摘要
稀土元素广泛应用于电子、能源、航天及军工等多种领域。近年来，由于需求不断增大以及传统稀土资源的持续开发，各国努力寻求新的稀土来源。煤及煤系固体废物中稀土元素含量、赋存状态、分离提取技术等已成为国内外研究热点。 本研究以贵州毕节某选煤厂煤矸石为研究对象，研究了煤矸石中稀土元素含量与赋存特征，对煤矸石中稀土元素进行了预富集及浸出试验研究。结果表明，试验所用煤矸石中稀土元素含量较高（1013.02 μg/g），且主要分布在细粒级、可磨性较好的碳质泥岩、煤炭、黏土岩中；扫描电镜-能谱仪及逐级浸出试验研究发现，稀土元素主要赋存在高岭石等黏土矿物中，少量赋存于方解石中。对煤矸石进行选择性磨矿-抛尾试验，在球磨时间为8 min 时，得到磨矿产品中+2 mm及-2 mm产率分别为24.08%、75.92%，稀土元素含量分别为176.95 μg/g、1104.93 μg/g，说明+2 mm粗粒级抛尾对稀土元素具有一定的预富集作用。将-2 mm粒级煤矸石进行高温活化焙烧及盐酸浸出试验，煤矸石与活化剂Na2CO3在850℃下焙烧3.0 h，用4 mol/L 的盐酸按液固体积质量比10：1在 60℃ 搅拌浸出3 h，稀土元素浸出率可达 91.41%，浸出效果较好。实际中也可考虑采用成本更低的NaCl作为活化剂，煤矸石与NaCl 在900℃下焙烧2.5 h，用4 mol/L的盐酸按液固体积质量比 20：1 在 80℃搅拌浸出 3 h，稀土元素浸出率为 68.88%。以Na2CO3为活化剂时，最终浸出液中稀土元素含量为1010.02 μg/g，显著高于主要杂质离子含量（Si 232.20 μg/g、Fe 706.10 μg/g、Ca 350.40 μg/g），为下一步分离提取提供了有利条件。 机理研究表明，高温焙烧一方面使煤矸石孔径与总孔面积增大，有利于浸出剂渗透，提高反应效率，同时也使钠盐活化剂与煤矸石中的高岭石等矿物反应生成易溶盐类，铝硅离子与游离的钠离子结合，使稀土元素得到有效活化。合适的焙烧温度使活化剂发生熔融，煤矸石与活化剂之间由固相与固相反应转变为固相与液相反应，有利于增强活化效果。
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