磷酸分解伴生稀土磷矿研究

娄伦武，卓知杰

（1. 贵州西洋实业有限公司，贵州 贵阳 550001；2. 贵州新能源开发投资股份有限公司，贵州 贵阳 550001）

稀土是重要的战略性资源，广泛应用于新材料工业、现代高科技产业和国防工业。自然界中的稀土除了赋存在各种稀土矿中外，还广泛伴生在其他金属、非金属矿中，最典型的稀土伴生资源有磷矿和铝土矿。世界伴生稀土磷矿主要集中在中国、俄罗斯、美国、埃及、越南等国家，中国伴生稀土磷矿主要分布在贵州、云南、河北、青海等地。其中贵州省织金市新华磷矿区是一个富含中稀土、重稀土的超大型磷矿区，矿石w（P2O5）平均17%左右、w（稀土）平均0.1%左右，已探明矿石储量超过10亿t，稀土氧化物储量上百万吨，其中中稀土、重稀土氧化物约占总储量的50%，氧化钇约占稀土总储量的31%。

稀土在磷矿中的赋存状态有两种：一种是以类质同象的形式替代Ca2+存在于磷酸钙的晶格内，且稀土质量分数随P2O5品位的提高而增大［1-3］；另一种是以极少量稀土独立矿物存在，如独居石、方铈矿等［1，4］。伴生稀土磷矿作为不可再生资源，开发利用的前提是在磷矿加工过程中实现稀土的综合回收。研究磷酸分解伴生稀土磷矿过程中稀土的走向，有利于稀土的回收利用，不但符合国家倡导的资源综合利用、循环经济等产业政策，而且开辟了稀土的新来源。

1 实验部分

1.1 实验原料

实验所用磷酸由贵州某公司磷酸装置提供，密度为1 256 kg/m3，其主要组成见表1。得，其主要组成见表2，稀土配分见表3。

表1 实验用磷酸的主要组分 %

表2 实验用磷精矿的主要组分 %

表3 磷矿中稀土配分 %

1.2 分析方法

磷精矿、滤渣和滤液中的P2O5含量按照GB/T 1871.1—1995 中磷钼酸喹啉重量法测定。磷精矿、滤渣和滤液中的稀土含量采用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定。

1.3 实验流程

对稀土磷矿的酸解过程进行研究，考察稀土磷矿酸解时磷和稀土的浸取率，实验流程见图1。

图1 磷酸分解伴生稀土磷矿实验流程

2 结果与讨论

2.1 低温酸解实验

1） 浸取时间对稀土磷矿酸解的影响

在稀土磷矿用量为50.33 g、浸取温度为38 ℃、磷酸w（P2O5）为24%、第一次浸取液固质量比为8、第二次浸取液固质量比为5、搅拌转速为300 r/min的条件下，考察浸取时间对稀土磷矿酸解的影响，结果见表4。

表4 不同浸取时间下稀土磷矿浸取实验结果

从表4可以看出，随着浸取时间的延长，磷的总浸出率变化幅度很小。说明在实验范围内，浸取时间对磷的浸取率影响不大。

2） 液固质量比对稀土磷矿酸解的影响

液固质量比为浸取过程中液体磷酸和稀土磷矿的质量比，液固质量比高意味着浸取时磷酸用量较多，浸取推动力较大。实验在稀土磷矿用量为50.33 g、浸取温度为38 ℃、磷酸中w（P2O5）为24%、搅拌转速为300 r/min、浸取时间为6 h 的条件下，考察不同液固质量比对稀土磷矿酸解的影响，结果见表5。

表5 不同液固质量比时稀土磷矿浸取实验结果

从表5可以看出，磷的第一次浸取率、第二次浸取率以及总浸取率都随着液固质量比的升高而增加。当液固质量比达到15 时，磷总浸出率可达91.91%。但过高的液固质量比会导致返酸量大，浸取槽的生产能力降低，过滤负荷增大。

3） 浸取温度对稀土磷矿酸解的影响

在稀土磷矿用量为50.33 g、磷酸w（P2O5）为24%、搅拌转速为300 r/min条件下、考察浸取温度对稀土磷矿酸解的影响，结果见表6。

表6 温度对稀土磷矿浸取结果的影响

从表6可以看出，低温浸取时温度对磷浸取率的影响很小。

4） 稀土走向

为了回收稀土磷矿中的稀土，在矿粉用量为50.33 g、磷酸中w（P2O5）为24%、浸取时间6 h 条件下，对二次浸取后固渣中的稀土含量进行分析，结果见表7。

表7 低温浸取时稀土磷矿浸取结果

从表7可以看出，在相同温度下，稀土浸取率随液固质量比的增加而增加。在液固质量比相同时，温度越高，稀土浸取率越高。当浸取温度为38℃、液固质量比为15时，稀土浸取率达到88.26%。

2.2 高温酸解实验

由于现有磷酸生产工艺主要分二水工艺和半水工艺，二水工艺酸解温度约70 ℃，半水工艺酸解温度约100 ℃。为了更接近实际生产流程，对稀土磷矿的高温酸解过程进行研究，并分析多种条件下的稀土走向。实验称取稀土磷矿50.33 g，在60、70 ℃下用w（P2O5）24%的磷酸浸取2 次，2 次浸取液固质量比均为10，搅拌转速为300 r/min，浸取时间6 h，结果见表8。

表8 浸取温度对稀土磷矿酸解的影响

从表8 中可以看出，在实验温度区间（38 ～70 ℃），浸取温度对磷和稀土浸取率影响不大。

3 结论

对磷酸分解稀土磷矿过程进行研究，考察浸取温度、液固比、浸取时间等对磷及稀土浸取率的影响。

结果表明：稀土和磷均进入液相；液固质量比越大，稀土和磷浸取率越高；在实验条件下，浸取时间和浸取温度对磷浸取率基本无影响，浸取温度高时，稀土浸取率略高。当用w（P2O5）24%的磷酸在38 ℃下浸取稀土磷矿时，搅拌转速300 r/min，浸取时间6 h，液固质量比为15，2 次浸取后磷的浸取率可达91.91%，稀土浸取率达到88.26%。