稀土尾矿综合利用现状与发展趋势.docx

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1、稀土享有“工业黄金点石成金”等美誉，是我国战略性矿产资源，其具有卓越的光电磁等特性，被广泛应用于军工制造、冶金工业、石油化工、玻璃陶瓷、农业生产、机械能源等领域，是现阶段无法替代的“工业维生素。我国的稀土储量高居全球第一，也是全球第一的稀土生产和出口大国。据中国稀土行业协会统计，2019年我国稀土储量约为4400万t,稀土和其制品出口量累计高达9.0431万t,我国承担了全世界90%的稀土供应量，而出口金额仅为1.570325亿元。因缺乏自主定价权以及高端应用（如稀土磁材）不足，导致我国庞大的稀土资源未能转变成战略性优势,稀土产业仍然处于相对被动的状态。由于无节制的开采和低价贱卖，我国的稀土储

2、量已经从占全世界总储量的71%下降至23%,而稀土尾矿的存放量已超过100亿t0环境损失与实际的收益严重偏离，例如：南方离子型稀土尾矿山的土壤和地下水中残留大量的NHi-N,白云鄂博稀土尾矿山的土壤中残留大量放射性金属等，都易造成严重的环境污染。现阶段由于技术限制稀土的综合回收利用率较低,大量有用组分遗留在尾矿中，例如：我国包头混合型稀土矿,经过露天开采,稀土随着铁矿采出，经弱磁浮选、强磁浮选等工艺技术，得到的是品位仅有50%左右的稀土精矿，稀土利用率仅为10%15%,大量未回收利用的有用组分随尾矿排入尾矿库；据专家统计，包钢稀土尾矿山面积已经超过20km?,存储量超过2亿t,其中含稀土资源以

3、及其他稀有金属逾1280万t,价值超5万亿元；我国南方离子型稀土矿,经过池浸、堆浸和原地浸矿3种不同的复杂技术处理,其资源利用率依然仅有30%40%,大量尾矿尚未被利用。据数据统计，我国每年因生产稀土而产生的固体废弃物接近IoOO万t,尤其是在赣南地区存在大量稀土尾矿堆，造成当地植被破坏、土壤侵蚀、耕地冲毁、生态恶化等一系列负面影响。然而，稀土尾矿中含有大量高岭土、石英砂和稀土氧化物可供回收利用。稀土资源回收利用过程中产生的废气、废水、废渣的污染问题日益严重，因此对稀土尾矿的综合治理刻不容缓。1稀土化学组成与物化性质广义而言，稀土是化学周期表中17种特殊元素的统称。由于InB族元素在元素周期表

4、中的特殊位置，其最外层电子结构与其他元素不同（见表Do从表1中可以看出，所有稀土元素都具有相似的外层电子结构,属于型,由于最外层电子的屏蔽效应,使其具有相似的化学性质。从1a到1u,最外层的电子数是不变的，但它的核电荷数却由57增长到了71o因此，稀土元素电子亲和力逐渐增大，导致整个电子壳收缩。同时,随着元素的离子半径逐渐减小，其碱度逐渐降低，对氢氧化物的解离度逐渐降低。稀土元素原子结构特殊，很容易与其他元素形成氧化物、卤化物、硫化物等，其化学性质主要与稀土元素显示的化合价有关。稀土元素具有半充满和全充满状态的4f电子层结构,由此可以产生多种电子能级，其主要物理性质由4f层电子决定。表1稀土元

5、素电子结构元素序号元索名称元素符号外层电子结构21铳Sc3d,4s239忆Y4d,5s257璃1a5d,6s258WCe4f,5d,6s259错Pr4f36s260钦Nd4f,6s261饨Pm4f56s262衫Sm4f66s263的Eu4f76s264I1Gd4f75d,6s265钛Tb4f96s266辆Dy4f,06s267钦Ho4f,6s268饵Er4f,26s269住Tm4f,36s270德Yb4fu6s271然1u4fu5d16s2稀土元素具有特殊的理化性质，因而被广泛应用于工业制造中，例如：将稀土加入钢水中，可以充分净钢；将稀土加入农作物中，可促进植物光合作用；将三价稀土离子加入染料

6、中,可以使其具有漂亮的颜色。2稀土尾矿综合回收利用现状在我国稀土资源的开采过程中，许多有用组分如稀土氧化物、铁、泥、社等都未能得到有效利用，而是被直接排入尾矿库中，给当地的生态环境带来了很大压力。稀土尾矿是一种利用价值很高的二次资源，对其进行综合回收利用，既能减少资源浪费，又能改善生态环境。2.1 稀土尾矿中有用组分再回收2.1.1 金属铁再回收我国是用钢大国,虽然铁矿资源较为丰富,但优质铁矿匮乏大多是贫铁矿,品位较低，仅为33%。复杂难选矿的利用率较低、选矿成本较高加剧了我国对高品位铁矿石的进口；据报道，2018年我国铁矿石累计进口量为10.64403亿t,进口金额高达756.67亿美元，而

7、累计出口量为1109.2万t,仅有7.93亿美元的出口金额。为满足高品位铁矿石的需求量，我国每年需要从澳大利亚、巴西、南非、印度等国进口大量的铁矿石。与此同时，每年我国有大量铁尾矿被堆积于尾矿库中,其中的Fe.Mg、Ca.A1等有用元素未得到利用，不仅造成了资源浪费，而且占用了大量土地，破坏了生态环境。就稀土尾矿而言，其中铁、泥、稀土元素等含量较高,有极高的利用价值。稀土尾矿很难用传统的选矿工艺二次利用。赵瑞超等利用高梯度装置在强磁感应强度为0.8T、弱磁感应强度为0.3T、矿浆质量分数为20%的条件下对白云鄂博稀土尾矿进行了磁选回收,获得了53.8%的全铁回收率，且铁品位为46.06%；李解

8、等以白云鄂博的贫氧化矿为研究对象,以微波碳还原技术为手段，在570的条件下,直接进行磁化焙烧，经细磨后,再在24kA/m的弱磁场强度下磁选，可获得58.6%的全铁回收率、品位为65%的铁精矿；杨合等采用煤基直接还原弱磁选包头稀土尾矿获得了较高的综合回收率，特别是在C与。质量比为1:1.1200焙烧温度下保温2h后，采用煤基直接还原,可以得到还原矿且金属磁化率高达86.59%,再用160kA/m的磁选管进行弱磁选,获得铁的回收率达82.91%,全铁品位为82.36%;张波等研究了气基磁化焙烧综合回收包头稀土尾矿，认为在CO与CO2的质量比为4:6且充分混合的条件下，用1.21/min的还原气流量

9、持续通气,并将尾矿置于580的焙烧温度下，经过60min的磁化焙烧，研磨焙烧后的球团,最后在磁场强度为233kA/m的磁选管中对磨矿后的物料进行磁选,可得到70%的全铁回收率,且铁品位为62.5%o无论是碳还原还是气基煤基磁化焙烧都会产生大量的CO,。王建英等对白云鄂博稀土尾矿在M氛围、800C条件下直接磁化焙烧得到了76.5%的全铁回收率，且铁品位为61.5%o2.1.2 稀土资源再回收稀土作为一种不可再生的资源，其价值占总资源价值的70%以上,更是关乎着国家的经济、军事等战略性发展，如何利用和保护稀土资源，已成为我国现阶段的重要任务之一。包钢稀土资源占全国稀土资源的80%以上，其每年选矿的

10、矿石总量中稀土氧化物高达几十万吨，而稀土综合利用率不足10%,其余稀有元素回收率更低。目前仅可从强磁选尾矿中回收稀土元素，其他尾矿中的稀土矿物基本未被回收再利用，绝大部分稀土资源被直接排入尾矿库。我国学者根据稀土尾矿的工艺矿物学性质、物质组成、矿物成分种类、嵌布粒度、赋存状态等特点，采用了不同的方法回收稀土资源。王鑫等进行了不同磁浮工艺综合回收稀土尾矿中的稀土、铁、铝和萤石的试验研究以NaCCUCH,NO3.C17HXO,Na为捕收剂，Na6iO9HQ、KA1(SOJ”2HQ、淀粉为抑制剂，NaSFf为活化剂，10%褐煤为焙烧还原剂，15%的CaO为焙烧助溶剂，在1300下持续焙烧60min采

11、用弱磁选-强磁选浮选-还原焙烧-弱磁选的工艺流程获得了57.33%的稀土回收率；谢爱玲等针对我国特有的离子吸附型稀土矿堆浸尾矿做了相关研究，认为以钠基黏土尾矿为吸附剂，pH为68时可实现对渗淋水中的极低浓度稀土的高效富集回收利用；姜英对我国冕宁县稀土尾矿进行了相关研究，认为以当地来源广泛的含单宁栋树皮为原料、提取的NH2-SiC接枝固化栋木单宁为吸附材料，对稀土尾矿中的稀土离子1a1C6、Pm的吸附效果较好，回收利用率较高。2.2 其他有用组分再回收稀土尾矿中除了含有大量的稀土元素和金属铁矿物以外，还含有丰富的硫、泥、萤石等有用组分。冯婕等针对微山稀土尾矿进行了综合回收利用试验研究，认为以用量

12、超过IOog/t的GHNaOS2为捕收剂、NazSiO,为抑制剂、2#油为起泡剂、NazCCX为PH调整剂、PH在8.511.0时,获得了硫品位为36.24%的硫精矿，且硫回收率高达84.46%;在以用量为100g/t的CH（CH）QSONa、100gt的油酸、煤油为混合捕收剂，用量为300g/t的NaBQ和NaBiR为抑制剂，2#油为起泡剂，NaCCh为PH调整剂，PH在8.511.0时可得到质量分数超过90%的BaSO,及回收率为87.63%的重晶石精矿，在经过一次重选摇床分选试验后，能得到回收率为90.48%、品位为0.069%的NbQ,王青春对包钢选矿厂中的稀土尾矿进行了研究，认为在7

13、00800OC下,以SiC1为脱氟剂进行2h的碳热氯化反应，以NaCCX为分解剂进行焙烧氯化反应，然后将氯化焙烧的水洗液用磷酸三丁酯萃取，分离铳，调PH,沉淀牡、铀后，用硝酸浸出,再用不同浓度的磷酸三丁酯萃取牡、铀,能够使铳、牡、铀的萃取率分别达到85%、40%、55%o张悦以白云鄂博稀土尾矿为研究对象进行了多组分综合回收工艺及耦合关系的研究，认为针对该尾矿采用“弱磁-强磁（稀土、萤石）分离浮选-还原焙烧（铁、铜）-弱磁选-复合酸浸（铜精矿）的复合工艺流程能够使各组分得到有效回收，萤石的总回收率可达75.67%,铁的回收率可达80.04%且品位高达74.79%,NbQ5的回收率达49.82%。

14、3稀土尾矿在建材行业中的应用近年来，在新常态经济迅猛发展的时代背景下，我国人民物质生活水平不断提高，居住环境不断改善，推动了建筑材料行业的快速发展。作为基础性产业,建材行业资源消耗量大，能源消耗量大，环境问题突出。而稀土尾矿中，能够富集某些矿物，间接影响建材的生产和提升建材的工业性能，同时能够缓解稀土尾矿大量堆积而造成的环境污染困局。3.1 稀土尾矿在水泥生产中的应用作为水泥生产和消耗大国,2019年我国水泥生产量为23.3亿t,且需求量还在不断增长。黏土是水泥生产中必不可少的成分，而黏土的大量开采易造成水土流失、土壤侵蚀，严重破坏当地生态环境。从稀土尾矿的组成、岩石特性和化学成分来看，稀土尾

15、矿中少量的稀土微量元素具有较好的矿化作用，可以提高水泥熟料的质量,从而改善水泥的性能，同时稀土尾矿中含有大量的黏土类矿物，可充当铝质硅酸盐，替代水泥中的少量黏土原料生产硅酸盐水泥。和春梅等开展了稀土尾矿水泥熟料性能的影响研究，发现在1350C保温60min的条件下，在水泥原料中掺入铅锌矿和稀土尾矿后能够明显增强生料的易烧性,使熟料中的f-CaO质量分数降至0.88%1.17%,水泥熟料中C3S.GA和GAF的质量分数均有所提高,有利于水泥熟料中矿物的形成及促进水泥熟料的烧结，能不同程度地提高3、7、28d水泥抗压强度,由于GS的存在,其早期强度最高可提升8.5%-13.3%;黄少文等开展了南方离子吸附型稀土尾矿代替黏土酉滞斗烧制硅酸盐水泥熟料城烧性能的研究,发现在配料时半掺入稀土尾矿并且适当提高粉磨细度,有利于减少尾矿中的高含砂量对水泥熟料烧结产生的负面影响，改善水泥熟料的物理力学性能及岩相结构，有利于固相反应时的质点扩散和矿物的均匀分布，更容易烧制出质量优异的水泥。3.2 稀土尾矿在陶瓷制品中的应用根据十四五”规划，中国坚持走生态优先、绿色低碳的发展道路。随着材料科学的发展，新型的功能性陶瓷越发受到人们的关注，而稀土陶瓷作为一种新型绿色环保材料，将稀土元素与传统的矿物质结合，具有色泽清丽、耐磨抗腐蚀、轻质、无磁性、无辐射、能抑菌等优点。稀土尾