磁處理強化碳酸氫鈉沉淀稀土浸出液過程的研究①

陳 向， 廖德華

（湖南有色金屬職業技術學院 資源環境系，湖南 株洲412006）

磁處理技術具備無污染、低成本、操作方便等優點，在礦業、環保、化工、醫療等多個領域都得到了廣泛應用［1-2］。 磁處理技術與礦物加工技術相結合，可以有效強化回收效果，提高礦產資源的綜合利用效果［3-5］。 有研究者運用磁處理技術處理某稀土母液，稀土純度提高了3%～4%［6］；用磁處理技術處理草酸溶液，強化了稀土沉淀過程，在不降低稀土純度的基礎上，沉淀率還提高了2%～3%，同時降低了成本［7］。 本文針對福建某稀土礦采取無銨浸出，對浸出后的稀土液分別在常規條件和磁處理條件下進行沉淀，對比2 種條件下的沉淀效果，以完善磁處理條件下稀土沉淀工藝。

1 礦石特性及研究方法

1.1 礦石特性

福建某稀土礦屬于風化殼淋積型，大多數稀土元素分布在細粒級中。 為避免銨離子對環境的污染，采取硫酸鎂作為浸礦劑處理該稀土原礦，經硫酸鎂浸出淋洗后的稀土浸出液成分見表1。由表1 可知，原礦經硫酸鎂浸出及淋洗后所得浸出液中稀土含量為4.12 mmol／L。

表1 淋積型稀土浸出液成分／（mmol·L-1）

1.2 研究方法

所用試劑碳酸氫鈉、鹽酸和氫氧化鈉都為分析純；水為蒸餾水。

磁處理設備為稀土永磁內磁處理器。 磁處理沉淀工藝是對浸出液與溶液磁化處理后再進行沉淀。

分別采用常規條件和磁處理條件沉淀工藝對稀土浸出液進行沉淀。 每次取500 mL 浸出液，在25 ℃條件下，將盛有浸出液的燒杯放入已預熱25 ℃的水浴鍋中，加入一定量的碳酸氫鈉進行沉淀，過濾，得到沉淀物并進行灼燒處理。 沉淀完全后測定浸出液中稀土含量，計算稀土沉淀率，顯示劑為偶氮胂Ⅲ；對灼燒后所得產物（稀土）用鹽酸溶解，同時加入少量過氧化氫，再用草酸重量法測定其中稀土含量，計算稀土純度。

2 試驗結果與分析

2.1 常規條件下沉淀工藝試驗

根據前期探索，選擇在溫度25 ℃、碳酸氫鈉與稀土質量比（Re2O3∶NaHCO3）＝1 ∶2.5、pH ＝5.5、攪拌時間3 h、攪拌強度240 r／min 的常規條件下進行沉淀試驗，得到稀土沉淀率為95.12%，稀土純度為94.26%。

2.2 磁處理條件下沉淀工藝試驗

浸出液經磁化處理后，可有效提高浸出液中溶解氧的濃度，也可有效促進藥劑在目的礦物表面的吸附［1］。 浸出液通過稀土永磁內磁處理器，受到磁化處理；磁場在液體中引起附加磁矩，從而產生附加磁場和附加能量，使抗磁性液體的內聚力減小，分子勢壘降低，引起物理性質變化，從而達到改善浸出液沉淀效果的目的。

先對稀土浸出液、NaHCO3溶液磁化處理，再進行稀土沉淀工藝試驗，考察磁處理條件下稀土的沉淀效果。

2.2.1 碳酸氫鈉與稀土質量比試驗

先在磁場強度500 kA／m、磁化時間20 min 條件下，對稀土浸出液、NaHCO3溶液進行磁化處理；然后在溫度25 ℃、 pH＝5.5、攪拌時間3 h、攪拌強度240 r／min 條件下，考察碳酸氫鈉與稀土質量比對稀土沉淀效果的影響，結果見圖1。 從圖1 看出，稀土沉淀率隨著碳酸氫鈉用量增加而上升，但稀土純度卻逐步下降。 這是因為隨著碳酸氫鈉用量增大，稀土離子沉淀更完全，但同時其他雜質離子沉淀率也會增大，所以總沉淀率上升了，但純度下降。 綜合考慮沉淀率和純度，選擇碳酸氫鈉與稀土質量比為2.2，此時稀土沉淀率為93.56%，稀土純度為93.45%。

圖1 碳酸氫鈉與稀土質量比對稀土沉淀率和純度的影響

2.2.2 沉淀pH 值試驗

碳酸氫鈉與稀土質量比為2.2，其他條件不變，pH值對稀土沉淀率和純度的影響見圖2。

圖2 pH 值對稀土沉淀率和純度的影響

從圖2 看出，當pH ＝5.0 時，稀土沉淀率、純度最高，分別為95.27%和93.96%。 因此，選擇pH＝5.0。

2.2.3 攪拌強度試驗

pH＝5.0，其他條件不變，攪拌強度對稀土沉淀率和稀土純度的影響見圖3。

圖3 攪拌強度對稀土沉淀率和純度的影響

從圖3 看出，在攪拌強度低于210 r／min 時，稀土沉淀率和純度都隨攪拌強度增大而增大，但繼續增大

攪拌強度，不利于稀土沉淀，稀土沉淀指標下降。 本試驗選擇攪拌強度為210 r／min。

2.2.4 磁場強度試驗

攪拌強度210 r／min，其他條件不變，磁場強度對稀土沉淀率和稀土純度的影響見圖4。

圖4 磁場強度對稀土沉淀率和純度的影響

從圖4 可知，當磁場強度達到550 kA／m 時，稀土沉淀指標最佳，此時，稀土沉淀率、純度分別為97.06%和94.57%。

2.2.5 磁化時間試驗

磁場強度550 kA／m，其他條件不變，磁化時間對稀土沉淀率和稀土純度的影響見圖5。

圖5 磁化時間對稀土沉淀率和純度試驗結果

從圖5 可知，稀土指標首先隨磁化時間增加而升高，當磁化時間超過35 min 后，稀土沉淀率有繼續升高的趨勢，但是稀土純度卻開始下降。 綜合考慮，確定磁化時間為35 min，此時稀土沉淀率為98.75%，稀土純度為95.36%。

2.2.6 優化條件試驗

在單因素條件試驗基礎上，確定最優試驗參數為：磁場強度550 kA／m、磁化時間35 min、碳酸氫鈉與稀土質量比2.2、pH＝5.0、攪拌時間3 h、攪拌強度210 r／min，在此條件下進行驗證試驗，獲得稀土沉淀率為98.88%，稀土純度為95.68%。

3 結 論

1） 福建某稀土礦屬于風化殼淋積型，大多數稀土元素分布在細粒級中。 該淋積型稀土原礦采取硫酸鎂作為浸礦劑，硫酸鎂浸出及淋洗后所得溶液的稀土含量為4.12 mmol／L。

2） 在溫度25 ℃、碳酸氫鈉與稀土質量比2.5、pH＝5.5、攪拌時間3 h、攪拌強度240 r／min 的常規條件下對稀土浸出液進行沉淀，稀土沉淀率為95.12%，稀土純度為94.26%。

3） 在磁場強度550 kA／m、磁化時間35 min 條件下對稀土浸出液和NaHCO3溶液進行磁化處理，同時在溫度25 ℃、碳酸氫鈉與稀土質量比2.2、pH＝5.0、攪拌時間3 h、攪拌強度210 r／min 的條件下進行稀土沉淀，稀土沉淀率、純度分別為98.88%和95.68%，較常規條件下沉淀分別提高了3.76 個百分點和1.42 個百分點；并且碳酸氫鈉與稀土質量比降低了0.3，pH 值降低了0.5，攪拌強度降低了30 r／min。

4） 磁處理強化碳酸氫鈉沉淀稀土浸出液工藝利用釹鐵硼稀土永磁內磁處理器磁化浸出液，可提高金屬離子與藥劑的作用效果、降低沉淀pH 值、降低攪拌強度。 該磁化沉淀稀土浸出液工藝對風化殼淋積型稀土回收具有一定指導意義。