阅读说明：本技术 一种从深海沉积物中提取稀土元素的方法 (Method for extracting rare earth elements from deep sea sediments ) 是由 潘炳 任国兴 王祥 麦笑宇 肖松文 钟志刚 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种从深海沉积物中提取稀土元素的方法,具体包括以下步骤：准备浸出装置,浸出装置包括浸出液出口、连接外部与反应槽的入料管道以及内部带有搅拌组件的反应槽；将酸液、絮凝剂和深海沉积物通过入料管道加入浸出装置中,打开搅拌组件,经浸出装置搅拌浸出后,由浸出液出口收集浸出液。本发明可同时实现沉积物中稀土元素的浸出和浸出液与浸出渣的分离,所得到的浸出渣含水率低于40％；本发明公开的从深海沉积物中提取稀土元素的方法无需对开采出来的高含水率深海富稀土沉积物烘干处理,可直接配酸进行浸出反应,可降低成本,并有效提高稀土元素的浸出率。(The invention discloses a method for extracting rare earth elements from deep sea sediments, which specifically comprises the following steps: preparing a leaching device, wherein the leaching device comprises a leaching liquid outlet, a feeding pipeline for connecting the outside with the reaction tank, and the reaction tank with a stirring component inside; adding acid liquor, flocculating agent and deep sea sediment into the leaching device through a feeding pipeline, opening the stirring assembly, stirring and leaching by the leaching device, and collecting the leaching solution through a leaching solution outlet. The invention can simultaneously realize the leaching of rare earth elements in the sediment and the separation of the leaching solution and the leaching slag, and the water content of the obtained leaching slag is lower than 40 percent; the method for extracting the rare earth elements from the deep sea sediments disclosed by the invention does not need to dry the exploited deep sea rare earth-rich sediments with high water content, can directly prepare acid for leaching reaction, can reduce the cost and effectively improve the leaching rate of the rare earth elements.)

一种从深海沉积物中提取稀土元素的方法

技术领域

本发明属于稀土冶金领域，尤其涉及一种从深海沉积物中提取稀土元素的方法。

背景技术

稀土作为不可再生的重点战略资源，是原子能、冶金、石油、航空、航天、电子信息等许多工业领域不可缺少的元素原料，素有“工业味精”之称。但是，由于长时间、超强度的开采利用，陆地稀土矿产资源储量的已经急剧下降，寻找可代替的稀土矿产资源已成为保障未来稀土供应迫切而现实的问题。

近年来，众多矿产资源勘探表明，深海沉积物赋存着丰富的稀土资源。据日本科学家报道，大平洋深海沉积物中的稀土元素最高含量可达0.66％，重稀土元素的含量是我国华南离子型稀土矿产丰度的2倍，且总资源储量远超目前陆地资源储量，极具开发利用价值。为此，针对深海富稀土沉积物中的稀土资源的开发利用，人们也已经开展了大量的研究工作。

如中国专利申请CN 107557576A公开了一种从深海沉积物中提取稀土的方法，其采用硫酸或盐酸直接酸浸沉积物，得到的浸出液经碳酸钠、氢氧化钠、氧化镁或石灰等调pH值，净化除杂。获得的净化液采用溶剂萃取方法分离回收稀土元素。中国专利申请CN109234548A公开了一种硫酸自热熟化池浸提取深海沉积物中稀土的方法，利用深海沉积物与硫酸混合过程中产生大量的硫酸稀释热和化学反应热，实现硫酸自热熟化低能耗提取稀土。浸出池内的熟化料保温一定时间后，经喷淋水或搅拌浸出，使稀土进入溶液。上述两种方法都未能考虑到沉积物中稀土品位极低，杂质元素含量超高的现实问题，直接的酸浸工艺，不仅酸用量极大，而且因杂质元素的大量浸出，后续的浸出液过滤净化非常困难，基本无工业应用前景。

中国专利申请CN 107983529A公开了一种从深海沉积物中提取稀土的方法，其首先将深海沉积物进行脱泥预处理，然后将脱泥后的产物进行磨矿和浮选富集，得到的浮选粗精矿再经稀酸浸出，得到富集了重稀土的浸液和含轻稀土的浸渣；浸出渣再经擦洗后进行浮选分离，得到稀土精矿。虽然该方法获得了较高品位的稀土精矿，但是，流程复杂，且全流程稀土总回收率仅40％左右，仍需进一步优化。

与传统陆地矿产资源不同，深海沉积物具有如下特点：(1)含水率极高，达到70％以上，不宜烘干再进行冶炼，否则能耗极高；(2)粒度极细，且硅铝含量高，常规酸浸出后，难以通过传统过滤装置分离浸出浆液；(3)因长期与海水作用，氯化物盐类含量极高，导致后续的净化除杂困难。针对现有技术存在的问题，并结合深海沉积物资源特点，提出一种高效经济的从深海富稀土沉积物中稀土提取的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种从深海沉积物中提取稀土元素的方法，本发明可同时实现沉积物中稀土元素的浸出和浸出液与浸出渣的分离，所得到的浸出渣含水率低于40％；无需对开采出来的高含水率深海富稀土沉积物烘干处理，可直接配酸进行浸出反应，可降低成本，并有效提高稀土元素的浸出率。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种从深海沉积物中提取稀土元素的方法，使用的浸出装置包括浸出液出口、设置在所述浸出装置内部的反应槽以及连接外部与所述反应槽的入料管道，所述反应槽内设置有搅拌组件；所述方法具体包括以下步骤：将酸液、絮凝剂和所述深海沉积物通过入料管道加入浸出装置中，打开所述搅拌组件，经所述浸出装置搅拌浸出后，由所述浸出液出口收集浸出液。

具体包括以下步骤：准备浸出装置，所述浸出装置包括浸出液出口、连接外部与所述反应槽的入料管道以及内部带有搅拌组件的反应槽；将酸液、絮凝剂和所述深海沉积物通过入料管道加入浸出装置中，打开所述搅拌组件，经所述浸出装置搅拌浸出后，由所浸出液出口收集浸出液。

作为上述技术方案的优选，所述酸液为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸和柠檬酸中的一种或多种；作为进一步的优选，所述酸液为硫酸；选择硫酸作为酸液的原因是硫酸环境污染小，不易分解且价格便宜。

作为上述技术方案的优选，所述酸液的浓度为0.05mol/L～1.0mol/L，作为进一步的优选，所述酸液的浓度为0.06mol/L～0.80mol/L。该浓度的酸液对深海沉积物中稀土金属的浸出效果最好，浓度过大会造成杂质离子的大量浸出，不利于浸出液的纯度，后期也难以分离；过小则浸出效率降低，影响工艺整体成本。

作为上述技术方案的优选，所述浸出装置内还添加有添加剂，所述添加剂为硫酸铵、氯化铵、硫酸铝、氯化铝和硫酸镁中的一种或多种；作为进一步的优选，所述添加剂为硫酸铵和氯化铵中的一种或两种；所述添加剂的添加浓度为0.5％～4％。氨根离子更易与沉积物中的稀土离子发生交换作用，使沉积物中的稀土更易浸出到溶液当中，因此添加适当浓度的氯化铵和硫酸铵有利于进一步增加稀土元素的浸出率。

作为上述技术方案的优选，所述深海沉积物的浓度为10％～60％；作为进一步的优选，所述深海沉积物的浓度为15％～55％；所述深海沉积物在所述稀土元素浸出装置中的停留时间为30～2400分钟，作为进一步的优选，所述深海沉积物在所述稀土元素浸出装置中的停留时间为60～1200分钟。本发明公开的工艺对于上述浓度下的深海沉积物中稀土元素的提取效果最佳；同时深海沉积物在所述稀土元素浸出装置中的停留时间为60～1200分钟时，稀土元素的提取效果最佳，时间过长则可能导致杂质离子的浸出，过短则会造成浸出的不充分以及浸出渣含水率过高。

作为上述技术方案的优选，所述絮凝剂为阴性聚丙烯酰胺、阳性聚丙烯酰胺或中性聚丙烯酰胺；所述絮凝剂的添加浓度为0.05～0.15g/L。

作为上述技术方案的优选，所述浸出装置还包括耙架、传动组件和底部最低处开设有排渣口的外壳；所述传动组件设置在所述外壳外部，并与所述耙架相连接；所述耙架平行设置在所述外壳底部的上方；所述浸出液出口设置在外壳的顶部；所述反应槽设置在外壳顶部的中间位置，所述反应槽底部开设有浆料出口。

上述技术方案的设计思路在于，选择上述结构的浸出装置对深海沉积物中的稀土元素进行浸出，能够使深海沉积物、酸液与絮凝剂在具有搅拌组件的反应槽内发生反应，由于深海沉积物的流动性较差，反应槽内设置的搅拌组件能够保证装置内部浆液的正常流动，同时还可提高酸液与深海沉积物的混合情况，从而提高深海沉积物中稀土元素的浸出效率；酸液和深海沉积物的混合浆液由经由反应槽底部的浆料出口流入到装置内部继续反应，进一步地实现酸与矿的溶解反应，与此同时，溶解反应产生的浸出渣在装置内部经絮凝剂作用长大并沉降至装置的底部，锥形的底部结构以及连接在可旋转的耙架能够保证沉积的浸出渣进一步长大并向排渣口移动，最终排出低含水率的浸出渣；在浸出渣生长过程中分离出来的浸出液则在装置内上浮，并通过浸出液出口收集；通过上述装置和方法，使用者在对深海沉积物进行浸出时无需对开采出来的高含水率深海富稀土沉积物烘干处理，可直接利用其已经浆化的特性，直接配酸进行浸出反应，可有效降低清水的消耗，同时，也避免了传统烘干处理过程所需的大量能源消耗。

所述反应槽内从上至下设置有第一搅拌组件和第二搅拌组件。通过设置多个搅拌组件，可以进一步提高反应槽内浸出反应的进行以及促进浆料的流动。

所述第一搅拌组件包括多个螺旋叶片，所述第一搅拌组件设置在靠近所述反应槽和所述入料管道的连接处的位置。通过将第一搅拌组件设计成螺旋叶片的形式，能够在保证搅拌强度的前提下对浸出的浆料施加一个螺旋向下的推力，促进浆料在反应槽内的移动；将第一搅拌组件设置在反应槽和入料管道的连接处的位置，则是由于该处为进料的连接处，流动性差的深海沉积物易在此处淤积，造成装置的堵塞。

所述第二搅拌组件包括一组呈环形设置的、沿竖直方向垂直布置的扇叶，所述第二搅拌组件设置在靠近所述浆料出口的位置。通过将第二搅拌组件设置成一组呈环形设置的、沿竖直方向垂直布置的扇叶，能够在保证搅拌强度的条件下对浸出浆料施加一个水平向外的推力，促进下层浆料从反应槽内的溢出；将第二搅拌组件设置在反应槽底部靠近浆料出口的位置，则是由于该处为浸出浆料移动方向由竖直转向水平的位置，流动性差的浆料易在此处淤积，造成装置的堵塞。

作为上述技术方案的优选，所述反应槽的底部锥形结构的母线与水平之间的夹角θ≥15°；作为进一步的优选，所述夹角30°≤θ≤60°。反应槽底部锥形结构的母线与水平间的夹角越大，因重力产生的沉积物之间的堆积挤压作用越强，因此最终从排渣口得到的浸出渣的含水率越低。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本方法公开的从深海沉积物中提取稀土元素的方法无需对开采出来的高含水率深海富稀土沉积物烘干处理，直接利用其已经浆化的特性，直接配酸进行浸出反应。这可有效降低清水的消耗，同时，也避免了传统烘干处理过程所需的大量能源消耗；同时，本发明通过加入添加剂，在酸用量明显降低的情况下，有效提高了稀土元素的浸出率。酸用量降低还有效避免了杂质元素的浸出，利于后续的浸出液净化工艺；本发明可同时实现沉积物中稀土元素的浸出以及浸出液与浸出渣的分离，还可得到含水率低于40％的浸出渣，简化了工艺流程的操作，降低了工艺的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1的方法所使用的浸出装置的结构示意图。

图例说明：

1、排渣口；2、耙架；3、第一搅拌组件；4、第二搅拌组件；5、入料管道；6、反应槽；7、传动组件；8、添加剂/酸液/絮凝剂管道；9、浸出液出口；10、外壳；11、扩散板。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

如图1所示，本实施例的方法所使用的浸出装置，包括外壳10、反应槽6、连接外部与反应槽6的入料管道5和添加剂/酸液/絮凝剂管道8；外壳10的顶部开设有浸出液出口9；反应槽6设置在外壳10顶部的中间位置，反应槽6侧面的底部开设有浆料出口，且反应槽6内部设置有搅拌组件。

本实施例中，反应槽6由多块扩散板11围成。

本实施例中，反应槽6内从上至下设置有第一搅拌组件3和第二搅拌组件4。

本实施例中，第一搅拌组件3包括螺旋扇叶，第一搅拌组件3设置在靠近反应槽6和入料管道5的连接处的位置。

本实施例中，第二搅拌组件4包括一组呈环形设置的、沿竖直方向垂直布置的扇叶，第二搅拌组件4设置在靠近浆料出口的位置。

本实施例中，反应槽6的结构为沿竖直方向设置的圆柱体，圆柱体的底面直径小于其高。

本实施例中，外壳10的底部呈倒置的锥形结构。

本实施例中，外壳10的底部锥形结构的母线与水平之间的夹角θ＝30°。

本实施例中，装置还包括传动组件7和耙架2，且外壳10底部最低处开设有排渣口1；传动组件7设置在外壳10外部，并通过一传动杆与耙架2相连接；耙架2平行设置在外壳10底部的上方。

本实施例中，搅拌组件通过传动杆与传动组件7相连接。

本实施例的从深海沉积物中提取稀土元素的方法，具体包括以下步骤：

将稀土含量0.1％的海盆沉积物引到装置入料管道5，同时，通过添加剂/酸液/絮凝剂管道8加入0.9mol/L的硫酸、硫酸铵和中性聚丙烯酰胺，控制反应矿浆浓度为30％，硫酸铵和聚丙烯酰胺的加入量分别为0.5％和0.1g/L，矿浆在装置内停留时间为180分钟。从浸出液出口9获得浸出液，该浸出液中稀土浸出率为79％，其中稀土元素Y的浸出率为94.83％，从排渣1口获得浸出渣，该浸出渣的含水率为32.6％。

实施例2：

本实施例的方法所使用的浸出装置与实施例1相同。

本实施例的从深海沉积物中提取稀土元素的方法，具体包括以下步骤：

将稀土含量0.1％的海盆沉积物引到装置入料管道5，同时，通过添加剂/酸液/絮凝剂管道8加入0.9mol/L的盐酸、氯化铵和阴性聚丙烯酰胺，控制反应矿浆浓度为20％，氯化铵和聚丙烯酰胺的加入量分别为1％和0.1g/L，矿浆在装置内停留时间为240分钟。从浸出液出口9获得浸出液，该浸出液中稀土浸出率为89.23％，其中稀土元素Y的浸出率为93.28％，从排渣口1获得浸出渣，该浸出渣含水率为35.2％。

实施例3：

本实施例的方法所使用的浸出装置与实施例1相同。

本实施例的从深海沉积物中提取稀土元素的方法，具体包括以下步骤：

将稀土含量0.1％的海盆沉积物引到装置入料管道5，同时，通过添加剂/酸液/絮凝剂管道8加入0.9mol/L的硫酸和柠檬酸以及硫酸铝和阳性聚丙烯酰胺，控制反应矿浆浓度为40％，硫酸铝和聚丙烯酰胺的加入量分别为2％和0.1g/L，矿浆在装置内停留时间为180分钟。从浸出液出口9获得浸出液，该浸出液中稀土浸出率为79.01％，其中稀土元素Y的浸出率为94.42％，从排渣口1获得浸出渣，该浸出渣含水率为30.3％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。