稀有金属 2017,41(05),604-612 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.XY17030028

典型稀土资源提取分离过程的绿色化学进展及趋势

冯宗玉 黄小卫 王猛 张国成

北京有色金属研究总院稀土材料国家工程研究中心

有研稀土新材料股份有限公司

摘 要：

我国针对其稀土资源特点自主开发出一系列先进的冶炼分离技术并推广应用, 随着稀土产业规模的增长, 资源与环境问题已成为制约稀土行业健康可持续发展的瓶颈。为此, 本文综述了稀土冶炼分离行业的发展现状及面临的挑战, 重点介绍了包头混合型稀土矿、四川氟碳铈矿、南方离子型稀土矿的典型绿色提取分离新工艺及应用情况, 主要包括离子型稀土原矿浸萃一体化新技术、新一代包头混合型稀土矿绿色冶炼分离工艺、低碳低盐无氨氮分离提纯稀土新工艺等, 为我国稀土资源高效、清洁开发提供了有力的技术支撑。同时提出稀土提取分离下一步将继续向提高资源利用率、物料循环利用、污染近零排放的绿色化学方向发展。

关键词：

稀土资源;提取分离;绿色化学;环境;

中图分类号： TF845

作者简介：冯宗玉 (1983-) , 男, 山东临沂人, 博士研究生, 高级工程师, 研究方向:稀土冶金及材料;E-mail:fengzongyu1120@163.com;;黄小卫, 教授级高级工程师;电话:010-82241180;E-mail:hxw0129@126.com;

收稿日期：2017-03-06

基金：国家科技支撑计划项目 (2015BAB16B01, 2015BAB16B03);国家自然科学基金项目 (51504034, 51674037) 资助;

Progress and Trend of Green Chemistry in Extraction and Separation of Typical Rare Earth Resources

Feng Zongyu Huang Xiaowei Wang Meng Zhang Guocheng

National Engineering Research Center for Rare Earth Materials, General Research Institute for Nonferrous Metals

Grirem Advanced Materials Co., Ltd.

Abstract：

A series of advanced extraction and separation technologies have been developed by China and widely applied in the rare earth industry according to the characteristics of rare earth resources. However, resources and environment issues have become the bottleneck problems restricting the healthy sustainable development of the rare earth industry with the increasing of industrial scale of rare earths. Therefore, the development situation and the existing challenges in the rare earth extraction and separation industry have been reviewed in this paper. This paper mainly introduced the typical novel processes and the industrial application situation for the green extraction and separation of Baotou mixed rare earth ore, Sichuan bastnaesite, and ion-adsorbed rare earth ore. These technologies including new technology of ion-absorbed rare earth ore leaching extraction integration, new green technology for Baotou mixed rare earth ore smelting separation, rare earths extraction and separation with low-carbon low-salt as well as free ammonia, provide powerful technical support for the efficient and clean development of rare earth resources in china. Finally, it is proposed that the progress and trend of green chemistry in the extraction and separation of rare earth resources will continue to improve the utilization of resources, recycling of materials, pollution near zero emissions.

Keyword：

rare earth resources; extraction and separation; green chemistry; environment;

Received： 2017-03-06

稀土元素因其具有丰富而独特的磁、光、电等物理化学性质, 能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料, 其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能^[1,2,3,4]。因此稀土是当今世界各国发展高新技术和国防尖端技术、改造传统产业不可缺少或替代的战略物资, 被誉为“现代工业的维生素”和“新材料宝库”。

由于稀土矿物组成和结构复杂, 且稀土元素化学性质相近, 相邻元素分离系数小, 提取、分离提纯难度大, 是化学元素周期表中为数不多的难分离元素之一^[5]。然而随着稀土应用领域的不断拓展, 稀土元素的本征性质的充分体现与材料性能指标关联愈加明显, 稀土元素的晶体材料、光纤材料、光学玻璃、显示发光材料、电子材料、磁性材料、超磁致伸缩材料等均需要高纯稀土来保障其高性能。因此, 稀土元素的提取分离成为工业应用必须首先解决的难题。

我国对稀土的研究开发利用始于20世纪50年代, 经过几十年的努力, 取得了长足发展。针对我国包头混合型稀土矿、四川氟碳铈矿、南方离子型稀土矿 (又称为“风化壳淋积型稀土矿”) 等三大稀土资源特点, 我国的科技工作者研究开发了一系列具有自主知识产权的采、选、冶工艺, 并广泛应用于工业生产, 建立了较完整的工业体系, 实现了从稀土资源大国到生产大国、出口大国及应用大国的跨越。目前, 我国稀土冶炼分离能力达到40万吨/年以上, 稀土年产量为10~15万吨, 占世界总产量的90%以上。但是在稀土生产过程中仍存在化工材料消耗较高、资源综合利用率低、三废污染等问题。“十三五”期间, 我国稀土制备过程中的氨氮、高盐废水、含放射性废渣及含氟废气将是我国科研工作者需重点解决的难题。因此, 亟待开发绿色低碳的稀土提取分离技术, 实现高效清洁生产。

任何化工流程均经过孕育、发展、成熟、消亡或自我革新过程, 人们始终在追求缩短流程、降低消耗和成本、提高资源利用率、实现环境友好和零排放的目标, 稀土提取分离流程亦不例外。近年来, 稀土的提取分离技术得到了大幅度改进提升, 如北京大学稀土化学国家重点实验室^[6,7]发展了复杂体系串级萃取理论, 开发了联动萃取技术, 并广泛应用于稀土分离提纯。中国科学院上海有机化学研究所^[8]、中国科学院长春应用化学研究所^[9,10,11]等开展了新型萃取剂和分离体系的研究, 并取得了重要进展, 开发的新型萃取剂比P507, P204和环烷酸等传统萃取剂的性能有所提高, 可以提高稀土萃取分离效率, 降低消耗、减少污染。东北大学^[12]提出了钙基固氟还原焙烧-弱磁分选-酸浸取的工艺处理包头含铁稀土尾矿, 以期回收尾矿中的有价元素。中国科学院过程工程研究所^[13]提出基于气泡支撑有机萃取剂油膜的低浓度大相比鼓泡油膜萃取技术, 可将低浓度稀土浸取液高效富集。此外, 包头稀土研究院^[14]、内蒙古科技大学^[15]、武汉工程大学^[16]、江西理工大学^[17]等分别在包头混合型稀土矿、南方离子型稀土矿提取分离方面开展了清洁工艺研究并取得较大进展。

本文将围绕我国三大稀土资源高效清洁提取, 以及稀土分离提纯绿色发展的重大技术需求, 简要综述北京有色金属研究总院 (简称“有研总院”) 、有研稀土新材料股份有限公司 (简称“有研稀土”) 针对稀土提取分离过程中遇到的资源与环境问题, 提出的解决思路和方案, 以及自主研发的绿色低碳冶炼分离新技术、新工艺等方面的研究进展及推广应用效果。

1 离子型稀土矿提取过程的绿色化学进展

我国离子型中重稀土资源储量占世界总储量的80%, 中重稀土产量占世界总产量的95%以上, 对世界科技发展具有举足轻重的影响。离子型稀土原矿品位低 (REO仅0.03%~0.15%) , 稀土元素以离子态被吸附在高岭土等粘土矿物上。针对其特点, 我国开发出了铵盐浸出、碳铵或草酸沉淀富集生产稀土精矿;再经过酸溶除杂、萃取分离提纯单一稀土的独特工艺, 实现大规模生产。但传统工艺流程长、稀土总回收率不到70%;在原矿浸取富集过程中, REO消耗硫铵7~12 t·t^-1、碳铵5~7 t·t^-1, 产生大量氨氮废水, 环境污染问题突出;伴生的微量镭、钍、铀等放射性核素富集, 进入酸溶渣, 各分离厂必须建立含放射性废渣专用库, 渣的去路问题无解, 存在严重安全隐患。为此, 有研总院、有研稀土提出了从源头解决环境污染问题的新思路^[18], 在离子交换理论、离心萃取理论、萃取热力学和非平衡传质动力学研究基础上, 开发出离子型稀土原矿浸萃一体化新技术 (如图1所示) 。

根据浸矿基础理论研究及土壤养分要求, 首次提出并成功研发生态环境友好型镁盐及其复合体系浸取离子型稀土矿新技术^[19,20,21]。通过建立浸取双电层模型, 揭示了不同无机盐溶液浸取的规律, 即阳离子水合半径越小、价态越高, 对稀土浸取能力越强, Fe³⁺>Fe²⁺≈Mg²⁺>Ca²⁺>NH₄⁺>Na⁺;加入还原性阳离子, 可使胶态相和矿物相中的高价稀土 (如四价铈) 发生还原反应, 转化形态而形成低价态离子 (如三价铈) 进入浸出液中, 提高稀土浸出率。进而, 开发出硫酸镁/氯化钙/硫酸亚铁等复合体系浸取离子型稀土矿技术, 根据矿区土壤成分调整浸取剂成分, 使土壤中交换态钙/镁 (质量比) 比例保持8~12, 满足土壤养分比值要求。运行结果表明:稀土浸出率与硫酸铵浸取相当;由于镁盐浸取剂与铵盐浸取剂对铝离子解吸热力学的差异, 杂质铝的浸出率与硫酸铵浸取相比降低了13%以上。

图1 离子型稀土原矿浸萃一体化新技术工艺流程图Fig.1Process flowchart on new technology of ion-absorbed rare earth ore leaching extraction integration

提出并成功研发P507/P204耦合离心萃取富集稀土新技术, 首次实现低浓度离子矿稀土浸出液直接萃取富集获得高浓度氯化稀土溶液的工业应用^[22,23,24]。突破非皂化与非平衡耦合离心萃取富集稀土核心技术, 包括P507一步离心萃取富集新技术、P507/P204分步耦合离心萃取分组新技术, 解决了杂质分离、乳化、三相物等难题;突破离心分相、原位气浮回收有机相关键技术, 解决了有机相大量损失的难题;联合设备企业开发适用于低浓度稀土溶液萃取的大流比、高通量新型结构离心萃取机及配套工艺, 解决大规模连续化生产难题。在中铝广西崇左矿山建成40万立方/年稀土浸出液浸萃一体化示范线 (如图2所示) , 运行结果表明:与传统工艺相比, 流程缩减了5道工序, 硫酸稀土浸出液 (REO 0.2~1.0 g·L^-1) 直接萃取富集生产高浓度氯化稀土 (REO 230 g·L^-1左右) , 总稀土回收率提高8%以上, 萃余液磷含量降至1 mg·L^-1以下, 循环用于浸矿, 可从源头解决困扰稀土行业的氨氮污染和含放射性废渣处置的难题, 而且成本大幅度降低。

图2 离子型稀土原矿浸萃一体化新技术实施现场Fig.2Field of new technology of ion-absorbed rare earth ore leaching extraction integration

2 包头混合型稀土矿冶炼分离过程的绿色化学进展

包头混合型稀土矿是世界上储量最大的稀土矿床, 目前世界上50%以上的稀土原材料产品由包头稀土矿生产。由氟碳铈矿和独居石组成的包头混合型稀土矿, 矿物结构和成分复杂, 被世界公认为难冶炼矿种。我国稀土工作者长期致力于该矿的冶炼分离工艺研究, 经过包头稀土大会战, 开发了硫酸焙烧法、烧碱分解法、碳酸钠焙烧法、高温氯化法、电场分解法等多种工艺流程, 目前在工业上应用的只有硫酸法和烧碱法。其中90%的包头稀土矿采用有研总院自主开发成功的第三代硫酸法专利技术冶炼, 即包头稀土精矿浓硫酸强化焙烧分解、水浸、中和除杂后得到硫酸稀土溶液, 然后采用碳铵沉淀-盐酸溶解或者P507/P204萃取转型为混合氯化稀土溶液, 进而P507皂化萃取分离。该工艺简单可控, 易于连续大规模生产, 对精矿品位要求不高, 运行成本低, 稀土回收率高。

由于硫酸体系中稀土离子易与一价碱金属离子、铵离子反应生产硫酸稀土复盐沉淀, 因此, 在硫酸稀土浸出液除杂、萃取分离转型等过程中使用氧化镁粉调节酸度, 不仅给体系中带入大量的钙、铝、铁等杂质, 并产生大量的含钙硫酸镁废水, 饱和硫酸钙易结晶结垢堵塞管路和萃取设备等, 而且铝、铁杂质被萃取富集, 严重影响稀土萃取能力和产品质量, 废水难以循环利用。为了解决上述问题, 2010年以来, 有研总院、有研稀土针对包头稀土矿的特点, 成功开发基于碳酸氢镁水溶液浸矿和皂化萃取分离的新一代包头混合型稀土矿绿色冶炼分离工艺^[25,26] (如图3, 4所示) 。

由图3可以看出, 新技术利用冶炼分离过程产生的硫酸镁废水和回收的CO₂气体自制介稳态碳酸氢镁溶液, 代替氧化镁用于硫酸焙烧矿水浸、中和除杂及皂化P204/P507萃取转型与分离稀土。首先, 采用碳酸氢镁溶液浸出硫酸焙烧矿, 可以在浸出稀土的同时消耗余酸并中和除杂, 使铁、磷、钍等杂质离子形成沉淀进入废渣, 不仅提高了稀土的浸出率, 实现了浸矿、中和除杂及简化工艺流程“一举多得”的效果。然后, 采用低钙碳酸氢镁溶液皂化P204/P507替代氧化镁调节萃取分组、分离过程平衡酸度, 进一步简化工序, 提高稀土回收率。最后, 通过中和沉淀转型和碳化提纯两个关键步骤, 将废水中的Mg²⁺转化为碳酸氢镁溶液, 实现钙镁离子的分离和碳酸氢镁溶液的高效循环制备, 解决了含钙、镁废水循环利用易产生硫酸钙结晶, 导致设备结垢、管道堵塞等严峻问题。整个工艺生产过程无氨氮排放, 实现硫酸镁废水和CO₂的循环利用, 并消除了铝和铁杂质对萃取过程的影响, 大幅度降低环保投入和生产成本, 实现稀土绿色环保、高效清洁生产。目前, 该技术已经在甘肃稀土新材料股份有限公司改建了年处理包头混合型稀土精矿30000 t的新一代绿色冶炼分离生产线, 解决了困扰行业多年的硫酸镁废水处理和硫酸钙结垢难题, 并进一步提高了稀土回收率。

图3 新一代包头混合型稀土矿绿色冶炼分离工艺流程Fig.3Process flowchart on new green technology for Baotou mixed rare earth ore smelting separation

图4 新一代包头混合型稀土矿绿色冶炼分离工艺实施现场Fig.4Field of new green technology for Baotou mixed rare earth ore smelting separation

(a) Outdoor scene; (b) Indoor scene

3 四川氟碳铈矿冶炼分离过程的绿色化学进展

四川稀土矿是我国最大的单一氟碳铈稀土矿, 并伴生有重晶石、萤石、天青石等矿物。原矿的品位约2%~4%, 稀土氧化物工业保有储量约240万吨, 远景储量在400万吨以上。目前工业上几乎全部采用氧化焙烧-盐酸浸出工艺处理氟碳铈矿。该工艺的特点是投资小, 铈产品生产成本较低, 但存在工艺不连续, 盐酸浸出过程中四价铈、钍、氟不溶解留在渣中, 再经过碱转化, 氟以氟化钠形式进入废水, 钍、氟分散在渣和废水中难以回收, 对环境造成污染, 而且铈产品纯度仅97%~98%, 价值低。因此, 针对氟碳铈矿, 亟需进一步开发能同时回收稀土、钍及氟的高效清洁工艺, 而且要求工艺流程简单, 生产成本低。

有研总院、有研稀土等单位一直致力于四川氟碳铈矿绿色冶炼工艺的开发^[27,28,29], 重点研究了氟碳铈矿冶炼分离过程中伴生元素钍和氟综合利用技术, 氟碳铈矿经过氧化焙烧-稀硫酸浸出, 使四价铈、钍、氟等均进入硫酸稀土溶液, 然后采用萃取法分离稀土、氟、钍。该工艺的特点是98%以上的铈元素以四价状态存在, 为铈元素和其他三价稀土分离创造了有利条件, 氟以氟化铈或冰晶石方式回收利用, 钍经过萃取分离获得纯钍产品。采用上述工艺在四川乐山盛和稀土科技有限公司建成2000吨/年示范生产线, 获得纯度为99.95%以上的高纯氧化铈和纯度为99.5%以上的氧化钍。但因纯钍的市场需求尚未形成, 生产运行成本较高, 从而限制了新工艺进一步规模推广应用。

4 稀土分离提纯过程的绿色化学进展

我国稀土科技工作者围绕着稀土元素的分离、提纯, 开展了大量的研究开发工作。从分步结晶、氧化还原、离子交换、液液萃取到萃取色层技术, 经过不间断的努力, 使稀土元素的分离提纯技术得到快速发展。现代稀土分离工业中, 有机溶剂萃取分离技术已成为稀土分离提纯的主流技术, 在针对不同原料、多品种、高纯度的特殊需求时, 常常将几种技术配合使用, 形成综合分离流程, 达到经济适用的目的。

4.1 电解还原法制备高纯氧化铕技术

稀土元素中铈、钐、铕和镱等元素, 除具有三价氧化态外, 在一定的氧化还原条件下能形成Ce⁴⁺, Sm²⁺, Eu²⁺和Yb²⁺。这些非三价的稀土离子其性质与三价稀土离子的性质有很大差别, 利用好这些性质上的差别, 可以有效地将它们从三价稀土元素中分离出来。目前, 高纯氧化铕主要采用还原萃取法制得, 工业上传统的二价铕制备工艺主要为锌粉还原法, 但是存在工艺不连续、产品中锌等金属杂质含量偏高、含锌废水对环境污染等问题。为了解决上述问题, 有研总院开发了电解还原-萃取法生产超高纯氧化铕新工艺^[30], 并实现工业化生产。

新技术以涂贵金属钛网为阳极, 钛网或多孔钛板为阴极;含有三价氯化铕的氯化稀土溶液为阴极液;阳极液采用盐酸或盐酸和氯化钠溶液, 阳极室与阴极室之间采用离子交换膜隔开。电解运行过程具有如下特点:一是产品杂质低, 氧化铕纯度从4 N提高到5 N。二是生产过程连续自动可控, 产品质量稳定。工业运行结果表明:铕的还原率达到了92%~98%, 与传统工艺相比, 铕的回收率提高2%~3%;解决了传统锌粉还原法存在的含锌废水污染问题, 实现高效清洁生产。

4.2 非皂化清洁萃取分离技术

目前, 稀土的分离提纯主要采用溶剂萃取法。工业上主要采用P204, P507等酸性萃取剂 (有机相) 进行稀土的萃取分离, 由于酸性萃取剂平衡酸度低, 其萃取能力 (分配比) 与水相平衡酸度的3次方成反比, 一般萃取一个稀土离子要置换3个氢离子进入水相, 为保证有机相萃取量 (稀土负载量) , 提高萃取分离能力, 有机相通常采用氨水或液碱皂化, 用铵离子或钠离子置换萃取剂的氢离子, 然后与稀土离子进行交换萃取, 保持稳定的低萃取平衡酸度, 此过程产生大量的氨氮废水或高盐废水, 难以达到排放标准要求。

为了解决上述问题, 有研总院、有研稀土开发成功在硫酸体系中采用P204, P507及其混合萃取剂直接进行非皂化萃取分离新技术^[31,32] (如图5所示) , 实现了混合硫酸稀土的La/La Ce/Pr Nd/Sm Eu Gd多出口萃取分离, 而且过程中无氨氮排放, 并降低了生产成本。针对盐酸 (硝酸) 体系高浓度混合稀土溶液的萃取分离, 开发了萃取过程酸平衡技术, 采用固体镁/钙碱土金属化合物或碳酸稀土调节萃取水相平衡酸度, 实现了P507-盐酸体系的非皂化萃取分离^[33,34]。针对高浓度重稀土萃取分离体系, 成功开发稀土浓度梯度及平衡酸度调控技术, 根据镧系收缩理论, 利用磷类萃取剂萃取中重稀土的酸平衡值较高的特点, 在萃取分离中通过改变预萃取槽各级的稀土浓度, 调控有机相萃取稀土过程的平衡酸度, 来提高有机相中的稀土负载量, 实现非皂化萃取分离^[35]。上述关键技术解决了非皂化萃取过程有机相稀土负载量小、萃取能力低等难题, 突破了皂化有机相萃取分离稀土的传统模式, 在9家大型稀土企业实现了工业应用, 为源头解决稀土行业氨氮废水污染问题提供了技术支撑。

图5 硫酸体系非皂化萃取分离稀土多出口工艺各级水相稀土元素配分Fig.5 Rare earth element partition in aqueous phase of multi outlet non saponification extraction process of sulfate rare earth

4.3 低碳低盐无氨氮分离提纯稀土新工艺

目前, 稀土分离提纯过程REO消耗液氨、碳铵、盐酸、液碱等原辅材料高达15 t·t^-1以上, 基本未循环利用, 进入环境带来严重的污染问题。为此, 有研总院、有研稀土提出从源头解决环境污染问题的新思路, 原创性开发出低碳低盐无氨氮分离提纯稀土新工艺^[36,37,38] (如图6, 7所示) , 即以丰富廉价的钙镁矿物为原料, 回收利用稀土分离过程产生的氯化镁废水和CO₂, 连续碳化规模制备纯净的介稳态碳酸氢镁溶液, 替代传统的液氨、液碱、碳铵或碳钠等用于稀土萃取分离和沉淀结晶。

图6 低碳低盐无氨氮分离提纯稀土新工艺流程图Fig.6 Process flowchart on rare earths extraction and separa-tion with low-carbon low-salt as well as free ammonia

图7 低碳低盐无氨氮分离提纯稀土新工艺实施现场Fig.7 Field of rare earths extraction and separation with low-carbon low-salt as well as free ammonia

发明了碳酸氢镁溶液皂化萃取分离稀土原创技术^[39], 丰富和发展了串级萃取理论, 从源头解决了氨氮、高盐废水污染问题。系统研究了碳酸氢镁溶液皂化萃取分离氯化稀土的基础理论、过程机理, 包括碳酸氢镁介稳溶液新型皂化过程的水-油-气多相反应的传质和动力学模型, 以及Mg (HCO₃) ₂-RECl₃-P507体系萃取分离稀土的杂质调控, 保证萃取的稳定运行和稀土产品的纯度。工业运行表明:有机相中稀土负载量达到0.18 mol·L^-1左右, 稀土萃取率达到99.5%;稀土分离得到的La, Gd, Tb, Y等产品纯度达 (3~5) N;化工材料成本较液碱皂化降低50%以上;实现稀土分离提纯过程不产生氨氮或高钠盐废水, 并解决了非皂化、钙皂化工艺中存在的三相物、Fe/Al/Si杂质含量高、反应慢等问题, 成本进一步降低, 技术更具有先进性和科学性。

首次将纯化的碳酸氢镁溶液用于稀土沉淀结晶^[40]。通过开发新型廉价、纯净的碱土金属沉淀剂和沉淀结晶技术, 使新的沉淀结晶工艺具有原碳铵沉淀体系的普适性特点, 从源头消除氨氮废水问题, 并大幅度降低成本。运行结果表明:纯化的碳酸氢镁沉淀剂中Fe₂O₃, Al₂O₃, Si O₂等杂质含量分别小于5 mg·L^-1, 并利用溶解积差异及沉淀结晶过程控制, 进一步除去非稀土杂质, 制备出不同类别的低成本稀土氧化物, 其中值粒径D₅₀为0.5~5.0μm, 比表面、形貌等物性可控。

自主研发镁盐废水和CO₂温室气体低成本回收制备碳酸氢镁溶液技术^[41], 将镁盐等物料闭路循环利用, 实现低盐和低碳排放。以丰富廉价的轻烧白云石或石灰处理氯化镁废水, 通过有效调控p H值及Mg (OH) ₂晶核形成速率和晶粒生长速率, 避免电离形成胶态[Mg O₂]^2-, 获得晶型氢氧化镁和氯化钙溶液, 进一步后处理得到低镁钙盐产品;通过钙、镁离子碱性和碳酸盐溶解度差异的巧妙结合, 不但可将固态镁高效、低成本转化为碳酸氢镁溶液, 而且有效控制Fe/Al/Si等杂质的碳化行为, 使其富集到碳化残渣。通过多级精密脱油脱水装备、梯度压缩与多层传感装置集成, 实现稀土萃取、沉淀、焙烧等工序中产生的CO₂气体低成本捕集回收并应用于碳化制备碳酸氢镁溶液。工业运行表明:镁盐循环利用率达到90%以上, CO₂气体回收率达到95%以上。

5 稀土提取分离技术的发展方向

随着稀土产业规模的发展, 资源浪费和环境污染问题仍然存在。开发高效、低成本、实用的绿色提取分离工艺技术, 解决“三废”对环境的污染问题, 实现稀土资源的高效利用和可持续发展, 是我国稀土工业发展面临的重大研究课题。因此, “十三五”期间, 稀土提取分离将继续向提高资源利用率、物料循环利用、污染近零排放的绿色化学方向发展, 以保持我国在稀土冶炼分离领域的领先地位。重点研究方向如下:

1.稀土提取、分离提纯过程基础理论

重点开展典型稀土矿及尾矿的组成、结构和表面状态及其对选矿和分解过程的影响规律研究, 进一步发展复杂体系的串级萃取理论, 优化稀土分离流程;加强稀土冶金过程物理化学特性与传质动力学规律、稀土冶金过程数字模拟与智能控制方法等研究, 为稀土冶炼分离提纯新技术、新方法、新工艺研究开发提供理论指导。

2.稀土资源高效清洁提取分离与稀土化合物材料绿色制备一体化技术

重点开发经济型的稀土矿物与二次资源高效清洁提取与分离提纯技术, 进一步提高资源综合利用率, 物料实现循环利用;在稀土提取分离同时直接制备高纯稀土及特殊物性稀土化合物材料, 实现稀土提取分离与材料制备一体化, 缩短流程, 提高稀土利用率, 降低成本, 为新材料研发及高端应用产业提供物质基础。

3.新型稀土提取分离配套装备设计与开发

重点集成设计与开发出具有自主知识产权的稀土绿色低碳提取分离技术、稀土冶炼分离过程物料循环利用技术、超纯稀土化合物材料产业化制备技术、特殊物性稀土化合物可控技术的配套装备并实现智能控制, 提高产品的一致性、稳定性和生产效率, 促进稀土产业转型升级, 助推《中国制造2025》战略目标实施和战略性新兴产业的发展。

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