稀土開題報告.

1、稀土原地浸出過程中浸出劑與稀土作用的浸出特性研究專業(yè)名稱： 礦物加工工程 研究生姓名: 導師姓名： 課題背景 稀土已經成為現代工業(yè)新型材料中不可缺少的元素，被世界各國廣泛應用于傳統(tǒng)產業(yè)和新型高技術產業(yè)領域，在發(fā)光，永磁，新材料，農業(yè)等行業(yè)，稀土發(fā)揮著非常重要的作用，對它的需求也是與日俱增。 我國南方風化殼淋積型稀土礦世界罕見，該礦床具有分布廣、儲量豐富、放射性低、稀土配分齊全、富含中重稀土元素等特點。 經過我國科研工作者對它進行長期的科學研究和生產實踐，采用離子交換技術浸出稀土礦，取得了舉世矚目的成就 但是礦床復雜，仍需要我們不斷的完善工藝。風化殼淋積型稀土礦產資源概述風化殼淋積型稀土礦于19

2、69年首先在我國江西龍南足洞被發(fā)現，是我國特有的稀土資源。 隨著地質人員的進一步勘探發(fā)現在福建、廣東、云南、湖南、廣西、浙江等省市也存在此類稀土礦，但大部分還是分布于南嶺地區(qū)一帶的花崗巖、混合巖型稀土礦床及含稀土元素的火山巖發(fā)育地區(qū)。稀土就是化學元素周期表中鑭系元素鑭(La）、鈰(Ce）、鐠(Pr）、釹(Nd）、钷(Pm）、釤(Sm）、銪(Eu）、釓(Gd）、鋱(Tb）、鏑(Dy）、鈥(Ho）、鉺(Er）、銩(Tm）、鐿(Yb）、镥(Lu），以及與鑭系的15個元素密切相關的元素鈧(Sc)和釔(Y)共17種元素，稱為稀土元素。稀土的形成風化殼淋積型稀土礦的形成與南方濕熱的氣候、獨特的地貌特征、水

3、中含氧量以及相關微生物的存在有著密切關系。華南地區(qū)含稀土母巖在氣候濕熱、植被發(fā)育，有機酸來源豐富的弱酸性條件下，經過淋溶，風化，解離，運移，吸附，再淋溶再吸附的反復作用下,在含稀土母巖風化過程中，由于有機酸的作用，稀土元素從原生礦物解離出來后，在類似于醋酸的弱酸性環(huán)境下，形成極易溶于水的稀土含水醋酸鹽，并以此形式向下運移，稀土的形成 由于其濃度很小，電離度大，亦即相當于呈簡單陽離子RE3+的形式運移。在運移中，由于稀土元素的化學性質和地球化學性質之間的差異，在吸附和淋澆解吸的矛盾中，導致了稀土元素的富集和稀土配分的變化。此礦中約75%-95%的稀土元素以離子形態(tài)吸附于高嶺土、云母等粘土礦物上，

4、但主要還是富集于粒度小的粘土類礦物中。而余下10%的稀土元素則以礦物相、類質同相、微固體分散相存在于其他礦物中。風化殼淋積型稀土礦開采技術概述 稀土選礦經歷了三個階段的選礦方法 氯化鈉為浸出劑，草酸為母液沉淀劑的池浸 硫酸銨為浸出劑，草酸為沉淀劑的堆浸 硫酸銨/氯化銨為浸出劑，殘酸氫銨為沉淀劑的原地浸出池浸工藝圖分子仿真與模擬的研究現狀概述 近年來分子模擬技術發(fā)展迅速并在多個學科領域得到了廣泛的應用。在藥物設計領域，可用于研究病毒、藥物的作用機理等； 在生物科學領域，可用于表征蛋白質的多級結構與性質；在材料學領域，可用于研究結構與力學性能、材料的優(yōu)化設計等； 在化學領域，可用于研究表面催化及機

5、理等；在石油化工領域，可用于分子篩催化劑結構表征、合成設計、吸附擴散，可構建和表征高分子鏈以及晶態(tài)或非晶態(tài)本體聚合物的結構，預測包括共混行為、機械性質、擴散、內聚與潤濕以及表面粘接等在內的重要性質。分子模擬的優(yōu)點 與實驗相比較，利用計算機模擬具有以下幾個優(yōu)點： 降低研究成本 增加實驗的安全性 可以研究極快速的反應或變化 能增進對問題的了解 能對未知物質的物理化學性質進行預測materials studio軟件的介紹 Materials Studio分子模擬軟件采用了先進的模擬計算思想和方法，如量子力學（QM）、線性標度量子力學(Linear Scaling QM)、分子力學(MM)、分子動力學

6、(MD)、蒙特卡洛(MC)、介觀動力學(MesoDyn)和耗散粒子動力學（DPD）、統(tǒng)計方法QSAR(Quantitative Structure - Activity Relationship )等多種先進算法和X射線衍射分析等儀器分析方法；模擬的內容包括了催化劑、聚合物、固體及表面、界面、晶體與衍射、化學反應等材料和化學研究領域的主要課題鉑的晶體結構鉑的晶體結構鉑的晶體結構苯酚圖片草酸預期目標 通過離子型稀土礦中各種稀土離子與浸出液中的浸出劑基團或離子相互作用的能量交換的分子交換熱力學模擬分析、浸出劑基團或離子在含稀土離子的礦物表面吸附、表面能變化的分子動力學模擬分析，研究浸出劑與稀土離子

7、的交換反應熱力學和動力學過程，揭示浸出劑與稀土礦的交換反應規(guī)律。 同時，利用分子動力學對浸出劑的構象進行分析，尋找浸出劑的最佳構型。為離子型稀土礦原地溶浸清潔綠色浸出劑的配置合成、浸出液最佳浸出濃度及用量等工藝條件的確定，為不同賦存狀態(tài)的離子型稀土礦浸出時，浸出劑的種類選擇及工藝條件的確定奠定基礎。研究內容 離子型稀土礦溶浸試驗研究。模擬礦山原地溶浸方法，自行設計一套實驗裝置，開展采用不同種類浸出劑各種浸出體系進行不同礦體、不同風化狀態(tài)的離子型稀土礦的浸出試驗，開展采用不同種類抑雜劑進行不同礦體及風化狀態(tài)的稀土礦的抑雜浸出試驗，開展磁電場的物理預處理對稀土及雜質浸出的影響行為研究，優(yōu)化浸出工藝

8、條件及影響因素，獲取不同種類浸出劑對稀土的浸出行為及有關參數，不同種類抑雜劑對鋁鐵雜質的抑制行為及有關參數。研究內容采用MS軟件的分子動力學模塊，根據離子型稀土礦中各種稀土離子與浸出液中的浸出劑基團或離子之間相互作用的能量交換及變化, 浸出劑基團或離子在含稀土離子的礦物表面吸附的分子動力學模擬分析，研究浸出劑與稀土離子及雜質離子的動力學過程，獲取浸出劑與稀土礦的交換反應規(guī)律及趨勢。同時，利用分子動力學對浸出劑的構象進行分析，尋找浸出劑的最佳構型，為離子型稀土礦原地溶浸清潔綠色浸出劑的配置、合成，浸出液最佳浸出濃度及用量等工藝條件的確定，為不同賦存狀態(tài)的離子型稀土礦浸出時浸出劑的種類選擇及工藝條

9、件的確定提供條件。研究內容 抑雜劑與不同礦物類型及賦存狀態(tài)的鋁鐵雜質之間相互作用的分子動力學模擬研究。根據不同種類抑雜劑吸附在含雜質的礦物表面時，礦物表面張力的變化模型，開展離子型稀土礦中鋁鐵等各種雜質離子與浸出液中添加的抑雜劑的基團或離子之間相互作用的分子動力學模擬分析， 研究抑雜劑與鋁鐵雜質及礦物的相互作用規(guī)律及趨勢，獲取抑雜劑抑制雜質浸出的作用機理，利用分子動力學對抑雜劑的構象進行分析，尋找抑雜劑的最佳構型。為離子型稀土礦原地溶浸鋁鐵抑雜的配置合成、浸出液中抑雜劑最佳濃度及用量等工藝條件的確定提供依據。研究內容 根據理論研究結果，配置或合成新型浸出劑、新型抑雜劑，利用實際礦山的稀土礦進行

10、溶浸驗證試驗，進一步優(yōu)化典型稀土礦山的原地浸出工藝條件，提高稀土浸出率，降低雜質含量，提高浸出母液質量。關鍵問題 離子型稀土目前的提取工藝為原地溶浸工藝，如何配置及確定不同礦體、不同賦存狀態(tài)稀土的浸出藥劑體系，如何在實驗室設計一套實驗裝置及方法能夠基本模擬原地溶浸過程進行稀土浸出試驗，獲得能夠為分子動力學模擬提供參考的有關數據是本研究的另一關鍵問題。技術路線 離子型稀土礦的成礦規(guī)律及工藝礦物學研究-設計浸出實驗裝置-不同種類浸出劑浸出體系中進行不同礦體、不同風化狀態(tài)的離子型稀土礦的浸出試驗，不同種類抑雜劑體系中進行不同礦體及風化狀態(tài)的稀土礦的抑雜浸出試驗-浸取劑與不同賦存狀態(tài)稀土離子及雜質離子相互作用的分子動力學模擬研究-抑雜劑與不同礦物類型及賦存狀態(tài)的鋁鐵雜質之間相互作用的分子動力學模擬研究-配置或合成新型稀土浸出劑、新型高效抑雜劑-實際稀土礦的溶浸驗證試驗及工藝參數優(yōu)化?？尚行苑治?分子模擬技術是一門新興化學技術，它主要是利用計算機以原子水平的分子模型來模擬分子的結構和行為，進而模擬分子體系的各種物理和化學性質。經實踐驗證，分子模擬技術