摘要
稀土作为一种重要的不可再生的三稀金属矿产资源，在能源生产、国防和安全应用等方面发挥着重要的作用。随着传统稀土矿的日益开采，传统稀土矿床日渐匮乏，稀土资源供需矛盾逐渐加剧，因此迫切需要寻找可替代的非传统稀土资源。煤系高岭土作为传统固废资源，已成为稀土的重要替代来源，回收提取稀土元素具有巨大的潜力。 本课题以煤系高岭土为研究对象，通过逐级化学提取、小浮沉等方法研究了稀土元素在煤系高岭土中的赋存规律。探究了煤系高岭土碱熔过程中各影响因素的最佳条件，并采用XRD、FT-IR和FESEM等手段分析了煤系高岭土碱熔的活化机理。此外，研究了酸浸过程各操作条件对煤系高岭土中稀土元素浸出的影响规律，并分析了酸浸过程动力学。 煤系高岭土中总稀土元素含量为590.51μg/g，高密度样品（+1.8g/cm3）中稀土元素含量更多，其中，密度级为2.5-2.6g/cm3的煤系高岭土中稀土元素含量最高。逐级化学提取、相关性分析及FESEM测试结果表明，煤系高岭土中稀土元素主要赋存于硅酸盐/铝硅酸盐态中，轻稀土元素相比于重稀土元素更倾向赋存于无机质组分中，且与Al、Si元素的相关性更为显著。煤系高岭土表面含有大量的Al、Si等元素，且硅铝比接近高岭石的理论值，并同时检测出了稀土元素，说明了硅酸盐/铝硅酸盐矿物是稀土元素的主要赋存载体。 煤系高岭土中稀土元素的直接酸浸效率较低，采用NaOH碱熔法对煤系高岭土进行活化，确定了碱熔最佳条件：碱熔温度300℃、煤系高岭土与NaOH质量比（煤碱质量比）1：1.5和碱熔时间1h。碱熔活化后，煤系高岭土中总稀土元素（REE）、轻稀土元素（LREE）和重稀土元素（HREE）的浸出率分别提升至74.37%、76.99%和64.02%。XRD、FT-IR和FESEM分析结果表明，碱熔温度为300℃时，煤系高岭土中矿物晶体衍射峰基本消失，原有的高岭石和石英的伸缩振动峰减弱，晶体结构已被完全破坏，表面形貌发生了巨大变化，结构呈现类似熔融状的物质，形成了疏松多孔结构。 浸出反应动力学结果表明，煤系高岭土中稀土元素的浸出过程受化学反应和扩散共同控制。确定了酸浸过程各影响因素的最佳条件：氨基磺酸浓度0.5mol/L、H2O2浓度0.2mol/L、NaCl浓度0.2mol/L、固液比1：50、搅拌速度300r/min、浸出温度50℃、浸出时间15min，REE、LREE和HREE的浸出率分别为83.34%、87.04%和68.72%，实现了煤系高岭土中稀土元素的高效浸出提取。
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