离子型稀土矿颗粒表面双电层镧、铵分布研究

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离子型稀土资源因其独特的战略意义备受关注,对于稀土离子的赋存研究多集中于宏观层面,从成矿机理、吸附/解吸特性、赋存形态等方面进行研究探讨,从微观层面对离子的赋存位置研究甚少。因此,研究稀土离子、铵离子在稀土矿中的具体赋存位置,对离子型稀土高效浸出、尾矿残留铵治理有着重要的意义。本文结合双电层理论对离子型稀土浸取过程进行研究,选用颗粒表面电荷密度模型计算出离子在双电层中的占比情况。进行了不同初始浓度氯化镧、氯化铵溶液在不同类型稀土矿上的吸附/解吸试验,结合试验结果与模型计算结果,研究结论如下所示:(1)矿样对阳离子的吸附能力与比表面积并无直接关系,而与矿样的表面电位成正相关,表面电位越大,吸附能力越强,这与矿样颗粒表面的带电性有关。基于表面电荷密度模型计算出离子在三地稀土矿双电层滑动面中占比为寻乌1.61%、安远1.3%、信丰1.12%。分析得出阳离子吸附能力与离子占比的大小成正比,阳离子吸附能力越强,离子在双电层中外Helmholtz层的占比越大。(2)镧离子在高岭土上的吸附量呈现“阶梯式”增长,而镧离子在稀土矿饱和吸附过程中却并未出现类似现象,且在氯化镧浓度为0.4 g·L-1时达到最大吸附量,推断该现象为镧离子在高岭土上吸附未饱和所致。镧离子在三地稀土矿的吸附特性有所不同,吸附形态以离子态、固定态为主。固定态、离子态镧在寻乌矿的吸附量最多,表明寻乌矿对镧的“亲和力”更强,推测该种“亲和力”可能与稀土富集成矿有关。将离子占比与饱和吸附原矿镧解吸试验结果对比,发现离子占比计算值与试验结果存在差异,水溶态镧占吸附总量的1-10%,离子态镧占吸附总量的33-93%。(3)在浓度30 mmol·L-1时,铵在稀土矿上的吸附达到最大吸附量。不同地区稀土矿对铵的吸附特性具有差异性,表现为不同形态的铵吸附量的差异性,这是由稀土矿成矿原因、稀土品味、矿物成分、电化学性质共同决定。稀土离子的提取主要依靠离子态铵,比例并非简单的3:1,而与矿样理化性质、稀土平均价态相关。离子占比结果表明仅有2%的离子赋存于扩散层中,与尾矿铵解吸试验结果不符。尾矿淋洗试验表明水溶态离子释放并不会引起Zeta电位大幅度波动,离子态离子释放会引起Zeta电位绝对值增大。由于对滑动面的界定位置有所争议,离子占比计算结果与实际解吸结果有所偏差。结果表明,水溶态离子赋存于扩散层中,离子态离子赋存于外Helmholtz层中。
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