樣;另一組將樣品放入微波消解儀中消解，微波處理后，收集固體樣品。

（3）將磨好的原樣放入X射線衍射儀進行表征，得出圖1;將微波處理的樣品并進行X射線衍射表征，得出圖2。

2、X射線衍射圖像的分析

2.1.稀土尾礦的XRD圖像

在研究微波預處理之前，對稀土尾礦的原礦[2]進行X射線衍射分析，如圖1：

由圖1可以知道，該圖譜主要是 、 、 、 、 、 、 、 的衍射峰。

其中，從XRD圖像中可以看出含有稀土元素的礦物以氟碳鈰礦（ ）和獨居石【 】為主;含鐵礦物主要存在于黃鐵礦（ ）。而且 以白云石存在形式為主; 元素存在于石英和硅酸鹽礦中; 主要存在于重晶石中。

2.2.微波處理的尾礦XRD圖像

如圖2為微波處理的XRD圖像：

將圖2的微波消解處理的XRD圖譜與圖1圖像對照發現，在對應含有稀土元素的 衍射角上，如： 在 、 、 、 以及 附近時，氟碳鈰礦、獨居石衍射峰強度出現了明顯的消失或減弱;而其他物質的衍射峰，如： 在 、 附近時衍射強度明顯降低; 在 時 完全消失了; 之類的物質在 時的強度也發生下降等等。

3、氟碳鈰礦、獨居石的浸出反應

用濃HCI作浸出劑將消解好的固體樣品進行酸浸實驗，以探究微波預處理期間發生的酸浸化學反應。

通過研究發現，氟碳鈰礦在微波消解發生了浸出反應及其物相變化。根據武吉 [3]研究在高溫情況下，氟碳鈰礦會轉變為稀土氧化物，可以推測出在微波消解情況下發生的化學反應與之類似。其發生的化學反應為：

造成了氟碳鈰礦分解為稀土殘渣（富含稀土）。與此同時，再直接在酸浸條件下，稀土氧化物可以轉變為可溶性稀土鹽類化合物。發生的化學反應為：

而尾礦中含有稀土元素的另一種礦獨居石也發生衍射峰消失和減弱，其發生化學反應為：

4.微波預處理的工作機理

微波技術是一種電磁波波技術[4]，當含有極性分子物質在微波作用過程中，它們之間能夠相互耦合，極性分子在電磁場變化情況下不斷擺脫非極性分子的束縛和原有熱運動的作用，達到將動能轉化為熱能，溫度不斷升高，使得礦石顆粒受熱分解。

通過Gisele [5]等人先前發表的一些研究可以知道，研究人員認為微波預處理能夠析出稀土，是因為微波處理技術能使礦物的晶體結構發生變化，在水加熱和汽化間能夠產生裂紋和細孔，并且隨著微波照射持續時間的增加，表面粗糙度和顆粒孔隙率增加，礦物顆粒因微波輻射而膨脹和降解，內表面暴露出來，并引入了浸出劑可及的較高活性表面積，浸出劑能夠很容易進入礦物中，從而把稀土物質從礦物在浸出來。

5.結語

本文對在白云鄂博礦進行了XRD表征分析，且對在微波預處理情況下的物質衍射峰進行分析。得出的結果表明，微波預處理對稀土浸出起著增強的作用，在 處于 區間范圍內，含有氟碳鈰礦、獨居石衍射峰發生了明顯的降低，而其他物質的衍射峰如 、 、 等物質也存在著變化。與此同時，通過查找相關文獻資料，我們簡單地對微波預處理下的稀土礦物發生的浸出反應進行探究，并且了解了微波預處理的工作機理，讓我們有了深刻的理解。

參考文獻

[1]? 馬瑩，李娜，王其偉，楊啟山.白云鄂博礦稀土資源的特點及研究開發現狀[J].中國稀土學報.2016，34（6）：641-649.

[2]? 鄭強，邊雪，吳文遠.白云鄂博稀土尾礦的工藝礦物學研究[J].東北大學學報（自然科學版）.2017，38（8）：1107-1111.

[3]? 武吉. 包頭含稀土選鐵尾礦硫酸銨焙燒、浸出及物相轉變實驗研究[D].東北大學，2015.

[4]? 黃宇坤. 微波強化分解包頭稀土礦清潔工藝的基礎研究[D].東北大學，2017.

[5]? Adrian Lambert;John Anawati;Mugdha Walawalkar;Jason Tam;Gisele Azimi.Innovative Application of Microwave Treatment for Recovering of Rare Earth Elements from Phosphogypsum[J].ACS Sustainable Chemistry&Engineering，2018.