用于提取和分离稀土元素的方法技术

一种用于提取和分离稀土元素的方法，包括提供含稀土的矿石或尾矿，研磨所述含稀土的矿石以形成粉末状矿石；用至少一种矿物酸浸出粉末状矿石，形成包含至少一种金属离子、稀土元素和固体材料的浸出溶液，从所述浸出溶液中分离固体材料以形成含水‑金属浓缩物，使所述含水‑金属浓缩物沉淀以从所述浸出溶液中选择性地除去金属离子并获得稀土元素的沉淀物；在空气中加热所述稀土元素的沉淀物以形成稀土元素的氧化物，将所述稀土元素的氧化物与铵盐混合，并在干燥空气/氮气中加热，形成无水稀土盐在水溶液中的混合物，并通过电解沉积方法从所述水溶液中分离稀土元素。

Method for extracting and separating rare earth elements

A method for the extraction and separation of rare earth elements, including rare earth containing ores and tailings, grinding the rare earth containing ore powder to form ore; with at least one mineral acid leaching ore powder, which contains at least one leaching solution of metal ions, rare earth elements and solid materials, solid separation material from the leaching solution to form an aqueous metal concentrate, the water metal concentrate by selective precipitation from the leaching solution to remove metal ions and rare earth elements in sediment; heating in the air of the rare earth elements precipitate to form an oxide of a rare earth element, the rare earth the elements of mixed oxides and salts, and heated in dry air / nitrogen, forming a mixture of anhydrous lanthanide salts in aqueous solution, and through the electrolytic deposition method from Separation of rare earth elements in aqueous solution.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求于2014年8月15日提交的美国临时申请号62/037,714的优先权。本公开的背景本公开的
本专利技术总体涉及稀土元素(REE)的回收、提取和/或分离，并且特别涉及用于从含稀土的材料(例如矿石、尾矿或回收产品)中提取和分离稀土元素的方法和设备。相关领域的描述稀土元素主要包括周期表的镧系元素，但该术语也可以包括钪和钇。示例性的稀土元素包括：镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc)和钇(Y)。稀土元素可以包括轻稀土元素、中稀土元素和/或重稀土元素。示例性的轻稀土元素包括La、Ce、Pr、Nd和Pm。示例性的中稀土元素包括Sm、Eu和Gd。示例性的重稀土元素包括Sc、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y。从矿石/尾矿中回收的稀土元素可以具有许多应用。例如，这些矿石/尾矿中的一些含有Y，一种可用于紧凑型荧光灯泡中的重稀土元素。矿石/尾矿也可以包含Nd，一种可以在混合动力汽车、风力涡轮机和计算机磁盘驱动器中的永磁电动机中使用的轻稀土元素。用于稀土元素的其他应用可包括，例如在航空航天部件、高折射率玻璃、燧石、电池、催化剂、抛光剂、激光器、X射线机和电容器中使用。在这些前述应用中使用的含有稀土的组分也可以回收，并且从它们中回收稀土。已经提出了许多不同的方法和设备以用于提取稀土元素。目前使用的方法中的一些并不从由提取和电镀过程产生的稀土浓缩物中去除杂质成分(部分)。基于上述，需要一种用于从含有稀土的矿石和尾矿中提取和分离稀土元素的改进的方法和设备。
技术实现思路
为了最小化现有技术中发现的限制，并且使在阅读本说明书后将显而易见的其他限制最小化，本专利技术的优选实施方式提供了一种用于提取和分离稀土元素的方法。本实施方式公开了一种用于提取和分离稀土元素的方法。该工艺从提供含稀土的材料(例如，矿石，尾矿或回收产品)开始。所述稀土矿石用诸如硝酸(HNO3)或盐酸(HCl)的至少一种矿物酸浸出(浸滤)以形成浸出(渗滤，leach)溶液。所述至少一种矿物酸可以具有pH小于1的任何浓度。所述浸出混合物包括包含至少稀土离子和固体材料的浸出溶液。所述浸出溶液也可以包括至少一种金属离子。例如，至少一种金属离子可以包括至少一种铝离子、至少一种锌离子、至少一种铜离子、至少一种镍离子、至少一种钛离子和/或至少一种铁离子。所述浸出溶液可以被加热以改善从含稀土的材料中提取稀土。将所述固体材料从液体/固体残余物中分离，并且获得液体-稀土离子浸出液(leachate)溶液。所述固体材料作为废物或用于通过任何所需的方法回收铁(Fe)或其他材料而被除去。处理液体-稀土离子浸出液溶液以回收所述稀土元素。通过用氧化镁(MgO)滴定所述浸出溶液来将所述浸出溶液调节至约1的pH至约4的pH，将所述至少一种金属离子(例如铁)从所述浸出溶液中沉淀。然后所述液体-稀土浓缩物通过加入草酸以沉淀稀土草酸盐浓缩物或通过被氧化镁或碳酸盐滴定至7的pH值以产生稀土氢氧化物或碳酸盐浓缩物来处理。所述稀土浓缩物作为一种或多种不溶性稀土化合物从所述稀土浸出溶液中沉淀出来。例如，将含有稀土的矿石或尾矿(诸如独居石)添加到诸如硝酸的至少一种矿物酸中。将所述矿石或尾矿与酸混合并加热以溶解来自矿石或尾矿的含稀土的材料。用稀土浸渍的浸出物溶液与固体稀土贫化尾矿或矿石分离。然后用MgO滴定浸出物溶液以沉淀出不溶性过渡金属化合物诸如磷酸铁或氢氧化铁。然后可以加入适量的草酸化合物，诸如草酸或草酸铵，以沉淀稀土草酸盐浓缩物，或者所述溶液可以通过氧化镁或碳酸镁滴定至pH7以沉淀出稀土氢氧化物或碳酸盐浓缩物。在另一个实施方式中，将诸如离子粘土(onicclay)的稀土矿石加入到含有诸如草酸铵的草酸盐化合物的至少一种矿物酸溶液中。搅拌所述溶液，并将稀土贫化的离子粘土与所述稀土浸渍溶液分离。然后用氧化镁或其他碱滴定所述稀土浸渍溶液，以产生稀土草酸盐浓缩物，其可含有除高浓度的稀土以外的其他金属。沉淀的稀土浓缩物产生稀土草酸盐，然后在空气中被加热(煅烧)到至少350℃以产生稀土氧化物的浓缩物。例如，在沉淀至少一种金属离子之后，所述稀土元素可以从溶液中不溶解并且可以作为与氢氧化物或其盐或其水合物缔合的离子被发现。在所述稀土浓缩物沉淀之后，通过蒸发水组分从溶液中除去硝酸镁(Mg(NO3)2)。然后通过升高所述盐的温度以形成氧化镁(MgO)和气态氮氧化物(NOX)来热分解硝酸镁(Mg(NO3))。然后将所述氮氧化物(NOX)通过水鼓泡以再生硝酸(HNO3)。除去硝酸值(nitricvalue)，从而留下氧化镁(MgO)。将再生的硝酸再循环至浸出步骤用于进一步使用。将所述稀土氧化物浓缩物与诸如氯化铵、溴化铵或碘化铵的铵盐以1:0.5(氧化物:铵盐)至1:10的比例混合，其中最佳条件为1:2至1:4。将混合物在200℃到250℃之间的温度下在干燥空气或氮气流中加热，直到在所述材料中没有更明显的颜色变化。优选地，所述温度为约200℃。然后在干燥空气或氮气下在混合的情况下，将所述温度升高至250℃至350℃，直到过量铵盐的升华完成。所得的材料是无水稀土盐的混合物。所述无水稀土盐被使用，正如在水溶液中提供的，用于分离过程。来自所述转化的不溶性材料通常是所述稀土浓缩物中的过渡金属杂质。通过使用牺牲阳极的电解沉积(电解冶金法)工艺，从水溶液中分离稀土元素。如本文所用的，术语“电解沉积工艺”是指金属从包含该金属的溶液电沉积到板或金属丝网上，从而允许金属的提纯。在阴极和所述牺牲阳极之间施加电势。优选地，阴极是相对惰性的金属，诸如钢或钼。优选地，所述牺牲阳极是铝。然后将电势改变为提高的电势，以允许所述稀土元素的顺序沉积。使用的电势可以从电解池变化到例如超过1.0V，其中典型的范围在0.1V到0.7V之间。初始电极位置发生在大约0.2V，并产生由钪和重稀土元素为主导的材料。温度也可以从1℃调节至35℃以促进所述分离过程。所述电解沉积过程可以以任何数量的电池构造实现，包括没有结(junction)的单电池或具有一个或液体结(诸如盐桥或膜)的电池。例如，具有多个结的电池将是其中阳极和阴极是交替的并且被阴离子膜分开的电池。具有铝板的阳极半电池被定义为铝电池并且含有范围从0M至饱和的氯化钠水溶液或者具有范围从0.001至1M的氯化铝的相同氯化钠溶液。具有惰性金属板的阴极半电池含有稀土盐水溶液。优选地，所述惰性金属板是钢或钼。所述膜防止阳离子和水在稀土元素和铝电池之间的迁移。然而，所述膜允许诸如氯离子、溴离子、碘离子或硝酸根的阴离子和氢离子的移动。通过将铝板氧化进氯化钠水溶液促进了稀土电镀工艺。当铝离子形成并解离到铝电池中的所述溶液时，稀土元素被还原并沉积在相应的稀土电池中。当沉积出稀土元素时，阴离子通过所述膜扩散并与所述铝电池中的铝离子络合以维持适当的电荷平衡。镀覆材料自发氧化，然后从所述电极被移除并通过所述稀土氧化物浓缩物到盐的转化过程被加工。所述镀覆材料在重复(iteration)之间用铵盐热处理。取决于溶液的组成，含有来自所述重复的剩余稀土离子的溶液被添加回本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提取和分离稀土元素的方法，其中所述方法包括以下步骤：提供含稀土元素的矿石；研磨所述含稀土元素的矿石以形成粉末状矿石；用至少一种矿物酸浸出所述粉末状矿石以形成包含稀土元素和固体材料的浸出溶液；从所述浸出溶液中分离所述固体材料以形成含水‑稀土浓缩物；沉淀所述含水‑稀土浓缩物以选择性地从所述浸出溶液中除去所述稀土元素并获得所述稀土元素的沉淀物；在空气中加热所述稀土元素的沉淀物以形成所述稀土元素的氧化物；将所述稀土元素的氧化物与铵盐混合并加热以形成无水稀土盐；形成所述无水稀土盐在水溶液中的混合物；以及通过电解沉积工艺从所述水溶液中分离所述稀土元素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.15 US 62/037,7141.一种用于提取和分离稀土元素的方法，其中所述方法包括以下步骤：提供含稀土元素的矿石；研磨所述含稀土元素的矿石以形成粉末状矿石；用至少一种矿物酸浸出所述粉末状矿石以形成包含稀土元素和固体材料的浸出溶液；从所述浸出溶液中分离所述固体材料以形成含水-稀土浓缩物；沉淀所述含水-稀土浓缩物以选择性地从所述浸出溶液中除去所述稀土元素并获得所述稀土元素的沉淀物；在空气中加热所述稀土元素的沉淀物以形成所述稀土元素的氧化物；将所述稀土元素的氧化物与铵盐混合并加热以形成无水稀土盐；形成所述无水稀土盐在水溶液中的混合物；以及通过电解沉积工艺从所述水溶液中分离所述稀土元素。2.一种用于从含稀土的矿石中提取稀土元素的方法，所述方法包括以下步骤：研磨所述含稀土的矿石以形成粉末状矿石；用至少一种矿物酸浸出所述粉末状矿石以形成包含至少一种稀土元素和固体材料的浸出溶液；从所述浸出溶液中分离所述固体材料；向所述浸出溶液中加入草酸以沉淀稀土草酸盐浓缩物；在空气中加热所述稀土草酸盐浓缩物以形成稀土氧化物的浓缩物；将所述稀土氧化物的浓缩物与铵盐混合并在空气中加热以形成无水稀土盐；形成所述无水稀土盐在水溶液中的混合物；以及通过电解沉积工艺从所述水溶液中分离所述稀土元素。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述矿物酸处于pH小于1的浓度。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述矿...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·布鲁尔，
申请(专利权)人：稀土盐分离提纯有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US