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离子型稀土矿浸出液树脂吸附试验研究

沈文明  
【摘要】:离子型稀土矿是我国南方特有的稀土矿的一种类型,具有稀土配分全,特别是中重稀土含量高,是高科技领域不可缺少的稀土原料。由于离子型稀土浸出液稀土浓度低,杂质含量高,成分复杂,生产流程长,所以找到一种快捷、简单的提取工艺,一直是稀土领域研究的热点。本文采用树脂提取稀土浸出液,从树脂的遴选开始,研究了吸附条件对树脂吸附性能的影响,并探究了树脂的吸附机理,进而通过二次正交旋转实验确定树脂提取稀土浸出液的最优吸附条件,最后探索了最优提取条件下树脂组合的吸附情况,并找到最优的树脂组合。 通过不同树脂对Nd3+和稀土浸出液中的RE3+吸附性能及解吸难易程度研究,建立了树脂种类与吸附性能的关系,遴选出树脂D001、001*8、DH100进行下一步研究。在氯化钕溶液中,采用静态吸附法考察吸附时间、料液pH、吸附温度、氯化钕浓度、树脂质量对Nd3+吸附量的影响,结果表明:三种树脂的吸附量随着吸附时间、吸附温度和料液的浓度升高而增大,并在pH=3.5时吸附量达到最大。通过三因素二次旋转正交实验分析,得出氯化钕最优的吸附条件为:T=313K、pH=3.5、t=720min,吸附时间是树脂吸附的极显著影响因素。氯化钕浓度为20mmol·L-1在最优吸附条件下,测定三种树脂的穿透曲线,树脂的吸附量越大,则其穿透体积越大,吸附率越小。 通过对吸附实验数据分析树脂吸附Nd3+的热力学、动力学规律。计算得出:Langmuir等温模型比Freundlieh等温模型更适合三种树脂吸附数据。树脂吸附的热力学参数如下:树脂D001△H=13.45KJ·mol-1,△S=53.03J·mol-1·k-1,△G=-2.09KJ·mol-1;树脂DH100△H=18.58KJ·mol-1,△S=64.97J·mol-1·K-1,△G=-0.78KJ·mol-1,树脂001*8△H=7.291KJ·mol-1=25.389J·mol-1·k-1,△G=-0.147KJ·mol-1;准二级动力学模型最为适合这三种树脂吸附过程;树脂吸附的活化能:树脂DH100Ea=17.5909kJ·mol-1,树脂D001Ea=31.4701kJ·mol-1,树脂001*8Ea=43.4533kJ·mol-1。 在稀土矿浸出液中,考察吸附温度、料液pH、稀释倍数、流速对各离子吸附量的影响。结果表明,三种树脂对RE3+、SiO32-和Al3+吸附量,随着吸附温度的升高或稀释倍数的加大而增大,随着流速的的加快而减小;而Mg2+的吸附量随着吸附温度的升高而增大,随着流速的的加快或稀释倍数的加大而减小,三种树脂对各离子吸附能力大小为RE3+Al3+Mg2- SiO32-。比较三种树脂静、动吸附稀土浸出液分离效果,结果表明,动态吸附法优于静态吸附法;树脂001*8分离能力优于树脂D001、DH100分离性能。 通过对二次旋转正交实验数据的分析,得出最优的动态吸附条件为:料液pH=3.5、稀释倍数为3倍、流速10ml·min-1。在此条件下进行树脂组合吸附研究,五种树脂组合都能从稀土浸出液中富聚99.8%的RE3+,其中树脂GX-1与001*8树脂组合除杂效果最好,对Si032-、Al3+Mg2+的除杂率分别为:86.1%、63.52%、89.71%,用lmol·L-1盐酸对树脂可以完全解吸。


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