磁处理强化碳酸氢钠沉淀稀土浸出液过程的研究①

陈 向， 廖德华

（湖南有色金属职业技术学院 资源环境系，湖南 株洲412006）

磁处理技术具备无污染、低成本、操作方便等优点，在矿业、环保、化工、医疗等多个领域都得到了广泛应用［1-2］。 磁处理技术与矿物加工技术相结合，可以有效强化回收效果，提高矿产资源的综合利用效果［3-5］。 有研究者运用磁处理技术处理某稀土母液，稀土纯度提高了3%～4%［6］；用磁处理技术处理草酸溶液，强化了稀土沉淀过程，在不降低稀土纯度的基础上，沉淀率还提高了2%～3%，同时降低了成本［7］。 本文针对福建某稀土矿采取无铵浸出，对浸出后的稀土液分别在常规条件和磁处理条件下进行沉淀，对比2 种条件下的沉淀效果，以完善磁处理条件下稀土沉淀工艺。

1 矿石特性及研究方法

1.1 矿石特性

福建某稀土矿属于风化壳淋积型，大多数稀土元素分布在细粒级中。 为避免铵离子对环境的污染，采取硫酸镁作为浸矿剂处理该稀土原矿，经硫酸镁浸出淋洗后的稀土浸出液成分见表1。由表1 可知，原矿经硫酸镁浸出及淋洗后所得浸出液中稀土含量为4.12 mmol／L。

表1 淋积型稀土浸出液成分／（mmol·L-1）

1.2 研究方法

所用试剂碳酸氢钠、盐酸和氢氧化钠都为分析纯；水为蒸馏水。

磁处理设备为稀土永磁内磁处理器。 磁处理沉淀工艺是对浸出液与溶液磁化处理后再进行沉淀。

分别采用常规条件和磁处理条件沉淀工艺对稀土浸出液进行沉淀。 每次取500 mL 浸出液，在25 ℃条件下，将盛有浸出液的烧杯放入已预热25 ℃的水浴锅中，加入一定量的碳酸氢钠进行沉淀，过滤，得到沉淀物并进行灼烧处理。 沉淀完全后测定浸出液中稀土含量，计算稀土沉淀率，显示剂为偶氮胂Ⅲ；对灼烧后所得产物（稀土）用盐酸溶解，同时加入少量过氧化氢，再用草酸重量法测定其中稀土含量，计算稀土纯度。

2 试验结果与分析

2.1 常规条件下沉淀工艺试验

根据前期探索，选择在温度25 ℃、碳酸氢钠与稀土质量比（Re2O3∶NaHCO3）＝1 ∶2.5、pH ＝5.5、搅拌时间3 h、搅拌强度240 r／min 的常规条件下进行沉淀试验，得到稀土沉淀率为95.12%，稀土纯度为94.26%。

2.2 磁处理条件下沉淀工艺试验

浸出液经磁化处理后，可有效提高浸出液中溶解氧的浓度，也可有效促进药剂在目的矿物表面的吸附［1］。 浸出液通过稀土永磁内磁处理器，受到磁化处理；磁场在液体中引起附加磁矩，从而产生附加磁场和附加能量，使抗磁性液体的内聚力减小，分子势垒降低，引起物理性质变化，从而达到改善浸出液沉淀效果的目的。

先对稀土浸出液、NaHCO3溶液磁化处理，再进行稀土沉淀工艺试验，考察磁处理条件下稀土的沉淀效果。

2.2.1 碳酸氢钠与稀土质量比试验

先在磁场强度500 kA／m、磁化时间20 min 条件下，对稀土浸出液、NaHCO3溶液进行磁化处理；然后在温度25 ℃、 pH＝5.5、搅拌时间3 h、搅拌强度240 r／min 条件下，考察碳酸氢钠与稀土质量比对稀土沉淀效果的影响，结果见图1。 从图1 看出，稀土沉淀率随着碳酸氢钠用量增加而上升，但稀土纯度却逐步下降。 这是因为随着碳酸氢钠用量增大，稀土离子沉淀更完全，但同时其他杂质离子沉淀率也会增大，所以总沉淀率上升了，但纯度下降。 综合考虑沉淀率和纯度，选择碳酸氢钠与稀土质量比为2.2，此时稀土沉淀率为93.56%，稀土纯度为93.45%。

图1 碳酸氢钠与稀土质量比对稀土沉淀率和纯度的影响

2.2.2 沉淀pH 值试验

碳酸氢钠与稀土质量比为2.2，其他条件不变，pH值对稀土沉淀率和纯度的影响见图2。

图2 pH 值对稀土沉淀率和纯度的影响

从图2 看出，当pH ＝5.0 时，稀土沉淀率、纯度最高，分别为95.27%和93.96%。 因此，选择pH＝5.0。

2.2.3 搅拌强度试验

pH＝5.0，其他条件不变，搅拌强度对稀土沉淀率和稀土纯度的影响见图3。

图3 搅拌强度对稀土沉淀率和纯度的影响

从图3 看出，在搅拌强度低于210 r／min 时，稀土沉淀率和纯度都随搅拌强度增大而增大，但继续增大

搅拌强度，不利于稀土沉淀，稀土沉淀指标下降。 本试验选择搅拌强度为210 r／min。

2.2.4 磁场强度试验

搅拌强度210 r／min，其他条件不变，磁场强度对稀土沉淀率和稀土纯度的影响见图4。

图4 磁场强度对稀土沉淀率和纯度的影响

从图4 可知，当磁场强度达到550 kA／m 时，稀土沉淀指标最佳，此时，稀土沉淀率、纯度分别为97.06%和94.57%。

2.2.5 磁化时间试验

磁场强度550 kA／m，其他条件不变，磁化时间对稀土沉淀率和稀土纯度的影响见图5。

图5 磁化时间对稀土沉淀率和纯度试验结果

从图5 可知，稀土指标首先随磁化时间增加而升高，当磁化时间超过35 min 后，稀土沉淀率有继续升高的趋势，但是稀土纯度却开始下降。 综合考虑，确定磁化时间为35 min，此时稀土沉淀率为98.75%，稀土纯度为95.36%。

2.2.6 优化条件试验

在单因素条件试验基础上，确定最优试验参数为：磁场强度550 kA／m、磁化时间35 min、碳酸氢钠与稀土质量比2.2、pH＝5.0、搅拌时间3 h、搅拌强度210 r／min，在此条件下进行验证试验，获得稀土沉淀率为98.88%，稀土纯度为95.68%。

3 结 论

1） 福建某稀土矿属于风化壳淋积型，大多数稀土元素分布在细粒级中。 该淋积型稀土原矿采取硫酸镁作为浸矿剂，硫酸镁浸出及淋洗后所得溶液的稀土含量为4.12 mmol／L。

2） 在温度25 ℃、碳酸氢钠与稀土质量比2.5、pH＝5.5、搅拌时间3 h、搅拌强度240 r／min 的常规条件下对稀土浸出液进行沉淀，稀土沉淀率为95.12%，稀土纯度为94.26%。

3） 在磁场强度550 kA／m、磁化时间35 min 条件下对稀土浸出液和NaHCO3溶液进行磁化处理，同时在温度25 ℃、碳酸氢钠与稀土质量比2.2、pH＝5.0、搅拌时间3 h、搅拌强度210 r／min 的条件下进行稀土沉淀，稀土沉淀率、纯度分别为98.88%和95.68%，较常规条件下沉淀分别提高了3.76 个百分点和1.42 个百分点；并且碳酸氢钠与稀土质量比降低了0.3，pH 值降低了0.5，搅拌强度降低了30 r／min。

4） 磁处理强化碳酸氢钠沉淀稀土浸出液工艺利用钕铁硼稀土永磁内磁处理器磁化浸出液，可提高金属离子与药剂的作用效果、降低沉淀pH 值、降低搅拌强度。 该磁化沉淀稀土浸出液工艺对风化壳淋积型稀土回收具有一定指导意义。