成果名称: 深海稀土资源开发利用创新团队建设
完成单位: 广东省稀有金属研究所
主要人员: 刘志强,曹洪杨,郭秋松,李伟,陶进长,朱薇,张魁芳,金明亚
介绍:

    ①课题来源与背景。课题来自:广东省科技计划项目 随着陆地稀土资源储量在逐渐下降,可开发利用的高品位稀土资源越来越濒临枯竭,许多国家都开始寻找其他出路,海洋稀土的出现给世界稀土的生产格局带来了新的变化,根据研究成果显示,在太平洋中部及东南部的大部分公海海域3500米至6000米深海底淤泥中含有大量稀土资源,这是世界上首次确认海底存在有开采价值的稀土资源。2011年7月,在牙买加金斯顿召开的国际海底管理局第十七届会议上,国际海底管理局秘书长根据《联合国海洋法公约》第166条第四款提出了一份报告,报告称:“已筹划进行一次以市场为导向的研究,以帮助评估海底矿床含有的稀土元素及其他微量元素的经济潜力。”这说明,深海稀土有可能成为下一个国际海底管理局关注的资源。种种迹象表明:深海稀土资源有可能成为继多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物之后,第四种国际海底潜在资源,前景非常广阔。

    ②研究目的与意义。 目前,寻找深海稀土资源这一设想已经得到了国际性的认可和证实,并且稀土元素在深海淤泥的分布情况一直是由众多研究者调查而成[3], 而在这一领域,最积极的就是日本。近年来一直备受关注的深海淤泥考察,极具吸引力的就是深海富泥作为REY资源的可能性发展[4]。可见,对深海稀土开发利用技术的掌控将直接影响到未来我国在国际深海粘土资源开发领域的竞争力。

    ③主要论点与论据。 1)深海粘土矿物学表征及共性提取技术的确立:首次对我国深海稀土资源勘查样品进行表征,分析深海粘土中稀土存在的形式,并与我国南方离子型稀土元素配分相比较,为我国从事深海稀土资源开发提供科学依据。并确定有价矿物磷灰石中稀土分布特性,提出深海粘土中的稀土提取共性技术路线:一种将磷灰石采用选矿方法富集,但由于磷灰石颗粒和粘土颗粒较小,很难采用选矿方法将深海粘土中的稀土富集;另一种是采用酸直接将磷灰石中的稀土浸出来。 2)深海粘土中磷酸型稀土高效浸出;磷酸稀土在水中的溶度积普遍较小,例如在25℃时RePO4 的KSP为10-23左右,但可溶于强酸。在酸分解过程中为了提高稀土浸出率,必须使溶液中含有一定浓度的游离酸,通过合理选择酸浸工艺条件,使酸利用率最大化。 3)浸出液中低浓度稀土离子高效分离富集;深海粘土浸出液中稀土离子浓度低,同时杂质离子种类多、浓度高,课题开发出“混合萃取剂萃取分离富集—草酸沉淀分离富集—焙烧富集”新工艺,使浸出液中的稀土离子分离富集率最大化,并得到含Fe、Al、Mn、Mg、Ca、P杂质含量小于0.21%的稀土氧化物(REO/%>85%)。

    ④创见与创新。 1)本研究首次对我国深海稀土资源勘查样品进行表征,确定了稀土的存在,分析深海粘土中稀土存在的形式,并与我国南方离子型稀土元素配分相比较,为我国从事深海稀土资源开发提供科学依据。并确定有价矿物磷灰石中稀土分布特性,提出深海粘土中的稀土提取共性技术路线:一种将磷灰石采用选矿方法富集,但由于磷灰石颗粒和粘土颗粒较小,很难采用选矿方法将深海粘土中的稀土富集;另一种是采用酸直接将磷灰石中的稀土浸出来。 2)首次开展低含量稀土深海粘土中稀土浸出研究。目前国内外还未有关于深海稀土浸出的报道,本研究开展深海稀土浸出研究,探索了三种不同的酸浸出实验,得到了最佳的浸出工艺参数,并阐明不同酸浸过程作用机理。 3)首次设计并合成适用于高酸度体系下对稀土具有高选择性的新型苯基磷酸酯萃取剂。结合现有烷基磷酸酯萃取剂萃取稀土适用酸度低的问题,通过分子结构设计合成了可适用于高酸度下的苯基磷酸酯新型萃取剂,大大拓宽了稀土萃取体系应用酸度范围。 4)开发出高浓度Fe3+溶液体系下可直接萃取稀土的P204+TBP混合萃取体系。针对高浓度Fe3+对稀土的竞争萃取问题,利用TBP对稀土和Fe3+抑制作用强弱差异,提出采用P204+TBP混合萃取剂体系直接从高浓度Fe3+溶液体系下萃取稀土,避免除铁工序带来的渣量大、稀土损失、工序复杂等问题。 5)利用多项富集分离技术最大化提高稀土富集分离比,并最终获得稀土氧化物产品。深海粘土中稀土品位低,成分复杂,通过酸浸后得到的浸出液杂质离子种类多、浓度高且稀土离子浓度低。针对浸出液特点,项目提出深海粘土中稀土回收新工艺,主要包括“逆流萃取”、“逆流反萃”、“草酸沉淀”、“焙烧”等分离富集技术环节,通过各技术环节参数控制,使稀土离子与杂质离子高效分离并最大化富集,最终得到REO/%大于85%,杂质含量小于0.21%的稀土氧化物。

    ⑤社会经济效益,存在的问题。 培养一支创新能力强的稀土资源开发研究队伍,对接国家与我省各类重大人才工程奠定基础,提高省属科研机构人才竞争力。参与国际海底资源开发,增强我国稀土资源的战略储备,对推进我国深海高新技术发展,以及人类和平利用海洋具有重要战略意义,也是未来稀土领域发展必然趋势。

批准登记号:
登记日期: 2024-07-01
研究起止时间: 2016-04-01至2017-12-31
所属行业: 科学研究和技术服务业
所属高新技术类别:
评价单位名称: 广东省科学技术厅
评价日期: 2018-04-11