离子型稀土矿冶炼分离生产取水定额调研分析及研究

张选旭

（赣州有色冶金研究所有限公司， 江西 赣州 341000）

我国是一个严重缺水的国家，随着工业化进程的加快，工业用水大幅度增长，水资源供需矛盾非常突出，成为我国经济社会发展中长期、深层次的矛盾，严重阻碍了我国全面协调可持续发展。 为此2012 年国务院下发了 《关于实行最严格水资源管理制度的意见》（国发[2012]3 号）文件，要求各级地方政府要严控用水总量、用水效率和排污总量。 2013 年，工信部联合多部门编制《重点工业行业用水效率指南》（工信部联节〔2013〕367 号），健全了工业节水标准体系，指导工业企业开展节水对标达标， 加强节水技术改造，推进节水型企业建设。 2015 年，国务院发布的《水污染防治行动计划》（国发〔2015〕17 号）对严格用水总量、抓好工业节水、 提升用水效率提出了更高的要求。2016 年，工信部发布的《工业绿色发展规划（2016—2020 年）》（工信部规〔2016〕225 号）进一步提出加强工业节水管理，提升工业用水效率一系列举措，明确了“十三五”时期工业节水工作的方向和任务。 “十三五” 重点方向之一是推进水资源循环利用和废水处理回用，主要措施之一是切实加强重点行业取水定额管理。离子型稀土矿冶炼分离企业因缺少相应取水定额规范的约束和指导，出现了较严重的水资源浪费和环境污染。 为规范、约束离子型稀土冶炼分离企业用水，提高水资源利用率，保护环境，亟需建立制定统一的取水定额标准。

1 离子型稀土矿冶炼分离生产现状

稀土按资源类型大致可以分为轻稀土和重稀土2 类，轻稀土除中国以外，美国、俄罗斯、澳大利亚、印度、南非等国也有分布，但地球已知重稀土储量，几乎全部集中在中国南方地区， 特别是离子型重稀土矿，是我国宝贵的、有限而不可再生的战略资源[1]。 我国离子型稀土冶炼分离处理能力已经超过10 万t/a，其取用水范围大约为150～200 m3/t（以REO 计量，全文一致，下同）。 按照新水单耗150～200 m3/t 计算，我国离子型稀土冶炼分离企业年总取水量至少为1 500～2 000 万m3，而离子型稀土冶炼分离企业取水基本来自于当地自来水公司生产的自来水，因此每年消耗的自来水水量非常大。

目前我国离子型稀土冶炼分离企业都是采用图1 中的工艺流程，流程主要有以下步骤：盐酸溶解稀土矿， 稀土料液有机或中和除杂；P507-HCl 体系模糊联动萃取分离；草酸、碳酸氢钠沉淀稀土产品。

工艺流程中用水工序： 酸分解过程中氧化稀土调浆、稀释，净化除杂用水洗涤有机相等；萃取分离用水洗涤有机相、配制酸碱；草酸沉淀、碳酸氢钠沉淀稀土用水，用水洗涤沉淀稀土。其中稀土料液除杂和萃取分离工序的废水一般不循环利用，经处理后排放。而稀土沉淀工序的废水可通过技术处理后循环使用，即：将沉淀稀土前端洗水循环利用溶解沉淀剂； 稀土沉淀后端洗水循环利用作对应产品的前端洗水。 图1 所示为是离子型稀土矿冶炼分离工艺流程图和相应用水工序。

图1 离子型稀土矿冶炼分离工艺流程和相应用水工序Fig. 1 Ion-adsorption rare earth ore separation technological process and water process

当前存在的问题： 部分企业不重视稀土冶炼分离生产中的循环用水，水的重复利用率低，取水量等于用水量； 同时不重视技术和设备的改进更新，对水资源的缺乏没有正确的认识，造成新水取用量和废水排放量的增加，既浪费宝贵的水资源，又增加了环保压力。

2 调研和资料收集过程

为保证调研及收集的数据充分合理地反映离子型稀土矿冶炼分离企业用水特点和节水能力，编制小组对全国六大稀土集团下属14 家离子型稀土矿冶炼分离企业进行调研，重点参考了相关分类、通则、术语和已经公布的取水定额国家标准[2-21]。

2.1 产 能

全国离子型稀土矿冶炼分离生产产能大约有（以REO 计量）60 000～70 000 （t/a）（符合稀土行业规范条件（2016 年版），调研离子型稀土矿冶炼分离生产企业产能 50 400（t/a）。

2.2 调研企业取水量

通过对国内部分离子型稀土矿冶炼分离生产企业的调研，离子型稀土矿冶炼分离生产企业取水量偏大，工业用水重复利用率偏低。 表1 所列为国内部分离子型稀土矿冶炼分离生产企业2011—2016 年度取水量、取水量均值。

表1 国内部分离子型稀土矿冶炼分离生产企业2011—2016 年度取水量均值Table 1 The average of norm of water intake part of the domestic production enterprises of ion-adsorption rare earth ore separation from 2011 to 2016

2.3 离子型稀土矿冶炼分离流程

生产5～9 种稀土产品流程图见图2。 其产品有：La2O3、CeO2、Pr6O11、Nd2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb4O7、Dy2O3、Ho-Y 富集物。

图2 离子型稀土矿冶炼分离流程Fig. 2 Ion-adsorption rare earth ore separation technological process flow chart

生产10 种及以上稀土产品流程图见图3。 其产 品 有 ：La2O3，CeO2，Pr6O11，Nd2O3，Sm2O3，Eu2O3，Gd2O3，Tb4O7，Dy2O3，Ho2O3，Er2O3，Tm2O3，Yb2O3，Lu2O3，Y2O3。

图3 离子型稀土矿冶炼分离流程Fig. 3 Ion-adsorption rare earth ore separation technological process flow chart

图3 与图2 比较，增加了富钇重稀土分离，富钇重 稀 土 分 离 提 取 Y2O3，Ho2O3，Er2O3，Tm2O3，Yb2O3，Lu2O36 种单一产品需要经多段分离才能得到，需消耗一定量的水。 Y2O3，Tm2O3，Yb2O3，Lu2O3制取纯度较高的单一产品需要高纯水。

3 标准等级的划分和种类划分说明

3.1 标准等级的划分和说明

本标准的制订将离子型稀土矿冶炼分离生产取水定额指标分为3 级：目标级(现有企业)、准入级(新建和改扩建企业)、限定级(先进企业)。 通过对离子型稀土矿冶炼分离生产不同萃取分离工艺技术、不同沉淀洗涤稀土产品工艺技术、不同产品结构取水计量相关数据的统计分析，最终给出3 级取水定额指标的确定依据。

目标级(现有企业)为推荐性指标，原则上为行业的国内先进水平。

准入级(新建和改扩建企业)为强制性指标，是新建企业和改扩建离子型稀土矿冶炼分离生产企业必须达到的标准，一般为国内领先水平，应优于现有企业产品新水消耗平均水平。

限定级(先进企业)为强制性指标，原则上是淘汰现有企业的20%以上落后工艺或设备。

3.2 标准种类的划分和说明

在这次标准制定调研过程中，调研14 家离子型稀土矿冶炼分离生产企业， 有11 家企业是生产10 种以上纯度为99%以上的稀土产品，3 家企业生产9 种纯度为99%以上的稀土产品。 现没有生产1～4 种纯度为99%以上的稀土产品的企业。

这次标准制定每级分为2 种情形：一是萃取分离生产5～9 种纯度为99%以上的稀土产品， 二是萃取分离生产10 种及以上纯度为99%以上的稀土产品。

4 数据统计分析和取水定额推荐指标的确定

4.1 产能分析

2016 年全国离子型稀土矿冶炼分离生产企业产能和调研离子型稀土矿冶炼分离生产企业产能见表 2。

表2 2016 年全国离子型稀土矿冶炼分离生产企业产能和调研离子型稀土矿冶炼分离生产企业产能Table 2 Capacity of China’s production enterprises of ion-adsorption rare earth ore separation and capacity of investigated production enterprises of ion-adsorption rare earth ore separation in 2016

本次调研企业为六大稀土集团下属企业，其生产技术装备水平能够反映代表国内离子型稀土矿冶炼分离生产水平。调研离子型稀土矿冶炼分离生产企业产能，占全国离子型稀土矿冶炼分离生产企业总产能比率：77.53%。

4.2 取水量均值分析

2011—2016 年国内部分离子型稀土矿冶炼分离生产企业取水量均值见图4。

图4 2011—2016 年国内部分离子型稀土矿冶炼分离生产企业取水量Fig. 4 The average of norm of water intake part of the domestic production enterprises of ion-adsorption rare earth ore separation from 2011 to 2016

通过编制小组对相关离子型稀土矿冶炼分离生产企业的调研发现，企业取水量偏高的原因如下：

1）六大集团下属企业设计产能大于或等于3 000 t/a。如某公司产能4 600 t/a，工信部下达的生产总量控制计划2016 年1 670 t/a。 不能超指标生产，因此生产期间为了保持员工稳定，按半流量以下能力生产，生产效率低；

2） 稀土市场不稳定， 原料采购受各级政府政策影响大，原料采购难以把握，导致生产期不稳定，经常出现生产时原料短缺现象， 每年生产4～8 个月左右，达不到规模效应，小流量生产单耗高，寒冬季产品洗涤比夏季高；

3） 企业所有用水（含生活用水等）均计算在内；

4） 部分企业只生产单一稀土氧化物产品， 且其中7 种产品纯度≥99.99%，高纯产品多，高纯产品沉淀洗涤除杂要用去离子主纯水， 沉淀洗涤除杂用水量更大。

企业在生产过程中用水管理措施到位， 同时重视水重复利用，企业取水量偏低。

4.3 取水量均值范围分析

调研离子型稀土矿冶炼分离生产企业2011—2016 年取水量均值和产能 （t/a）(产品纯度99%以上的稀土产品种类10 种及以上)、占调研生产企业总产能比率（%）见表3。

调研离子型稀土矿冶炼分离生产企业2011—2016 年取水量均值范围占调研生产企业总产能比率见图5。

表3 调研离子型稀土矿冶炼分离生产企业2011—2016 年取水量均值和2016 年产能（t/a）及占调研生产企业总产能比率（%）（产品纯度99%以上的稀土产品种类10 种及以上）Table 3 The average of norm of water intake domestic partial production enterprises of ion-adsorption rare earth ore separation from 2011 to 2016 and production capacity in 2016 and the ratio of the total production capacity of investigated enterprises (there are more than 10 kinds of rare earth products with a purity of more than 99%)

图5 调研离子型稀土矿冶炼分离生产企业2011—2016 年取水量均值范围占调研生产企业总产能比率Fig. 5 The ratio of the total production capacity of investigated production enterprises the average of norm of water intake investigated production enterprises of ion-adsorption rare earth ore separation from 2011 to 2016

4.4 取水定额指标的确定

调研离子型稀土矿冶炼分离生产企业2011—2016 年取水量均值大于 90 （m3/t） 产能 22 100 t/a（产品纯度99%以上的稀土产品种类10 种及以上），占调研企业总产能比率：56.81%；调研离子型稀土矿冶炼分离生产企业2011—2016 年取水量均值 80～90（m3/t）产能 3 800 t/a（产品纯度 99%以上的稀土产品种类10 种及以上），占调研企业总产能比率：9.77%。 本标准将现有离子型稀土矿冶炼分离生产企业取水定额设定为：产品纯度99%以上的稀土产品种类 10 种及以上不大于90 m3/t；5～9 种取水定额不大于80 m3/t。

调研离子型稀土矿冶炼分离生产企业2011—2016 年取水量均值 70～80 m3/t 产能 9 500 t/a （产品纯度99%以上的稀土产品种类10 种及以上）， 占调研企业总产能比率24.42%。新建、改扩建离子型稀土矿冶炼分离生产企业取水定额设定为： 产品纯度99%以上的稀土产品种类10 种及以上不大于80 m3/t；5～9 种取水定额不大于 70 m3/t。

调研离子型稀土矿冶炼分离生产企业2011—2016 年度取水量均值小于 70 （m3/t） 产能 3 500 t/a（产品纯度99%以上的稀土产品种类10 种及以上），占调研企业总产能比率9.00%，先进离子型稀土矿冶炼分离生产企业取水定额设定为：产品纯度99%以上的稀土产品种类10 种及以上不大于70 m3/t；5～9 种取水定额不大于60 m3/t。

5～9 种与10 种以上取水定额的差别的确定。10 种以上产品比5～9 种产品增加了富钇重稀土分离，从富钇 重 稀 土 中 分 离 提 取 Y2O3，Ho2O3，Er2O3，Tm2O3，Yb2O3，Lu2O36 种单一产品需要经多段分离才能得到，且有需要用高纯水洗涤沉淀的单一产品。10 种及以上稀土产品取水量比5～9 种稀土产品取水量要多10 m3。 原因是中钇富铕矿中富钇稀土占离子型稀土配分30%左右， 分离1 t 中钇富铕矿要得到10 种以上产品需分离300 kg 富钇稀土，每分离1 t 富钇产品需增加取水量30 m3/t，共需增加取水量10 m3左右 （1 t 中钇富铕矿中富钇稀土的数量为300 kg 左右，1 t×30%×30 m3/t 左右≈10 m3/t）。

1）现有企业取水定额（目标级）。 现有离子型稀土矿冶炼分离生产企业单位产品（单一氧化稀土或富集物）取水定额见表4。

表4 现有离子型稀土矿冶炼分离生产企业单位产品取水定额Table 4 Norm of water intake per unit product—existing production enterprises of ion-adsorption rare earth ore separation

2）新建和改扩建企业取水定额（准入级）。准入级离子型稀土矿冶炼分离生产企业单位产品（单一氧化稀土或富集物）取水定额见表5。

表5 新建和改扩建离子型稀土矿冶炼分离生产企业单位产品取水定额Table 5 Norm of water intake per unit product—new construction and renovation production enterprises of ion-adsorption rare earth ore separation

3）先进企业取水定额（限定级）。 限定级离子型稀土矿冶炼分离生产企业单位产品 （单一氧化稀土或富集物）取水定额见表6。

表6 先进离子型稀土矿冶炼分离生产企业单位产品取水定额Table 6 Norm of water intake per unit product—advanced production enterprises of ionadsorption rare earth ore separation

5 结束语

本标准的编制及实施将补充、 完善了我国工业企业取水定额国家标准体系， 填补了稀土领域节水减排标准国内空白， 为我国各级政府部门对离子型稀土矿冶炼分离企业进行取用水量计算、 考核及未来实施取水许可制度、 下达用水计划和编制水资源综合规划等相关产业政策提供了技术依据； 有利于各离子型稀土矿冶炼分离企业采用统一的取用水标准进行生产， 淘汰落后的高耗水设备， 改进萃取分离、沉淀稀土工艺技术，节约水资源，降低企业成本，提高企业效益，强化行业水资源管理，对促进稀土行业健康发展具有重要而深远的意义。

致谢：感谢对本标准起草提供帮助的单位和个人。