一种离子型稀土浸矿剂用量计算方法

本技术涉及浸取选矿领域，具体而言，涉及一种离子型稀土浸矿剂用量计算方法。

背景技术：

1、离子型稀土矿中的稀土主要以水合或羟基水合离子的形式吸附在粘土矿物上，因此主要采用化学溶液浸取的方法来进行开采。开采过程中浸矿剂的用量是影响离子型稀土矿资源回收率主要因素，浸矿剂用量过多会造成氨氮污染，增加生产成本；浸矿剂用量过少，浸矿效率低，稀土资源回收不充分。因此，通过描述浸矿剂阳离子的吸附与稀土离子的解吸过程定量刻画浸矿机理，建立浸矿剂用量计算模型对实现高效开采和保护矿山环境有重要意义。

2、目前针对浸矿剂用量的研究，行业尚未有标准，多凭现场经验。授权公告号为cn107190144b的发明专利公开了一种离子型稀土原地浸矿硫酸铵用量的计算方法，其是基于稀土离子和铵根离子的化学反应方程式，采用反应平衡常数建立了浸矿剂用量计算模型计算硫酸铵单耗的最小值和最大值。授权公告号为cn111180017b发明专利公开了一种离子型稀土浸矿剂用量的计算方法，其是通过二元解吸平衡模型，将铵消耗在浸矿中分为离子交换消耗、专性吸附消耗和维持浸矿剂浓度的消耗三个部分，并基于ded模型计算出相应浸矿剂用量。上述方案在浸矿剂用量计算时具有一定的指导作用，但是均未考虑离子型稀土矿开采过程的实质是离子在矿土表面电场作用下的吸附/解吸，导致上述离子型稀土矿浸矿剂用量计算均未揭示稀土离子发生解吸的实质，不能适应各地矿样性质不一的条件。

3、因此，需要一种能够针对不同矿土、不同目标浸取率的浸矿剂单耗的计算方法。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种离子型稀土浸矿剂用量计算方法，通过综合考虑离子型稀土矿矿样表面电位变化及铵离子与镧离子在不同离子强度下的有效电荷变化情况，以道南模型刻画浸矿过程提出了针对不同矿土、不同目标浸取率下的浸矿剂硫酸铵单耗的计算模型，降低稀土浸取率计算误差。

2、本技术是这样实现的：

3、本技术提供一种离子型稀土浸矿剂用量计算方法，其包括以下步骤：

4、计算纯镧矿物表面的电荷密度σ0；

5、进行纯镧矿物的吸附和解吸试验，测量上清液中的铵根离子浓度和镧离子浓度，计算得到纯镧矿物固相吸附的铵根离子含量和镧离子含量

6、确定镧离子和铵根离子的相对有效电荷系数与离子强度i的关系，计算得到铵根离子和镧离子交换比ω；

7、确定道南平衡选择系数k与上清液中铵根离子活度的关系；

8、根据离子活度系数γi、道南平衡选择系数k及铵根离子和镧离子交换比ω拟合计算得到浸矿剂硫酸铵的单耗与浸取率的关系。

9、在一些可选的实施方案中，纯镧矿物使用以下步骤制备得到：

10、将预定质量的稀土矿与硫酸镧溶液混合搅拌1-3h后固液分离，重复上述步骤至少3次得到样品；

11、使用去离子水清洗样品直至清洗液中镧离子浓度低于0.005mmol/l，烘干样品。

12、在一些可选的实施方案中，测试纯镧矿物表面的电荷密度包括以下步骤：

13、测试纯镧矿物的离子相镧离子品位qc及比表面积s；

14、采用以下公式计算纯镧矿物的表面电荷密度；

15、

16、式中：σ0为表面电荷密度，c/m2；为la3+的电价；qc为离子相镧离子品位，g/g；f为法拉第常数；为镧离子的相对摩尔质量，取138.91g/mol；s为纯镧矿物的比表面积，m2/g。

17、在一些可选的实施方案中，进行纯镧矿物的吸附和解吸试验得到纯镧矿物固相吸附的铵根离子含量和镧离子含量包括以下步骤：

18、将纯镧矿物加入不同浓度的硫酸铵溶液在预设温度下反应4-10h后固液分离得到上清液；

19、分别测量上清液中的铵根离子浓度和镧离子浓度，计算得到上清液中的铵根离子活度和镧离子活度计算纯镧矿物固相吸附的铵根离子含量和镧离子含量

20、在一些可选的实施方案中，确定镧离子和铵根离子的相对有效电荷系数与离子强度i的关系时包括以下步骤：

21、采用以下公式计算镧离子和铵根离子的相对有效电荷系数和

22、

23、式中，和为纯镧矿物固相吸附的铵根离子含量和镧离子含量，mol/g；βi为i离子的相对有效电荷系数；为表面电位，v；和为上清液中的铵根离子活度和镧离子活度，mol/l；r为气体常数，值为8.314j/(mol·k)；t为绝对温度，k；f为法拉第常数；s为纯镧矿物的比表面积，m2/g；κ为德拜参数，nm-1；m为与电解质类型相关的系数；ε为浸取率；

24、采用以下公式进行数学拟合，分别得到镧离子和铵根离子的相对有效电荷系数和与离子强度i的关系；

25、β＝blni+d；

26、式中：i为离子强度，mol/l；b、d为系数；β为镧离子或铵根离子的相对有效电荷系数。

27、在一些可选的实施方案中，计算得到铵根离子和镧离子交换比ω采用以下公式：

28、

29、式中：zi为i离子的电价；βi为i离子的相对有效电荷系数。

30、在一些可选的实施方案中，确定道南模型平衡选择系数k与铵根离子活度的关系包括以下步骤：

31、根据上清液中的铵根离子活度使用以下公式进行数学拟合得到道南模型平衡选择系数k与上清液中的铵根离子活度之间的关系：

32、

33、式中，k为道南模型平衡选择系数；f为系数；为上清液中的铵根离子活度。

34、在一些可选的实施方案中，离子活度系数γi根据离子水化半径和离子强度计算得到。

35、在一些可选的实施方案中，根据离子活度系数γi、道南平衡选择系数k及铵根离子和镧离子交换比ω计算得到浸矿剂硫酸铵的用量与浸取率的关系时采用以下拟合公式：

36、

37、式中，为硫酸铵的用量，g/g；为初始铵根离子的量，mol/g；为硫酸铵的摩尔质量，g/mol；γi为i离子的活度系数；ω为铵根离子与镧离子交换比；ε为浸取率，％；θ为稀土矿品位，mol/g；m矿为稀土矿质量，g；k为道南平衡选择系数。

38、本技术的有益效果是：本技术提供的离子型稀土浸矿剂用量计算方法包括以下步骤：测试纯镧矿物表面的电荷密度σ0；进行纯镧矿物的吸附和解吸试验得到纯镧矿物固相吸附的铵根离子含量和镧离子含量确定镧离子和铵根离子的相对有效电荷系数与离子强度i的关系；确定道南平衡选择系数k与上清液中铵根离子活度的关系；根据离子活度系数γi、道南平衡选择系数k及铵根离子和镧离子交换比ω拟合计算得到浸矿剂硫酸铵的单耗与浸取率的关系。本技术提供的离子型稀土浸矿剂用量计算方法综合考虑了离子型稀土矿的矿样表面电位变化及铵离子与镧离子在不同离子强度下的有效电荷变化情况，以道南模型刻画浸矿过程提出了针对不同矿土、不同目标浸取率下的浸矿剂硫酸铵单耗的计算模型，为合理确定浸矿剂用量提供了理论基础，计算得到稀土浸取率与实际稀土浸取率误差仅在0.82％以内。