风化壳淋积型稀土矿浸取过程的模拟计算研究Ⅰ:液-固萃取模型

风化壳淋积型稀土矿物中稀土元素主要富集在以高岭土为主的粘土矿物中,目前主要通过原地浸矿工艺开采。开采过程中,浸矿液自矿体顶部注液孔流至矿体底部或集液巷道的过程中,不断交换浸出粘土中的稀土离子,其过程可视作液-固萃取,因此可通过其中的萃取平衡和物料平衡关系进行模拟计算。介绍了一种基于液-固萃取模型的风化壳淋积型稀土矿柱浸过程模拟计算方法,并探讨了离子交换反应系数、浸矿剂浓度、原矿品位等因素对于浸矿效果的影响。计算表明:铵根离子具有较强的交换浸出稀土的能力;浸出液所能达到的理论浓度峰值主要决定于浸取液中初始硫铵浓度;浸矿所需顶水理论注入量可依据矿体饱和含水率估算,并进而通过模拟计算的浸矿液/顶水比计算所需浸矿液注入量;浸矿液硫铵浓度越高,原矿稀土品位越低,则稀土离子穿透曲线浓度峰值持续时间就越长,之后浓度下降速度也越快,同时浸矿液/顶水比以及硫铵投入/稀土产出比也越小,说明浸矿剂利用效率越高。

风化壳淋积型稀土矿浸取过程的模拟计算研究Ⅱ:存在“返混”的液-固萃取模型

风化壳淋积型稀土矿物中稀土元素的浸取可视作一种液-固萃取过程,可通过其中的萃取平衡和物料平衡关系进行浸取行为的模拟计算。前文介绍了一种基于一定假设的风化壳淋积型稀土矿柱浸过程液-固萃取模型计算方法。本文基于土壤水动力学中关于土体水份的形态分类原则,对前文假设进行了适当修正,进而建立了考虑“返混”的风化壳淋积型稀土矿液-固萃取模型计算方法。修正的模型将土体中存在的水份分为滞留水和流动水两类。通过模拟计算探讨了不同滞留水比例,以及考虑滞留水时离子交换反应系数、浸矿剂浓度、原矿稀土品位、矿土饱和含水率等因素对于浸矿效果的影响。计算结果显示:较大的滞留水比例、较高的原矿稀土品位、较小的离子交换反应系数和较低的浸矿剂浓度均会使所需注入的浸矿液体积增加,但所需顶水体积变化不大,始终与矿土饱和持水量相近;而矿土饱和含水率的不同对于浸矿剂硫铵的消耗需求影响不大,但线性改变顶水量需求;先浓后淡注液方式使浸矿剂的浸取效率降低,并增加所需浸矿液注入量,未显现更为优异的工艺效果;滞留水所占比例越大,浸出液中稀土峰值浓度越低,但浸矿液中的初始硫铵浓度应仍为浸出液中稀土浓度峰值的主要决定因素。

风化壳淋积型稀土矿浸取过程的模拟计算研究Ⅲ:考虑级间离子扩散的液-固萃取模型

风化壳淋积型稀土矿物的柱浸过程可视作一种多级连续的液-固萃取操作,并通过其中的萃取平衡和物料平衡关系建立其模拟计算方法。在稀土矿物的液固萃取过程中,浸矿液中离子除所在矿柱级内部扩散并进行离子交换反应外,还将发生邻级矿柱间的浓差扩散,从而改变浸矿剂和稀土离子在矿柱中的浓度分布。基于菲克扩散定律建立了一种考虑级间离子扩散的风化壳淋积型稀土矿液固萃取模拟计算模型。计算结果显示,矿土渗透系数减小,扩散作用效果增大,浸矿剂利用效率下降;矿土中存在的滞留水可阻滞浸矿液中离子向前的扩散进程,但可促进浸矿液中离子向后方顶水中的运移;对于具有不同渗透性的等柱高矿土,渗透系数越小,可因增加矿柱级数提升浸矿剂利用效率,但也将因级间扩散作用更显著而产生相反的影响效果;浸矿剂浓度较高时级间扩散作用更显著,但仍可保持较高的浸矿剂利用效率,并增加浸出母液稀土浓度,减少浸矿液注液量。