陳穎　況家瑾

摘? 要：隨著稀土應(yīng)用的廣泛深入，如何解決稀土尾礦的污染性問題迫在眉睫，一般處理方式是堆積、填埋或出口，造成的資源浪費(fèi)可想而知。本文針對(duì)白云鄂博礦中的稀土元素研究，運(yùn)用X射線衍射分析原礦物主要所含物質(zhì)，以及在微波預(yù)處理后的稀土衍射峰的變化。同時(shí)，通過查找相關(guān)資料，簡(jiǎn)單地探究了微波預(yù)處理過程進(jìn)行的酸浸化學(xué)反應(yīng)以及微波的工作機(jī)理，對(duì)揭示了稀土浸出的起著至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：白云鄂博礦;微波預(yù)處理;XRD分析;化學(xué)反應(yīng);工作機(jī)理

白云鄂博礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市，這里是全國(guó)最大的輕稀土制造基地，也是目前探索的世界最大稀土礦藏，這里的稀土主要成分是氟碳鈰礦和獨(dú)居石。但是，由于多年以來對(duì)于礦石的提取主要以鐵[1]為主，造成大批稀土未能充分利用。近年來，隨著國(guó)家政策的出臺(tái)，充分整合有限資源，推動(dòng)綠色可持續(xù)發(fā)展道路，稀土尾礦越來越受到大家的關(guān)注。本文通過微波預(yù)處理，對(duì)尾礦進(jìn)行XRD表征，再進(jìn)行酸浸實(shí)驗(yàn)，提取出尾礦中的稀土元素，實(shí)現(xiàn)了資源的二次利用，也減小了對(duì)環(huán)境的污染。

1、XRD測(cè)試的準(zhǔn)備條件

（1）本實(shí)驗(yàn)試樣是來自含有稀土的白云鄂博尾礦，將試樣倒入研磨罐中，進(jìn)行研磨一段時(shí)間后停止，將磨好的樣品收集起來。

（2）設(shè)立兩組測(cè)試實(shí)驗(yàn)，其中一組為研磨好的尾礦原樣;另一組將樣品放入微波消解儀中消解，微波處理后，收集固體樣品。

（3）將磨好的原樣放入X射線衍射儀進(jìn)行表征，得出圖1;將微波處理的樣品并進(jìn)行X射線衍射表征，得出圖2。

2、X射線衍射圖像的分析

2.1.稀土尾礦的XRD圖像

在研究微波預(yù)處理之前，對(duì)稀土尾礦的原礦[2]進(jìn)行X射線衍射分析，如圖1：

由圖1可以知道，該圖譜主要是 、 、 、 、 、 、 、 的衍射峰。

其中，從XRD圖像中可以看出含有稀土元素的礦物以氟碳鈰礦（ ）和獨(dú)居石【 】為主;含鐵礦物主要存在于黃鐵礦（ ）。而且 以白云石存在形式為主; 元素存在于石英和硅酸鹽礦中; 主要存在于重晶石中。

2.2.微波處理的尾礦XRD圖像

如圖2為微波處理的XRD圖像：

將圖2的微波消解處理的XRD圖譜與圖1圖像對(duì)照發(fā)現(xiàn)，在對(duì)應(yīng)含有稀土元素的 衍射角上，如： 在 、 、 、 以及 附近時(shí)，氟碳鈰礦、獨(dú)居石衍射峰強(qiáng)度出現(xiàn)了明顯的消失或減弱;而其他物質(zhì)的衍射峰，如： 在 、 附近時(shí)衍射強(qiáng)度明顯降低; 在 時(shí) 完全消失了; 之類的物質(zhì)在 時(shí)的強(qiáng)度也發(fā)生下降等等。

3、氟碳鈰礦、獨(dú)居石的浸出反應(yīng)

用濃HCI作浸出劑將消解好的固體樣品進(jìn)行酸浸實(shí)驗(yàn)，以探究微波預(yù)處理期間發(fā)生的酸浸化學(xué)反應(yīng)。

通過研究發(fā)現(xiàn)，氟碳鈰礦在微波消解發(fā)生了浸出反應(yīng)及其物相變化。根據(jù)武吉 [3]研究在高溫情況下，氟碳鈰礦會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橄⊥裂趸铮梢酝茰y(cè)出在微波消解情況下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與之類似。其發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：

造成了氟碳鈰礦分解為稀土殘?jiān)ǜ缓⊥粒?。與此同時(shí)，再直接在酸浸條件下，稀土氧化物可以轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄韵⊥聋}類化合物。發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：

而尾礦中含有稀土元素的另一種礦獨(dú)居石也發(fā)生衍射峰消失和減弱，其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)為：

4.微波預(yù)處理的工作機(jī)理

微波技術(shù)是一種電磁波波技術(shù)[4]，當(dāng)含有極性分子物質(zhì)在微波作用過程中，它們之間能夠相互耦合，極性分子在電磁場(chǎng)變化情況下不斷擺脫非極性分子的束縛和原有熱運(yùn)動(dòng)的作用，達(dá)到將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，溫度不斷升高，使得礦石顆粒受熱分解。

通過Gisele [5]等人先前發(fā)表的一些研究可以知道，研究人員認(rèn)為微波預(yù)處理能夠析出稀土，是因?yàn)槲⒉ㄌ幚砑夹g(shù)能使礦物的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在水加熱和汽化間能夠產(chǎn)生裂紋和細(xì)孔，并且隨著微波照射持續(xù)時(shí)間的增加，表面粗糙度和顆?？紫堵试黾?，礦物顆粒因微波輻射而膨脹和降解，內(nèi)表面暴露出來，并引入了浸出劑可及的較高活性表面積，浸出劑能夠很容易進(jìn)入礦物中，從而把稀土物質(zhì)從礦物在浸出來。

5.結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)在白云鄂博礦進(jìn)行了XRD表征分析，且對(duì)在微波預(yù)處理情況下的物質(zhì)衍射峰進(jìn)行分析。得出的結(jié)果表明，微波預(yù)處理對(duì)稀土浸出起著增強(qiáng)的作用，在 處于 區(qū)間范圍內(nèi)，含有氟碳鈰礦、獨(dú)居石衍射峰發(fā)生了明顯的降低，而其他物質(zhì)的衍射峰如 、 、 等物質(zhì)也存在著變化。與此同時(shí)，通過查找相關(guān)文獻(xiàn)資料，我們簡(jiǎn)單地對(duì)微波預(yù)處理下的稀土礦物發(fā)生的浸出反應(yīng)進(jìn)行探究，并且了解了微波預(yù)處理的工作機(jī)理，讓我們有了深刻的理解。

參考文獻(xiàn)

[1]? 馬瑩，李娜，王其偉，楊啟山.白云鄂博礦稀土資源的特點(diǎn)及研究開發(fā)現(xiàn)狀[J].中國(guó)稀土學(xué)報(bào).2016，34（6）：641-649.

[2]? 鄭強(qiáng)，邊雪，吳文遠(yuǎn).白云鄂博稀土尾礦的工藝礦物學(xué)研究[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2017，38（8）：1107-1111.

[3]? 武吉. 包頭含稀土選鐵尾礦硫酸銨焙燒、浸出及物相轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)研究[D].東北大學(xué)，2015.

[4]? 黃宇坤. 微波強(qiáng)化分解包頭稀土礦清潔工藝的基礎(chǔ)研究[D].東北大學(xué)，2017.

[5]? Adrian Lambert;John Anawati;Mugdha Walawalkar;Jason Tam;Gisele Azimi.Innovative Application of Microwave Treatment for Recovering of Rare Earth Elements from Phosphogypsum[J].ACS Sustainable Chemistry&Engineering，2018.