稀土矿选矿（一）
来源：网络 作者：网络转载 2019-10-14 阅读：420
稀土元素是元素周期表ⅢB族中的钪、钇、镧系等十七种元素的总称(常用RE表示)。原子序数从21(Sc)、39(Y)、57(La)至71(Lu)。核外电子结构特点决定着它们的化学性质相近。稀土元素以钆为界,从镧、铈、镨、钕、钷、钐、到铕称之为轻稀土（或铈组稀土）,从钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥到钇称之为重稀土（或钇组稀土）。 稀土元素发现较晚，1787年瑞典的C·A阿累尼乌斯（Arrhenius）在斯德哥尔摩附近发现第一块矿石,到1947年美国的J.A.里斯克(Marisky)等从铀的裂变产物中得到钷为止，前后经历了近160年。从稀土发展和应用的历史来看,大体可分为四个阶段：（1）1787~1891年为发展初期阶段。在此期间,人们对稀土进行了科学考察和认识，没有在工业上使用。（2）1891~1930年为初步应用阶段。在此期间，稀土主要用于煤气灯白炽纱罩、发火合金、碳弧电极。（3）1930~1960年为广泛应用阶段。在此期间，原子能研究带动了稀土科研的发展,掌握了稀土元素的各种性质和分离方法，并建立了专门的稀土科研中心。（4）1960年至今,是稀土应用向广度和深度迅速发展的阶段。由于稀土在国民经济各部门广泛的应用，稀土的生产和消费量猛增。 我国拥有世界上最丰富的稀土资源，但稀土工业还是解放后发展起来的新兴工业。20世纪50年代末,我国制得了除钷以外的全部稀土金属（1972年制得钷）,60年代初开始工业生产。1978年以来,由于广泛地开展稀土矿的选矿、冶炼、分离、合金、材料的科研工作，以及大力开展稀土的推广应用工作,我国稀土的产量和消费量在迅速地增涨。我国的稀土精矿和稀土产品已进入国际市场。 一、稀土的性质及用途 稀土完素系典型的金属元素,其金属活泼性仅次子碱金属和碱土金属。稀土元素的电子层结构和核结构决定了稀土元素及其化合物的性质，而稀土的许多独特性质,又决定着它们的应用。有关稀土的结构与性质的关系示于表1。稀土的应用开始于19世纪末，经历了60多年的开发，因提取工艺复杂，产品价格昂贵，发展速度缓慢，消费量也不大。20世纪50年代以后，稀土分离技术得到了迅速的发展,近代的离子交换法、溶剂萃取法取代了经典的分级结晶、分步沉淀法，并在工业生产中获得各种较纯的单一稀土产品,从而为稀土的应用奠定了基础。近十年，稀土广泛用于冶金、石油化工、玻璃陶瓷、新材料领域。表1 稀土的结构和性质之间的相互关系
[next] 在冶金工业方面:稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中,能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用,并可以改善钢的加工性能；稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁,由于这种球墨铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件，被广泛用于汽车、拖拉机、柴油机等机械制造业；稀土金属添加至镁、铝、铜、锌、镍等有色合金中，可以改善合金的物理化学性能，并提高合金室温及高温机械性能。 在石油化工方面：用稀土制成的分子筛催化剂，具有活性高、选择性好、抗重金属中毒能力强的优点,因而取代了硅酸铝催化剂用于石油催化裂化过程；在合成氨生产过程中，用少量的硝酸稀土为助催化剂,其处理气量比镍铝催化剂大1.5倍；在合成顺丁橡胶和异戊橡胶过程中，采用环烷酸稀土-三异丁基铝型催化剂,所获得的产品性能优良，具有设备挂胶少，运转稳定,后处理工序短等优点；复合稀土氧化物还可以用作内燃机尾气净化催化剂，环烷酸铈还可用作油漆催干剂等。 在玻璃陶瓷方面：稀土氧化物或经过加工处理的稀土精矿,可作为抛光粉广泛用于光学玻璃、眼镜片、显象管、示波管、平板玻璃、塑料及金属餐具的抛光；在熔制玻璃过程中,可利用二氧化铈对铁有很强的氧化作用,降低玻璃中的铁含量，以达到脱除玻璃中绿色的目的；添加稀土氧化物可以制得不同用途的光学玻璃和特种玻璃,其中包括能通过红外线、吸收紫外线的玻璃、耐酸及耐热的玻璃、防X-射线的玻璃等；在陶釉和瓷釉中添加稀土，可以减轻釉的碎裂性，并能使制品呈现不同的颜色和光泽，被广泛用于陶瓷工业。 在新材料方面：稀土钴及钕、铁、硼永磁材料，具有高剩磁、高矫顽力和高磁能积,被广泛用于电子及航天工业；纯稀土氧化物和三氧化二铁化合而成的石榴石型铁氧体单晶及多晶,可用于微波与电子工业；用高纯氧化钕制作的钇铝石榴石和钕玻璃,可作为固体激光材料；稀土六硼化物可用于制作电子发射的阴极材料；镧镍金属是70年代新发展起来的贮氢材料；铬酸镧是高温热电材料；近年来,世界各国采用钡钇铜氧元素改进的钡基氧化物制作的超导材料，可在液氮温区获得超导体，使超导材料的研制取得了突破性进展。 此外，稀土还广泛用于照明光源,投影电视荧光粉、增感屏荧光粉、三基色荧光粉、复印灯粉；在农业方面,向田间作物施用微量的硝酸稀土，可使其产量增加5~10%；在轻纺工业中，稀土氯化物还广泛用于鞣制毛皮、皮毛染色、毛线染色及地毯染色等方面。 二、稀土矿床 1.矿床的工业要求 稀土元素在地壳中的克拉克值为0.0153%，与常见的元素锌、锡、钴含量相近；即使是克拉克值较小的铥、镥、铽、铕、钬等，也比铋、银、汞的含量高。 稀土元素在地壳中分布虽较广,但不是所有含稀土的矿床都符合工业开发利用的要求。根据目前选矿和提取的技术水平，对稀土矿床的工业指标要求如表2所列。表2 稀土矿床工业指标
| 矿床类型 | 边界品位 | 工业品位 | 可采厚度m | 夹石剔除厚度,m |
| 含氟碳铈矿、独居石的原生矿床 | Ce2O3或R2O30.5% | Ce2O3或R2O31% | 1~2 | 2 |
| 磷钇应放硅铍钇矿等伟晶岩和碳酸岩矿床 | Y2O3或R2O3 | Y2O3或R2O30.05~0.1% | 1~2 | 2 |
| 独居石砂矿及风化壳矿床 | 独居石100~200g/m3 | 独居石300~500g/m3 | 1 | 1~2 |
| 磷钇矿砂矿及风化壳矿床 | 磷钇矿30g/m3 | 磷钇矿50~70g/m3 | 0.5~1 | 2 |
如果稀土元素在矿床中作为伴生组分进行综合回收,则工业指标要求可根据矿床中主要有用元素而定。对于我国特有的离子、吸附型稀土矿床，其工业指标要求有待研究和制定。 2.矿床类型 我国的稀土矿床类型多、储量大、分布广，其中内蒙古白云鄂博稀土共生矿床,是世界上已探明储量最大的稀土矿床；江西离子吸附型稀土矿床，是我国特有的一种稀土矿床。国外的稀土矿床主要分布在美国、苏联、澳大利亚、巴西、印度等国。目前，国内外已开发和有工业利用价值的矿床类型列于表3。[next] 表3 稀土矿床类型
| 矿床类型 | 主要矿物 | 产地 |
| 白云鄂博稀土共生矿床 | 氟碳铈矿、独居石、磁铁矿、赤铁矿、铌铁矿、铌铁金红石、萤石、霓石、以及少量的方解石、重晶石、石英等矿物 | 中国内蒙 |
| 碳酸盐型稀土矿床 | 氟碳铈矿、方解石、重晶石、以及硅酸盐矿物等 | 美国加利福尼亚中国山东 |
| 独居、氟菱钙铈矿、氟碳铈矿、萤石、方解石、及硅酸盐矿物等 | 中国湖北 |
| 氟碳铈矿、独居石、磷钇矿、菱铁矿、重晶石、方解石等 | 苏联 |
| 悔滨砂矿及冲积砂矿矿床 | 独居石、钛铁矿、锆英石、金红石、及硅酸盐矿物等 | 澳大利亚、印度、巴西、美国、中国 |
| 磷钇矿、锡石、锆英石、独居石、钛铁矿、及硅酸盐矿物等 | 马来西亚、尼日利亚、巴西 |
| 离子吸附型稀土矿床 | 重稀土或轻稀土以离子形态吸附在高岭土及粘土矿物上，其他矿物有独居石、石英等矿物 | 中国江西、福建 |
| 花岗岩型稀土矿床 | 独居石、磷钇矿并含有方铅矿、闪锌矿、或含有黑钨矿及石英等 | 苏联中国江西 |
| 含稀土铀矿矿床 | 黑稀金矿、褐钇铌矿、锆英石、金红石、磁铁矿、硅酸盐矿物、或伴生有钛铀矿、晶质铀矿、钍沥青铀矿等矿物 | 加拿大、美国、巴西、南非 |
| 铈铌钙钛矿矿床 | 铈铌钙钛矿、磷灰石、霞石、长石等矿物 | 苏联 |
三、稀土工业矿物及其物理、化学性质 1. 稀土元素的赋存状态及矿物的分类 稀土元素在地壳中的赋存状态有以下三种：（1）参加矿物晶格，构成矿物不可缺少的成份，形成独立的矿物(如独居石、氟碳铈矿),这是稀土元素在地壳中赋存的主要形态；（2）以类质同象置换(钙、锶、钡、锰等)的形态分散于造岩矿物和其他稀有矿物之中,这是次要的赋存形态；（3）呈离子形态吸附在其他矿物表面或颗粒之间，这是比较少见的一种赋存形态。 根据稀土矿物的化学成分,可将已发现的稀土矿物分为九类，各类典型的稀土矿物列手表4。表4 稀土矿物分类表
| 类别 | 主要矿物 |
| 氟化物 | 钇萤石、氟钙钠钇石、氟铈矿等 |
| 碳酸盐、氟碳酸盐 | 氟碳铈矿、黄河矿、碳酸锶铈矿等 |
| 磷酸盐 | 独居石、磷钇矿 |
| 硅酸盐 | 硅铍钇矿、钪钇石 |
| 氧化物 | 褐钇铌矿、易解石、黑稀金矿 |
| 砷酸盐 | 砷钇矿 |
| 硼酸盐 | 水铈钙硼石 |
| 硫酸盐 | 水氟钙钇矾 |
| 矾酸盐 | 钡钇矿 |
2.主要工业矿物及其物理、化学性质目前，世界上已发现的含有稀土的矿物大约有250种以上，有研究和利用价值的稀土矿物大约有50~60种，具有工业开采和实用价值的稀土矿物不过10几种，其重要的稀土矿物的物理、化学性质列于表5。[next] 表5 稀土矿物的物理、化学性质
| 矿物名称 | 化学性质 | 物理性质 | 英文名称 |
| 分子式 | REO% | 可溶性 | 密度g/cm3 | 硬度 | 比磁化系数×10-6cm3/g | 介电常数 | 晶形 |
| 氟碳铈矿 | CeCO3F | 74.77 | 溶于HCl | 4.72~5.12 | 4~5.2 | 12.59~10.19 | 5.65~6.90 | 三方晶系 | Bastnaesite |
| 独居石 | CePO4 | 67.76 | 溶于H2SO4、HCl、H3PO4微溶于NaOH | 4.83~5.42 | 5~5.5 | 12.75~10.58 | 4.45~6.69 | 单斜晶系 | Monazite |
| 磷钇矿 | YPO4 | 63.23 | 溶于H2SO4、H3PO4微溶于NaOH | 4.4~4.8 | 4~5 | 31.28~26.07 | 8.1 | 正方晶系 | Xenotime |
| 氟菱钙铈矿 | Ce2Ca(CO3)3F3 | 60.30 | 溶于HCl、H2SO4、HNO3 | 4.2~4.5 | 4.2~4.6 | 14.37~11.56 | | 三方晶系 | Parisite |
| 硅铍钇矿 | Y2FeBe(SiO4)2O2 | 51.51 | 溶于HCl微溶于NaOH | 4.0~4.65 | 6.5~7 | 62.5~49.38 | | 单斜晶系 | Cadolinite |
| 易解石 | （CeThY）(TiNb)2O6 | 29.36 | 溶于H2SO4、H3PO4易溶于HF、H2SO4+（NH4）2SO4 | 5~5.4 | 4.5~6.5 | 18.04~12.92 | 4.4~4.8 | 斜方晶系 | Eschynite |
| 铈铌钙钛矿 | （NaCeCa）(TiNb)O3 | 28.71 | 不溶于HCl、H2SO4、HNO3溶于HF | 4.58~4.89 | 5.8~6.3 | 6.54~5.23 | 5.56~7.84 | 等轴晶系 | Loparite |
| 复稀金矿 | Y（TiNb）2(O·OH)6 | 29.28~33.43 | 溶于H2SO4、H3PO4、HF | 4.28~5.05 | 4.5~5.5 | 21.05~18.00 | | 斜方晶系 | Polycrase |
| 黑稀金矿 | Y（NbTi）2(O·OH)6 | 20.82~29.93 | 溶于HF、H2SO4、H3FO4 | 4.2~5.87 | 5.5~6.5 | 27.38~18.41 | 3.7~5.29 | 斜方晶系 | Euxenite |
| 褐钇铌矿 | YNbO4 | 39.94 | 溶于H2SO4、HNO3 | 4.89~5.82 | 5.5~6.5 | 29.2~21.16 | 4.5~16 | 四方晶系 | Fergusonite |
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