稀土是发展高科技产业、新材料工业的重要原料。稀土在各行各业的应用价值已为世界各国所认识,开发和探索更多的稀土资源已成为如今的研究重点。稀土在资源储备量上并不稀少,某些单一稀土元素的资源量甚至比常见元素还要多。已发现的稀土矿物有200多种,但是可供开发和利用的稀土矿物只有十几种。最常见也是工业上最主要的几种稀土矿物为独居石、磷钇矿、氟碳铈矿和我国特有的离子型吸附稀土矿等。随着稀土资源需求量的增加,直接的稀土资源逐年减少,发现和提取潜在稀土资源的研究就具有更加现实的意义。直接的稀土资源主要为稀土独立矿物资源。近年来有关研究表明:磷矿可成为仅次于稀土独立矿物的重要伴生稀土资源。稀土主要伴生在磷矿和铝土矿中,相对铝土矿而言,磷矿中的稀土含量较高。进一步的研究表明,稀土元素可分散和分布在磷矿的选矿及磷化工生产过程的产品和副产品中,例如,美国佛罗里达州磷矿浮选的尾矿中就含有一定量的稀土(稀土总品位可达0.0205%);又如磷矿湿法磷酸的浸出液中和尾矿磷石膏中都含有相当量的稀土。因此,从尾矿中提取稀土,不仅开发了新的稀土来源,同时实现了稀土资源的合理利用和环境的友好保护。本研究以美国佛罗里达州磷矿浮选尾矿中的稀土元素为研究对象。对其中稀土含量及赋存状态进行了系统的化学和工艺矿物学研究。在此基础上,利用选矿和湿法冶金的手段,对其进行了重选和湿法冶金提取的研究,探讨了该尾矿利用选矿新技术杨氏跳汰机选别的最优条件和结果,利用磷酸和硝酸先后浸取的最优工艺和结果。取得成果如下:1、磷尾矿工艺矿物学研究矿样化学元素分析表明,样品中P2O5含量较低,平均为2.88%(ICP法)和2.61%(Lachat法);稀土元素总量很微少,平均为205.94×10-4%。同时,样品中80%以上为SiO2,一定量的Ca,且含有少量Fe、Al和Mg。样品中稀土元素以La、Ce、Y、Nd、U的相对比例较高,它们的总量占据稀土总量的95%以上;其中La、Ce、Y三种轻稀土元素已占据稀土总量的63.5%左右。矿样MLA检测分析表明,样品中有极少量稀土矿物,主要为独居石和磷钇矿;磷矿物以胶磷矿为主,少量磷灰石、银星石、纤磷钙铝石,其他有价矿物有锆石、假金红石、金红石、白钛石;脉石矿物主要为石英,少量长石、蓝晶石、电气石、十字石、榍石、绿帘石等。样品中稀土元素的赋存状态:除了以独立矿物独居石和磷钇矿存在外,还有极微量独居石和磷钇矿包裹于石英中。粒度测定结果表明,样品中有价矿物粒度主要集中在0.02~0.16mm粒级,其中稀土矿物独居石也主要分布在0.02~0.16mm粒级,而磷钇矿则较细微为0.01~0.04mm。2、磷尾矿充填柱式跳汰机重选试验研究简要介绍了新型重选技术杨氏跳汰机的基本结构、可调参数和工作原理。杨氏跳汰机具有网络充填介质和细柱体的新颖设计,可以达到比传统跳汰机更优越的分选效果;依据维诺格拉道夫动力学体系假说设计相应调节参数和融合的自动控制系统,可以实现跳汰全过程即时又方便的自动化调节;杨氏跳汰机节约、环保、高效的特点和经济优势注定其在工业生产上具有广阔的应用前景。采用杨氏跳汰机进行重选研究,分别对进样速度、矿浆浓度、加压流量、加/泄压时间、脉冲水和补给水等因素进行了单因子变量试验。试验得出了最佳跳汰条件为:矿浆浓度20%,进样速度200r/min、加压流量4L/min、加/泄压时间0.1/0.7s、1号脉冲水流量0.15L/min、2号补给水流量0.15L/min。在此最优条件下得到选别结果:磷矿浮选尾矿中稀土品位可由原来的0.0205%提升至0.045%,稀土回收率为0.692%。3、磷尾矿酸浸试验研究采用磷酸硝酸先后浸取的工艺对磷矿浮选尾矿进行酸浸试验研究,分别进行了磷酸浓度、磷酸与物料液固比、磷酸浸取时间、硝酸浓度、硝酸与物料液固比和硝酸浸取时间等单因素变量试验,得到结果如下:磷酸浸取时间和反应液固比试验表明:磷酸液浓度一定时,矿物与浸取液反应的时间越长,浸取的液固比越大,浸取效果越明显,表明磷酸液对矿物酸解具有一定的作用。磷酸液浸取浓度试验证明:磷酸液浓度越大,稀土浸出率却越低,这可能与磷酸分子在不同浓度下的电离程度有关,浓度较低时,磷酸分子电离程度大,随着磷酸浓度的增大,电离出来的磷酸根、磷酸氢根等水解程度大于电离程度,从而抑制了溶液中氢离子的酸解作用;另外也有可能是与矿物表面致密的金属磷化膜的形成,抑制了氢离子进一步进入矿粒内部有关。硝酸浸取浓度和反应液固比试验表明:硝酸浓度越大或硝酸与矿物反应液固比越大,浸取效果越明显,表明硝酸液对矿物的酸解具有重要作用。磷酸硝酸先后浸取实验的最佳浸取条件为:磷酸浓度10%,磷酸反应液固比4:1,磷酸浸取时间90min,硝酸浓度45%,硝酸反应液固比4:1,硝酸浸取时间120min;在此浸出条件下,浸后矿中稀土含量由205.94×10-4%降低为27.36×10-4%,稀土浸出率为87.82%,为尾矿资源的合理利用开辟新途径。