陈颖　况家瑾

摘  要：隨着稀土应用的广泛深入，如何解决稀土尾矿的污染性问题迫在眉睫，一般处理方式是堆积、填埋或出口，造成的资源浪费可想而知。本文针对白云鄂博矿中的稀土元素研究，运用X射线衍射分析原矿物主要所含物质，以及在微波预处理后的稀土衍射峰的变化。同时，通过查找相关资料，简单地探究了微波预处理过程进行的酸浸化学反应以及微波的工作机理，对揭示了稀土浸出的起着至关重要的作用。

关键词：白云鄂博矿;微波预处理;XRD分析;化学反应;工作机理

白云鄂博矿位于内蒙古自治区包头市，这里是全国最大的轻稀土制造基地，也是目前探索的世界最大稀土矿藏，这里的稀土主要成分是氟碳铈矿和独居石。但是，由于多年以来对于矿石的提取主要以铁[1]为主，造成大批稀土未能充分利用。近年来，随着国家政策的出台，充分整合有限资源，推动绿色可持续发展道路，稀土尾矿越来越受到大家的关注。本文通过微波预处理，对尾矿进行XRD表征，再进行酸浸实验，提取出尾矿中的稀土元素，实现了资源的二次利用，也减小了对环境的污染。

1、XRD测试的准备条件

（1）本实验试样是来自含有稀土的白云鄂博尾矿，将试样倒入研磨罐中，进行研磨一段时间后停止，将磨好的样品收集起来。

（2）设立两组测试实验，其中一组为研磨好的尾矿原样;另一组将样品放入微波消解仪中消解，微波处理后，收集固体样品。

（3）将磨好的原样放入X射线衍射仪进行表征，得出图1;将微波处理的样品并进行X射线衍射表征，得出图2。

2、X射线衍射图像的分析

2.1.稀土尾矿的XRD图像

在研究微波预处理之前，对稀土尾矿的原矿[2]进行X射线衍射分析，如图1：

由图1可以知道，该图谱主要是 、 、 、 、 、 、 、 的衍射峰。

其中，从XRD图像中可以看出含有稀土元素的矿物以氟碳铈矿（ ）和独居石【 】为主;含铁矿物主要存在于黄铁矿（ ）。而且 以白云石存在形式为主; 元素存在于石英和硅酸盐矿中; 主要存在于重晶石中。

2.2.微波处理的尾矿XRD图像

如图2为微波处理的XRD图像：

将图2的微波消解处理的XRD图谱与图1图像对照发现，在对应含有稀土元素的 衍射角上，如： 在 、 、 、 以及 附近时，氟碳铈矿、独居石衍射峰强度出现了明显的消失或减弱;而其他物质的衍射峰，如： 在 、 附近时衍射强度明显降低; 在 时 完全消失了; 之类的物质在 时的强度也发生下降等等。

3、氟碳铈矿、独居石的浸出反应

用浓HCI作浸出剂将消解好的固体样品进行酸浸实验，以探究微波预处理期间发生的酸浸化学反应。

通过研究发现，氟碳铈矿在微波消解发生了浸出反应及其物相变化。根据武吉 [3]研究在高温情况下，氟碳铈矿会转变为稀土氧化物，可以推测出在微波消解情况下发生的化学反应与之类似。其发生的化学反应为：

造成了氟碳铈矿分解为稀土残渣（富含稀土）。与此同时，再直接在酸浸条件下，稀土氧化物可以转变为可溶性稀土盐类化合物。发生的化学反应为：

而尾矿中含有稀土元素的另一种矿独居石也发生衍射峰消失和减弱，其发生化学反应为：

4.微波预处理的工作机理

微波技术是一种电磁波波技术[4]，当含有极性分子物质在微波作用过程中，它们之间能够相互耦合，极性分子在电磁场变化情况下不断摆脱非极性分子的束缚和原有热运动的作用，达到将动能转化为热能，温度不断升高，使得矿石颗粒受热分解。

通过Gisele [5]等人先前发表的一些研究可以知道，研究人员认为微波预处理能够析出稀土，是因为微波处理技术能使矿物的晶体结构发生变化，在水加热和汽化间能够产生裂纹和细孔，并且随着微波照射持续时间的增加，表面粗糙度和颗粒孔隙率增加，矿物颗粒因微波辐射而膨胀和降解，内表面暴露出来，并引入了浸出剂可及的较高活性表面积，浸出剂能够很容易进入矿物中，从而把稀土物质从矿物在浸出来。

5.结语

本文对在白云鄂博矿进行了XRD表征分析，且对在微波预处理情况下的物质衍射峰进行分析。得出的结果表明，微波预处理对稀土浸出起着增强的作用，在 处于 区间范围内，含有氟碳铈矿、独居石衍射峰发生了明显的降低，而其他物质的衍射峰如 、 、 等物质也存在着变化。与此同时，通过查找相关文献资料，我们简单地对微波预处理下的稀土矿物发生的浸出反应进行探究，并且了解了微波预处理的工作机理，让我们有了深刻的理解。

参考文献

[1]  马莹，李娜，王其伟，杨启山.白云鄂博矿稀土资源的特点及研究开发现状[J].中国稀土学报.2016，34（6）：641-649.

[2]  郑强，边雪，吴文远.白云鄂博稀土尾矿的工艺矿物学研究[J].东北大学学报（自然科学版）.2017，38（8）：1107-1111.

[3]  武吉. 包头含稀土选铁尾矿硫酸铵焙烧、浸出及物相转变实验研究[D].东北大学，2015.

[4]  黄宇坤. 微波强化分解包头稀土矿清洁工艺的基础研究[D].东北大学，2017.

[5]  Adrian Lambert;John Anawati;Mugdha Walawalkar;Jason Tam;Gisele Azimi.Innovative Application of Microwave Treatment for Recovering of Rare Earth Elements from Phosphogypsum[J].ACS Sustainable Chemistry&Engineering，2018.