[发明专利]一种确定离子型稀土浸矿过程源汇项的方法

摘要

本发明涉及一种确定离子型稀土浸矿过程源汇项的方法，适用于离子型稀土矿浸矿过程的模拟和最优浸矿剂的浓度的确定。本发明包含四个步骤：(1)确定稀土矿样的离子交换选择系数；(2)确定稀土矿样的稀土品位；(3)建立浸矿过程的源汇项模型；(4)确定源汇项模型中的参数。本发明结合对流‑弥散方程，可以模拟离子型稀土浸矿过程，可以确定最优浸矿剂的浓度，为原地浸矿确定浸矿剂的浓度提供依据。当采用最优浓度为12.0g/L的硫酸铵溶液进行柱浸试验，得到的稀土浸取率高达96.3％。

主权项

1.一种确定离子型稀土浸矿过程源汇项的方法，其特征是，包括以下步骤：第一步，确定稀土矿样的离子交换选择系数：进行浸矿剂浓度为1.0g/L～20.0g/L浸取离子型稀土矿样的平衡杯浸试验，采用现有方法测试浸出液中稀土离子浓度，得到浸矿剂溶液与浸出液中稀土离子浓度的关系曲线，以离子交换选择系数为基本未知量，采用离子交换模型拟合浸矿剂浓度与浸出液中稀土离子浓度的关系曲线，确定稀土矿样的离子交换选择系数；第二步，确定稀土矿样的稀土品位：进行液固比为5:1mL/g、硫酸铵溶液的浓度为20g/L的平衡杯浸试验，对浸出液和稀土矿样进行固液分离，量取与杯浸试验相同体积的硫酸铵溶液对稀土矿样进行淋洗，测试浸出稀土离子的总质量，采用关系式(1)计算稀土矿样的品位：关系式(1)中：η为稀土品位，mRE为浸出的稀土离子的总质量，ms为稀土矿样的质量，MREO和MRE分别为稀土氧化物和稀土离子的摩尔质量；第三步，建立浸矿过程的源汇项模型：离子型稀土矿样的稀土浸出包括三个过程：(1)铵根离子通过扩散层达到稀土矿样颗粒表面，(2)铵根离子与吸附在稀土矿样颗粒表面的稀土离子发生离子交换反应，(3)解吸下来的稀土离子通过扩散层进入外部溶液；铵根离子和稀土离子通过扩散层的过程采用Fick定律描述，可以分别通过关系式(2)和关系式(3)进行计算；关系式(2)和关系式(3)中：N_RE为吸附在稀土矿样颗粒表面的稀土离子的摩尔数，t为时间，d为求导符号，m_s为稀土矿样的质量，和分别为外部溶液中铵根离子和稀土离子的浓度，和分别为靠近稀土矿样颗粒表面的液相铵根离子和液相稀土离子的浓度，和α_RE分别为与铵根离子和稀土离子在扩散层中的扩散系数相关的参数，和M_RE分别为铵根离子和稀土离子的摩尔质量；铵根离子与吸附在稀土矿样颗粒表面的稀土离子发生离子交换反应采用关系式(4)描述；关系式(4)中：K为离子交换选择系数，和分别为靠近稀土矿样颗粒表面的液相铵根离子和液相稀土离子的浓度，和分别为吸附在稀土矿样颗粒表面的铵根离子和稀土离子的浓度；浸出过程中，以稀土矿样颗粒、扩散层和外部溶液所组成的体系为研究对象，在整个体系内，铵根离子和稀土离子应满足质量守恒，分别采用关系式(5)和关系式(6)描述；关系式(5)和关系式(6)中：m_s为稀土矿样的质量，V_L为外部溶液体积，和分别为吸附在稀土矿样颗粒表面的铵根离子和稀土离子的浓度，和分别为外部溶液中铵根离子和稀土离子的浓度，和分别为浸矿前吸附在稀土矿样颗粒表面的铵根离子和稀土离子的浓度，和分别为浸矿前外部溶液中铵根离子和稀土离子的浓度；以稀土矿样颗粒为研究对象，浸矿前后，稀土矿样颗粒表面的吸附位数量不发生变化，则浸矿前后吸附在稀土矿样颗粒表面的铵根离子和稀土离子应满足关系式(7)；关系式(7)中，和M_RE分别为铵根离子和稀土离子的摩尔质量，和分别为吸附在稀土矿样颗粒表面的铵根离子和稀土离子的浓度，和分别为浸矿前吸附在稀土矿样颗粒表面的铵根离子和稀土离子的浓度；把关系式(2)、关系式(3)和关系式(5)～关系式(7)代入关系式(4)中，可以得到关系式(8)；关系式(8)中：K为离子交换选择系数，和M_RE分别为铵根离子和稀土离子的摩尔质量，和分别为浸矿前吸附在稀土矿样颗粒表面的铵根离子和稀土离子的浓度，和分别为浸矿前外部溶液中铵根离子和稀土离子的浓度，为外部溶液中稀土离子的浓度，为吸附在稀土矿样颗粒表面的稀土离子的浓度，和α_RE分别为与铵根离子和稀土离子在扩散层中的扩散系数相关的参数，t为时间，d为求导符号，m_s为稀土矿样的质量，V_L为外部溶液体积；关系式(8)中为吸附在稀土矿样颗粒表面的稀土离子浓度随时间的变化速率，即为浸出过程的源汇项，以为基本未知量，关系式(8)为关于的一元三次方程，采用现有的方法解关系式(8)，即可得到离子型稀土浸矿过程的源汇项，结果为关系式(9)，关系式(9)中的参数可以通过关系式(10)～关系式(15)确定；关系式(9)～关系式(15)中：p、q、a、b、c和e为计算过程的临时参数，为吸附在稀土矿样颗粒表面的稀土离子的浓度，和M_RE分别为铵根离子和稀土离子的摩尔质量，和α_RE分别为与铵根离子和稀土离子在扩散层中的扩散系数相关的参数，和分别为浸矿前外部溶液中铵根离子和稀土离子的浓度，为外部溶液中稀土离子的浓度，和分别为浸矿前吸附在稀土矿样颗粒表面的铵根离子和稀土离子的浓度，K为离子交换选择系数，t为时间，d为求导符号，m_s为稀土矿样的质量，V_L为外部溶液体积；第四步，确定源汇项模型中的参数：进行稀土矿样的浸出动力学试验，测试不同反应时间浸出液中稀土离子的浓度，确定外部溶液中稀土离子的生成速率，通过关系式(16)得到稀土矿样颗粒表面吸附的稀土离子浓度随时间的变化速率的试验数据，关系式(16)中：为吸附在稀土矿样颗粒表面的稀土离子的浓度，为外部溶液中稀土离子的浓度，t为时间，d为求导符号，m_s为稀土矿样的质量，V_L为外部溶液体积；以和α_RE为基本未知量，采用第三步建立的源汇项模型中关系式(9)拟合稀土矿样颗粒表面吸附的稀土离子浓度随时间的变化速率的试验数据，最终确定稀土浸矿过程的源汇项参数和α_RE。