在推进现代工业和科技发展进程中,作为关键的战略性矿产资源,离子稀土矿发挥着核心作用。目前,主要采用原地浸出法提取稀土元素,因环保需求,研究人员开发了以镁盐为浸取剂的原地浸出工艺流程。为了进一步优化镁盐体系的浸出工艺来高效提取稀土元素,需尽可能地从原矿中提取稀土元素,减少浸出剂用量并缩短浸出时间。此外,随着资源开发的深入,矿体渗透性能下降,资源品质面临挑战。并且全球仍有大量低品位、低渗透性的矿体未被有效开发。针对上述问题,本文以云南某离子型稀土矿为研究对象,全面深入地探讨并优化了其浸出渗流与传质过程,为该类资源的高效开发和利用提供坚实的理论依据。 本文首先基于浸出动力学模型与色层塔板理论,对离子型稀土矿在浸出过程中稀土离子的扩散速率及其传质机制进行了系统分析。适度提高浸取剂浓度可以增加与矿物表面Mg²⁺的浓度差,形成更高的Mg²⁺浓度梯度,从而增强扩散性能。合适的浸取剂流速能增强其与稀土颗粒间的相互作用,从而提升传质效果。在适宜的pH范围内,稀土离子能更高效地由固相转移到液相。优化调控后,MgSO₄的浓度设定为2%,浸取剂溶液的流速设置为0.5 m L/min,浸取剂溶液的pH值调制为5.8。 为了更好的优化离子型稀土矿的浸出过程,选用醇醚羧酸钠(AEC-9Na)作为助浸剂,增强浸出过程中渗流和传质的效果。通过复配0.03%的AEC-9Na辅助浸出稀土时,显著提升了反应速率常数,加速了稀土元素浸出的动力学过程,并且理论塔板高度明显降低,减少了传质阻力,提高了稀土元素浸出的整体传质效率。 宏观角度分析上,通过研究浸取时润湿性、黏附功以及稀土颗粒表面结合水膜的测定。可得出AEC-9Na的添加量为0.03%时,接触角、表面张力和黏附功均降至最低,表明此时润湿性能最优。此外,加入AEC-9Na可减少颗粒表面的吸附水量,降低稀土颗粒在浸取过程中吸附水层的厚度,减弱其水化效应。 微观角度分析上,基于DFT计算,研究了AEC-9Na对稀土离子与高岭石(001)面上化学键强度以及AEC-9Na在高岭石(001)面上吸附的构型和静电势分布。可得出AEC-9Na能与稀土离子进行反应,减小了RE³⁺在高岭石(001)表面的吸附强度,增强RE³⁺与Mg²⁺间的交换反应。同时,AEC-9Na以物理吸附的形式附着在高岭石(001)表面,这不仅有助于浸取剂更好地润湿矿物颗粒表面,也优化了其在矿体内部的流动性。