磷矿中伴生稀土是继南方离子型稀土后我国又一重要中重稀土资源。磷矿中伴生稀土以类质同象方式赋存于磷矿岩中,其赋存状态不同于北方稀土矿,也不同于南方离子型稀土矿,现有的用于传统稀土矿的冶炼分离技术无法经济处理磷矿中伴生稀土资源。对磷矿中的稀土资源,由于稀土品位低,单独提取稀土无经济优势,需与磷酸生产相结合。世界80%以上的湿法磷酸以硫酸法生产,由于硫酸法工艺中稀土走向分散、工艺复杂、回收成本高。因此,寻求一种高效、低耗、绿色环保的磷矿中伴生稀土提取技术,对合理的开发利用此类资源具有重要意义。针对磷矿伴生稀土提取过程中存在的问题,本文提出了磷酸法处理含稀土磷矿的新思路。以工艺矿物学为基础,对稀土浸出热力学、动力学、高磷溶液中稀土分离及稀土在浸出过程中的物相演变等方面进行了详细研究,获得了磷酸法提取稀土的基础理论与工艺。工艺矿物学研究表明,磷精矿中绝大部分为胶磷矿,其次为方解石、白云石和石英,另有少量的褐铁矿、粘土矿物、萤石等;胶磷矿绝大部分都以单体的形式存在,少量胶磷矿与方解石、白云石、石英等连生;稀土主要以类质同象的形式存在于磷酸盐相(胶磷矿)中,约占总稀土量的95%,其次以独立矿物的形式存在(约占5%),微量的稀土以离子吸附的形式存在(小于总量的0.1%)。归纳整理了溶液中稀土离子与HPO42-、H2PO4-、F-、Cl-、SO42-等无机离子在25℃、O.1MPa下的标准吉布斯自由能、标准焓、熵及热容等基础热力学数据;推导了溶液中稀土与无机离子形成络合物的平衡常数,其中稀土与F-的络合物平衡常数大于与H2PO4-形成络合物的平衡常数,磷酸法中溶液含适量F-时可有效提高稀土浸出率;绘制了 RE-H2O 系、RE-PO43--H2O 系、RE-SO42--H2O 系及 RE-SO42--PO43--H2O系电位-pH图,相对RE-H20系,在溶液中引入磷酸、硫酸后,稀土磷酸盐的稳定区变窄,同时形成稳定区较大的稀土硫磷复合物新物相。浸出试验研究表明,在浸出时间8h、浸出温度65℃、纯磷酸浓度23%、矿石粒度-400目占82%、液固比10:1、搅拌速度300rpm、初始Ca2+浓度0g/L、初始SO42-浓度0g/L的条件下处理含31.92%P2O5、50.48%CaO、0.13%RE的磷精矿,稀土浸出率为85.4%,磷浸出率为96.4%;在浸出时间8h、浸出温度65℃、工厂返酸浓度25%、矿石粒度-400目占82%、液固比10:1、搅拌速度300rpm的条件下,稀土浸出率为90.5%,磷浸出率为96.2%,并开展了百公斤级的返酸浸出扩大验证试验,结果与实验室小试一致;借助热力学计算与XRD、SEM、EDS、TEM及矿相显微镜等仪器表征,研究了精矿在磷酸浸出过程中的物相演变信息,确定了磷酸法的反应机理,即精矿中磷、钙及稀土以磷酸二氢盐形式进入溶液中,氟以类晶质氟化钙的形式进入渣中。动力学研究表明,磷酸法中稀土浸出符合未反应核缩减动力学模型,浸出过程受表面化学反应控制,表观反应活化能为44.6 kJ/mol,反应级数为0.993;通过单因素试验,建立了粒度、温度、酸浓度、初始钙浓度等单因素对稀土浸出效果的动力学方程;采用SPSS软件工具建立稀土浸出过程的动力学数学模型,1-(1-x)1/3=te8.596-504.215/T+0.109ln[C]+28.6871n[r0]+0.0821n[CCa]高磷溶液中稀土分离研究表明,在温度30℃,吸附时间240min、液固比100的条件下,采用BK-532树脂可从高磷复杂溶液中吸附RE,RE吸附率为82.9%;负载RE树脂经盐酸解吸、草酸沉淀、焙烧得到REO含量为46.72%的混合稀土氧化物。综上所述,论文所提出的磷酸法提取稀土新思路为磷矿中伴生稀土的合理开发利用提供了新途径,具有重要的学术意义和实际应用价值。