陈丽杰等：白云母伴生铷矿氯化焙烧-水浸法提铷的动力学研究 ·809· 金属铷是一种极为活泼且高度分散的稀有碱金 白云母为原料，研究了利用氯化焙烧-水浸法处理 属.铷在空间技术、电子产业、生物工程、材料科学 白云母提取氯化铷的工艺，考察了焙烧和浸出过程 等领域有广泛的应用.此外，铷原子的最外层电子 对铷提取率的影响，并探讨了焙烧动力学 不稳定的特性，可以设计出了磁流体发电和热电发 1实验 电两种全新的发电方式，这将会给发电技术和能量 利用带来一场新的重大的技术革命刘.到目前为 1.1 实验原料 止，没有发现铷的单独的有工业开采价值的矿物. 实验矿样取自赣西北白云母矿，粒径约为100 铷主要伴生在铯锂云母、铯榴石、天然光卤石、钾可矿、 um. 由X射线荧光光谱(XRF)分析结果可知，白云 海水及盐湖卤水中[3]，近年来在中国境内发现了 母的基本化学组成为Si、AI、K、Na和Rb.其主要元 大量的含铷白云母6-刀 素的含量见表1. 目前，铷的工业化提取主要有两种方法[8-9]，一 表1白云母化学成分（质量分数） 种是酸分解-沉淀法，另外一种是离子交换和溶剂 Table 1 Muscovite chemical composition % 萃取等方法.酸分解-沉淀法是采用硫酸持续浸出 Si02 Al2O3 K2O Fe203 Na20 P2Os Rb20 分解含铷锂云母、铯榴石等矿物，然后用沉淀剂与浸 60.04230.8435.9801.0560.8310.5130.242 出液中的铷离子形成沉淀，通过控制沉淀剂浓度、酸 度等条件可实现铷与其他金属分离的方法，该方法 白云母X射线衍射谱(XRD)见图1，在20= 提取铷的优点是回收率高，但对设备的要求高，难以 20.66°，20=26.7°，20=42.38°，20=45.7°和20= 大批量生产，且沉淀剂价格高昂，有些受过程复杂、 50.35附近的峰归为Si02的特征衍射峰，而在20= 生成的沉淀物不稳定等因素的制约，故利用酸分解- 9°，20=17.69°，20=27.60°和20=12.65°，20=25.0° 沉淀法提取铷的研究并不多，离子交换和溶剂萃取 分别为Ka An9(Aa%Si20o)[(0H)1wFa2]和 法主要用于卤水或海水提铷. A山Si,0,(OH).的特征衍射峰.白云母结构属于层 在冶金生产过程中，常常将一些氯化剂（如 状硅酸盐，其中每个基本结构单元层有两层硅氧四 面体和中间的顶氧及羟基连成的两个铝氧八面体组 Cl2、NaCl、CaCl等)与矿物混合进行氣化焙烧，使所 成，b+类质同象取代A1+存在于铝氧八面体的晶 要提取的金属元素转变成金属氯化物，金属氯化物 与该金属的其他化合物相比，具有熔点低、挥发性 格中. 高、较易被还原、常温下易溶于水及其他溶剂等特 3000 点，并且各种金属氯化物的生成难易和性质上存在 △Si0, 2500 着明显的差异.故借助氯化冶金有效地实现金属的 KA(AlSi0(OHF2 2000T ■Al,Si,00H 分离、富集、提取与精炼等目的.鉴于此，对于氯化 法处理低品位伴生铷矿的新思路，许多专家学者进 1500 行了相关研究，黄鹏等采用氯化焙烧-浸出法从 1000 某低品位铷矿中提取铷.结果表明，在添加剂用量 500 △ 为矿石质量的40%，焙烧温度为900℃，焙烧时间为 1.5h,水浸温度50℃，浸出液固比2：1的条件下，铷 20 40 60 80 浸出率为87.12%.Zhou等1山采用氯化焙烧-水浸 20M) 的方法从白云母废物中浸出铷.研究了白云母废渣 图1白云母的X射线衍射图 与氣化剂质量比，焙烧/浸出温度，焙烧/浸出时间和 Fig.1 XRD spectrum of muscovite 固液比对提取效率的影响.实验结果表明，当白云 1.2实验步骤及设备 母废料/氯化钙/氧化钠的质量比为1.0：0.3：0.2， 首先，将一定量的白云母和氯化钙球磨并充分 焙烧温度900℃，焙烧时间30min,固液比1：2，浸出 混匀后置入气氛管式炉（见图2）内，然后开始升温 温度95℃，浸出时间60min时，最高Rb萃取率为 计时，反应结束后送下一步水浸处理.氯化焙烧产 93.4%. 物水浸提铷在集热式恒温加热搅拌器（见图3）中完 由以上文献可知，氯化-水浸法是一种有效的 成，将氯化焙烧产物与水溶液按一定液固比加入烧 处理低品位伴生铷矿的方法，故本文以江西特有的 杯内再置入集热式恒温加热搅拌器中水浸，水浸温陈丽杰等: 白云母伴生铷矿氯化焙烧鄄鄄水浸法提铷的动力学研究 金属铷是一种极为活泼且高度分散的稀有碱金 属. 铷在空间技术、电子产业、生物工程、材料科学 等领域有广泛的应用. 此外,铷原子的最外层电子 不稳定的特性,可以设计出了磁流体发电和热电发 电两种全新的发电方式,这将会给发电技术和能量 利用带来一场新的重大的技术革命[1鄄鄄2] . 到目前为 止,没有发现铷的单独的有工业开采价值的矿物. 铷主要伴生在铯锂云母、铯榴石、天然光卤石、钾矿、 海水及盐湖卤水中[3鄄鄄5] ,近年来在中国境内发现了 大量的含铷白云母[6鄄鄄7] . 目前,铷的工业化提取主要有两种方法[8鄄鄄9] ,一 种是酸分解鄄鄄 沉淀法,另外一种是离子交换和溶剂 萃取等方法. 酸分解鄄鄄 沉淀法是采用硫酸持续浸出 分解含铷锂云母、铯榴石等矿物,然后用沉淀剂与浸 出液中的铷离子形成沉淀,通过控制沉淀剂浓度、酸 度等条件可实现铷与其他金属分离的方法,该方法 提取铷的优点是回收率高,但对设备的要求高,难以 大批量生产,且沉淀剂价格高昂,有些受过程复杂、 生成的沉淀物不稳定等因素的制约,故利用酸分解鄄鄄 沉淀法提取铷的研究并不多,离子交换和溶剂萃取 法主要用于卤水或海水提铷. 在冶金生产过程中,常常将一些氯化剂 ( 如 Cl 2 、NaCl、CaCl 2等)与矿物混合进行氯化焙烧,使所 要提取的金属元素转变成金属氯化物,金属氯化物 与该金属的其他化合物相比,具有熔点低、挥发性 高、较易被还原、常温下易溶于水及其他溶剂等特 点,并且各种金属氯化物的生成难易和性质上存在 着明显的差异. 故借助氯化冶金有效地实现金属的 分离、富集、提取与精炼等目的. 鉴于此,对于氯化 法处理低品位伴生铷矿的新思路,许多专家学者进 行了相关研究,黄鹏等[10] 采用氯化焙烧鄄鄄 浸出法从 某低品位铷矿中提取铷. 结果表明,在添加剂用量 为矿石质量的 40% ,焙烧温度为 900 益 ,焙烧时间为 1郾 5 h,水浸温度 50 益 ,浸出液固比 2颐 1的条件下,铷 浸出率为 87郾 12% . Zhou 等[11] 采用氯化焙烧鄄鄄 水浸 的方法从白云母废物中浸出铷. 研究了白云母废渣 与氯化剂质量比,焙烧/ 浸出温度,焙烧/ 浸出时间和 固液比对提取效率的影响. 实验结果表明,当白云 母废料/ 氯化钙/ 氯化钠的质量比为 1郾 0颐 0郾 3颐 0郾 2, 焙烧温度 900 益 ,焙烧时间 30 min,固液比 1颐 2,浸出 温度 95 益 ,浸出时间 60 min 时,最高 Rb 萃取率为 93郾 4% . 由以上文献可知,氯化鄄鄄 水浸法是一种有效的 处理低品位伴生铷矿的方法,故本文以江西特有的 白云母为原料,研究了利用氯化焙烧鄄鄄 水浸法处理 白云母提取氯化铷的工艺,考察了焙烧和浸出过程 对铷提取率的影响,并探讨了焙烧动力学. 1 实验 1郾 1 实验原料 实验矿样取自赣西北白云母矿,粒径约为 100 滋m. 由 X 射线荧光光谱(XRF)分析结果可知,白云 母的基本化学组成为 Si、Al、K、Na 和 Rb. 其主要元 素的含量见表 1. 表 1 白云母化学成分(质量分数) Table 1 Muscovite chemical composition % SiO2 Al2O3 K2O Fe2O3 Na2O P2O5 Rb2O 60郾 042 30郾 843 5郾 980 1郾 056 0郾 831 0郾 513 0郾 242 白云母 X 射线衍射谱(XRD) 见图 1,在 2兹 = 20郾 66毅,2兹 = 26郾 7毅,2兹 = 42郾 38毅,2兹 = 45郾 7毅和 2兹 = 50郾 35毅附近的峰归为 SiO2的特征衍射峰,而在 2兹 = 9毅,2兹 = 17郾 69毅,2兹 = 27郾 60毅和 2兹 = 12郾 65毅,2兹 = 25郾 0毅 分别为 K0郾 86A11郾 94 (A10郾 965 Si 2郾 895O10 )[(OH)1郾 744 F0郾 256 ]和 Al 2 Si 2O5 (OH)4的特征衍射峰. 白云母结构属于层 状硅酸盐,其中每个基本结构单元层有两层硅氧四 面体和中间的顶氧及羟基连成的两个铝氧八面体组 成,Rb + 类质同象取代 Al + 存在于铝氧八面体的晶 格中. 图 1 白云母的 X 射线衍射图 Fig. 1 XRD spectrum of muscovite 1郾 2 实验步骤及设备 首先,将一定量的白云母和氯化钙球磨并充分 混匀后置入气氛管式炉(见图 2)内,然后开始升温 计时,反应结束后送下一步水浸处理. 氯化焙烧产 物水浸提铷在集热式恒温加热搅拌器(见图 3)中完 成,将氯化焙烧产物与水溶液按一定液固比加入烧 杯内再置入集热式恒温加热搅拌器中水浸,水浸温 ·809·