[发明专利]从包含高岭石的颗粒物质获得的稀土元素组合物和从包含高岭石的颗粒物质获得稀土元素组合物的方法

说明书

要求优先权/通过引用结合

本PCT国际申请要求2012年5月10日提交的美国临时专利申请号61/645,237的优先权权益，且该申请通过引用以其全文结合到本文中。

领域描述

本说明书涉及从包含高岭石的颗粒组合物获得的稀土元素组合物和从包含高岭石的颗粒物质获得稀土元素组合物的方法。

背景

高岭土或高岭石粘土是一种粘土，其包含含有为白色或近白色的，或可被选矿处理为白色或近白色的高岭土矿物的岩石。这样的粘土由长石岩例如花岗岩和片麻岩中包含的长石和云母矿物成分的风化和热液蚀变而形成。原高岭土为在它们形成的地点的沉积物中发现的那些高岭土，且它们通常含有高岭土矿物、一些不变的云母和可能的长石，和稳定的矿物质例如石英，其必须在对粘土产品的精炼过程中从粘土中分离。例如，原高岭土矿床在诸如英格兰西南部、法国、德国、西班牙和捷克共和国的地方开采和加工。沉积的高岭土(其或者称为二次高岭土)是含有由长石类源岩侵蚀的和河流或边缘海洋环境例如与三角洲有关的那些环境中沉积的沉积物的那些高岭土。例如，从美国乔治亚州、南卡罗来纳州和阿拉巴马州的矿床，和从巴西帕拉州的矿床开采和加工的高岭土通常是沉积型。也可以使用在不同地质纪元沉积的沉积粘土，例如第三纪粘土或白垩粘土。

稀土元素包括包括十五个镧系元素、钪和钇(即，分别对应于与原子数57-71、21和39相关联的元素)。稀土元素，虽然在地壳中是相对丰富的，但通常在大多数地壳岩石中是分散的且未发现富集的量或经济上可开发的形式。例外的情况包括火成岩，例如位于加利福尼亚Pass山脉的碳酸盐岩；位于新墨西哥的帕哈利托山的过碱性正长岩和花岗岩；和存在于内华达新月峰附近的花岗岩的独居石-磷灰石矿脉。世界上最大的稀土矿藏是在中国内蒙古的白云鄂博。白云鄂博的稀土作为从各种含磁铁矿岩类型的铁生产的副产品被回收。稀土元素富集在与矿石有关的特定副矿物中。可含有稀土元素的一些矿物是磷灰石、氟碳铈矿、磷铝铈矿、独居石，磷钇矿。氟碳铈矿是一种镧系元素碳酸盐。独居石、磷灰石和磷钇矿是磷酸盐。磷铝铈矿和多种较少知晓的含有稀土的矿物质是水合磷酸铝。含磷酸盐矿物抵抗风化的化学攻击，且它们可以在沉积矿床中发现。一些含有独居石和磷钇矿(其可经济地分离)的海洋重矿物砂矿床位于澳大利亚的埃尼亚巴(Eneabba)；和在巴西、印度、马来西亚、泰国、中国、台湾、美国、新西兰、斯里兰卡、印度尼西亚、扎伊尔和韩国作为副产品开采和加工的其它重矿物海滩砂矿床。一些高岭石粘土岩(沉积的高岭土)矿藏含有微量浓度的水合磷酸铝，但已知没有商业开发的沉积的高岭土矿用于生产稀土精矿。

用于从矿床分离含有稀土元素的矿物的方法对于每一种情况都是特定的。从坚硬的岩石例如碳酸盐岩或花岗岩进行稀土矿的地面或地下开采通常需要通过破碎、磨矿使矿物解离，然后选矿。浮选用于加利福尼亚Pass山脉，以从含有约5重量% REO (稀土氧化物)的矿石浓集解离的氟碳铈矿颗粒，以形成含有约60重量% REO的精矿。含有独居石和磷钇矿颗粒的冲积矿砂矿床可利用重力分离设备例如选筛、螺旋分级机和水力旋流器，以基于它们的不同的比重将离散的重矿物砂粒与轻矿物分离。然后使从重力分离的重矿物进入移出磁性矿物的磁选机、移出氧化钛矿物的静电分离器和最后的分离锆石的磁分离阶段。然后使从各种地质环境产生的稀土矿物精矿进料至通过溶解在热浓酸或碱浸来提取REE (稀土元素)的工艺过程中。分离特定稀土元素的进一步化学分馏发生在浸出阶段之后。

稀土元素由于其在现代装置和工艺过程中的很多应用而为一种有价值的商品。例如，稀土元素通常用于电池、紧凑型荧光灯、航空航天部件、平板显示器、高温超导体、激光器、抛光化合物、催化剂、水净化装置、紧凑型扬声器和电子设备，以及其它装置和方法。因此，虽然稀土元素的富矿床是罕见的，对稀土元素的需求却不断增加。结果，识别从矿源浓集有用量的稀土元素的新的、经济可行的方法将是期望的，其中稀土元素分散在矿石中的具有低体积浓度的含REO矿物中。例如，因为可发现稀土元素为以低体积浓度分散在具有高浓度高岭石的矿石内的矿物中的成分，所以期望开发经济可行的方法以将稀土元素组合物从含有高岭石(例如高岭土)的物质分离。