基于DED模型的离子吸附型稀土矿浸矿剂用量的计算方法研究

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富含中重稀土的离子吸附型稀土矿是国家重要的战略性资源。而浸矿剂用量是影响离子吸附型稀土浸取效果的主要因素,浸矿剂用量过少,会造成稀土浸取效率低、导致资源损失;浸矿剂用量过多,则会引起矿区浸矿剂主要是硫酸铵的大量残留、对生态环境造成严重负担;所以准确计算浸矿剂用量对实现离子型稀土的绿色高效开采意义重大。本文根据铵离子在黏土矿物中的赋存形态,将铵离子在矿石上的吸附分为可逆吸附和不可逆吸附两部分;分析浸矿机理将浸矿中铵离子的消耗分为三部分:离子交换消耗、专性吸附消耗和维持浸矿剂浓度的消耗。通过Kerr模型对二元平衡解吸模型(DED模型)中可逆吸附部分进行改进,采用DED模型和改进的DED模型分别刻画浸矿的物理化学过程,在此基础上提出了两种浸矿剂用量的计算方法。最后通过双离子矿石和原矿矿石的柱浸试验,评价两种方法的准确性与优缺点。结合铵离子的赋存形态与浸矿机理,采用DED模型直接刻画浸矿的物理化学过程。通过不同浓度硫酸铵在两种原矿矿石的吸附/解吸实验,得到铵离子的等温吸附线,借助等温吸附线和数值拟合确定模型中相应参数。考虑浸矿时主要杂质铝离子的影响,得到此时的浸矿剂用量计算方法。为体现浸矿中铵离子对稀土和铝离子的浸取差异性,采用Kerr模型对DED模型中可逆吸附部分进行改进。通过铵离子在稀土和铝的两种单离子矿石上的等温吸附试验,分别得到铵离子交换浸取稀土和铝离子时的化学平衡常数,其中KRE=140.0×10-9(L/g)2,KAl=15.9×10-9(L/g)2。证明了针对试验用矿石,铵离子交换稀土的能力强于交换铝离子,得到改进DED模型下的浸矿剂用量计算方法,此方法能更准确计算铝离子对浸矿剂的消耗量。针对提出的两种计算方法,通过镧-铝双离子矿石和原矿矿石的柱浸实验进行评价。评价方法的准确性。设定稀土目标浸取率85.0%、90.0%和95.0%,针对双离子矿石,采用改进DED模型下的计算方法确定单耗浸矿,稀土实际与目标浸取率相对误差在2.5%以内,方法对双离子矿石具有良好的准确性;针对原矿矿石,采用DED模型下的计算方法确定单耗浸矿;稀土实际与目标浸取率相对误差在1.5%以内,方法对原矿矿石具有良好的准确性。评价方法的优缺点。以计算单耗和实际单耗间的相对误差绝对值来评价方法的优缺点。针对双离子矿石,改进DED模型下计算方法的误差在13.0%以内;针对原矿矿石,DED模型下计算方法的误差在21.0%以内。改进DED模型能更好的体现浸取差异性,预计在模型中考虑除铝离子外其他杂质阳离子的影响时,能更为准确的计算浸矿剂用量。
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