離子吸附型稀土礦的主體是巖漿型花崗巖或火山巖等風(fēng)化后形成的各類(lèi)礦物,包括石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、高嶺土、蒙脫土和白云母等,所以原礦的化學(xué)成分以SiO2為主,約占70%;其次是Al2O3,約占15%;礦物中還含有少量的鐵、鈣、鎂、鉀等其他元素,約占10%。其中高嶺土、蒙脫土和白云母等為黏土礦物,礦物表面分子中氧原子核外有孤電子對(duì),且存在鋁氧八面體中鋁被硅鎂取代的現(xiàn)象,所以高嶺土等黏土礦物通常呈負(fù)電性,能通過(guò)靜電作用吸附陽(yáng)離子。離子吸附型稀土礦原礦的全相稀土品位一般為0.05%~0.3%,其中75%~95%的稀土元素是以離子的形態(tài)存在,并吸附于黏土礦物上,而余下部分的稀土元素則以水溶相、膠態(tài)相、礦物相的形式存在58°。吸附了稀土離子的高嶺土和白云母可表示為:
這種硅鋁酸鹽礦物的靜電作用力比較弱,當(dāng)這些被吸附在黏土礦物上的稀土離子(離子相稀土)遇到化學(xué)性質(zhì)活潑的陽(yáng)離子(如Na+、K+、H+、Mg+、Ca2+、NH4+等)時(shí),能被其交換解吸。因此,采用一定濃度的電解質(zhì)溶液即可將離子相稀土交換和淋洗下來(lái)。以(NH4)2SO4為例,(NH4)2SO4中的NH4+能夠置換礦物中呈離子吸附狀態(tài)的稀土,具體的離子交換反應(yīng)為:
式中,S表示固相;aq表示水溶液。
目前,工業(yè)上主要用于離子吸附型稀土礦提取的方法包括硫酸銨原地浸取法及硫酸銨堆浸法。對(duì)于一座稀土礦山,確定采用何種浸取方式,其決定因素主要有以下3個(gè):(1)礦體底板的透水性。礦體底板的透水性是確定能否采用原地浸出的關(guān)鍵因素。礦體底板透水性好,浸出液大部分或全部滲漏到地下,收集不到浸出液,導(dǎo)致稀土資源浪費(fèi),在這種情況下如何做好原地浸出工藝的防漏工作是一個(gè)重點(diǎn),因此在底板透水性好的情況下,不適宜用堆浸工藝。(2)礦體的滲透性。礦體的滲透性是決定能否采用原地浸出的另一個(gè)重要因素。礦體的滲透性差,浸出液無(wú)法在礦體中滲透流動(dòng)和礦石中有價(jià)元素充分接觸,則無(wú)法將有價(jià)稀土元素浸出。(3)礦床的地形地貌。礦山的地形地貌是否有利于浸出液自流和收集,也是一個(gè)重要因素。例如,對(duì)于某些盜采或前期開(kāi)挖后的殘次礦,由于不利于自然收集,同時(shí)本身礦體表面裸露,此時(shí)采用堆浸工藝不存在破壞植被的問(wèn)題,同時(shí)該工藝稀土收率較高。再如,對(duì)于全覆式的稀土礦山,由于其存在礦體底板隔水層低于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面,或在坡腳處其礦體底界面在潛水面以下,此時(shí)也可考慮采用堆浸工藝。