氟碳铈镧矿稀土萃取分离流程研究

卢立海

关键词：氟碳铈镧矿稀土;萃取分离;流程研究;比较分析

在我国以轻稀土为主的矿种中，主要是以氟碳铈镧矿独居石矿和以氟碳铈镧矿为主伴生部分独居石矿的包头混合稀土矿三种。对同一矿种而言，由于在成矿原因、产地等方面存在一定的差异，所以稀土元素的含量组成也是完全不一样的。但它们都有着一个共同的特点，就是其中都含有较高的轻稀土元素，占比一般是在92%～98.5%这一范围以内，此外，在轻稀土元素总量中，有30%以上的是铈元素，而中重稀土元素在稀土元素总量中仅有1.5%～8%左右，这在后续的分组、分离、工艺流程等方法的选择过程中是一个十分关键的参考数据，对生产企业的盈利空间、分离成本等起着决定性的作用。

1 分析产品的结构和原料的组成

对以轻稀土为主的氯化稀土原料而言，由于在矿种、产地等方面存在着或多或少的差异，所以在稀土组成上也是有着些许差异的，这就与本文所提出的四川省冕宁县牦牛坪氟碳铈镧矿工艺流程不谋而合。根据目前四川省冕宁县牦牛坪氟碳铈镧矿对单一稀土氧化物分离后所要达到的纯度标准，在经分组分离处理后，将各矿种的典型组成。

2 分析工艺流程

稀土矿是一种由多个元素组成的混合矿种，属于多组份分离过程，唯有将多个工艺逐段衔接起来，才能获得各元素的单一纯产品。举个例子，在一个混合矿中共含有n个元素，此时要想获得n个单一纯产品，那最少也要逐段衔接起n-1个分离工艺才能顺利分离出来，这足以表明分离稀土的过程是一种极其复杂的工艺。在过去开发出的大部分稀土分离流程中，由于研究者的所处背景、当时市场对产品结构及质量等都存在着一定的差异，所以开发出的工艺流程也是完全不一样的，总的来说就是各有各的优缺点。现如今人类已经迎来了二十一世纪，随着可持续发展战略的进一步实施，四川省冕宁县牦牛坪氟碳铈镧矿不得不换一个立场去思考分离稀土的问题，并将目光投放在未来市场中，希望能够更好地将这类不可再生资源充分的利用起来。加上市场产品的竞争变得愈发激烈，新开发的各种产品工艺流程都必须要达到以最小的代价，换取最理想的产出这一严格标准，才有望能够得到广泛的使用。

3 分析分离流程的可行性

如图1所展示的是现阶段国内应用最为广泛的四种工艺流程的示意图，分别是A、B、C、D;总的来看，B，C，D这三种流程的开发时间要相对早一些，而且它们都有着共同的缺点，就是分离功有效利用率不高、易萃和难萃组分存在较大的差距、投资成本过高、对试剂消耗、稀土存槽量、有机相等有着较高的要求等等。而四川省冕宁县牦牛坪氟碳铈镧矿流程E在分离含量仅次于铈、且具有较大分离系数的元素镧时，所使用的则是La/Ce～二出口工艺，这种新型分离工艺的优点是可以使Ce/Pr/NdSm～三出口的处理量压力有所减轻，同时在对二出口进行利用之后，可将含量较低的Pr获得一定的富集，从而促进三出口取得富集度更高的Pr，随后在成功分离Ce/Pr与Nd/Sm～二出口后，就能获得中重稀土富集物以及Nd、La、Pr和Ce等单一产品，再次分离所得的富集物，就能获得最终的单一纯产品，比如荧光级的Y产品、Td产品、Eu产品、纯Dy产品、纯Gd产品、纯Sm产品等等。

4 经济指标技术比较

五种工艺流程在试剂消耗、存槽投资等方面都有着较大的差异，其中经济效益较差、分离成本较高、试剂消耗较大、存槽成本较高的就是流程B、流程C和流程D。隨着稀土产品价格的一路飙升，其中的个别流程，不仅无法给自身带来盈利，还有可能会面临亏损的危机。通过比较流程A和四川省冕宁县牦牛坪氟碳铈镧矿流程E可知，流程A的试剂消耗要比四川省冕宁县牦牛坪氟碳铈镧矿流程E的小，但在存槽投资上却大出许多，这足以表明这两种流程是属于同一水平的优化流程，因为它们的经济技术指标指数基本保持一致。而且它们还有一个共同的特点，即采用的都是三出口分离技术，在分离功得到有效利用、难萃及易萃组份上都是十分相似的。

在比较上述五种工艺流程的经济技术指标后发现，各流程每段工艺的待处理量以及分离功有效利用程度是影响其试剂消耗与存槽投资的主要因素。流程采用了LaCe/Pr/NdSm…三出口分组工艺，发挥了三出口的优点，利用了槽体中Pr的自然积累，有效利用了分离功;并且较好地保持了各出分数的比例均衡。也利用了槽体中Pr的自然积累。流程A的存槽投资最小，试剂消耗最低，分离成本最低，经济效益最高。

这是因为：举个例子，当流程的总处理量保持不变时，每步工艺的待处理量或待分离原料中难萃及易萃组份比例均衡的变动都会使流程的试剂消耗与存槽投资发生相应的变化，也就是说，当待处理量较大，且难萃和易萃的组份比例存在一定差异时，试剂消耗的量以及存槽投资成本就会随之上涨。如果按大小顺序对各流程的逐锻工艺处理量之和进行排列的话，那么依次可得C 155.0mol/min、D 126.0mol/min、B 94.9mol/min、A 91.7mol/min、E 89.7mol/min，因为四川省冕宁县牦牛坪氟碳铈镧矿流程E在完成每一段分离工艺后都会获得一个单一产品，这便使得后续分离工艺的待处理量得以减少，同时在逐段分离工艺上，它的难萃和易萃组份的比例也是最小的，所以在上述五个流程中，存槽投资最少、待处理量最小的都是四川省冕宁县牦牛坪氟碳铈镧矿流程E。

因为自身使用的是三出口工艺没有进行二次利用，对于流程A和四川省冕宁县牦牛坪氟碳铈镧矿流程E在中间组分积峰的附近音程的浓度较大，体积较小的元素，这可以方便对于PR富集物质的处理，这也是流程A和四川省冕宁县牦牛坪氟碳铈镧矿流程E自身的性能远远优于流程B，流程C，流程D最根本的原因。

5 结论

对于流程A来说，作为氟碳铈镧矿稀土的优化流程，但是四川省冕宁县牦牛坪氟碳铈镧矿流程E和流程A相对比来说无论是实际的试剂消耗还是存槽量的消耗情况都是远远优于流程B，流程C和流程D，并且效果和A一致。

对于四川省冕宁县牦牛坪氟碳铈镧矿流程E的实际操作和流程A几乎一致，需要控制关于三出口段富谱的相色带的实际分布。并且总体的流程来说流程A和四川省冕宁县牦牛坪氟碳铈镧矿流程E自身的可拓展性较强，对于四川省冕宁县牦牛坪氟碳铈镧矿流程E，来说自身的效果和成本都远远高于流程A，B，C，D。

参考文献：

[1]涂赣峰，任存治，邢鹏飞，李春材，张成祥.氟碳铈精矿的煅烧分解[J].有色矿冶，1999（06）.

[2]向军，张成祥，涂赣峰，任存治.氟碳铈精矿空气中焙烧的热分解研究[J].稀有金属，1994（04）.