针对上述问题与不足，Zhang等［8］提出了一种新的风化壳淋积型稀土矿原地浸出工艺。即浸取剂直接注入全风化层，避开腐殖层，只对全风化层和半风化层进行淋浸。该方法可以明显降低稀土浸出液中的杂质铝含量，提高稀土产品的纯度。欧阳克氙等［9］在稀土浸出过程中添加抑铝浸矿剂HZA优化稀土浸出过程，结果表明在浸矿剂中加入质量分数0.05%的抑铝剂HZA，并调节浸矿剂溶液pH为5.5，此时浸出液中铝的含量减少56.85%，而不影响稀土的浸出效果。He等［10］采用氯化铵和硝酸铵的混合物作为浸出剂，从而提高风化壳淋积型稀土矿石中稀土的浸出效率和浸出率。在氯化铵与硝酸铵的摩尔比为1∶1，铵离子浓度为0.20 mol/L，液固比为2∶1，浸取剂pH在4~8时，稀土的最大浸出率可达91.00%，稀土的浸出平衡时间比铝的浸出平衡时间短25 min，有利于降低铝的浸出。陈卓等［11］研究了风化壳淋积型稀土矿浸取过程中镁盐浸取剂对黏土矿物膨胀性能的影响，发现硝酸镁在室温下表现出最佳的抑制黏土矿物水化膨胀和分散的能力，0.20 mol/L硝酸镁的防膨率为65.00%。

目前的研究主要集中在提高稀土浸取率，降低杂质浸出率和抑制黏土矿物膨胀的单一方面，且对稀土提高浸出率时中重稀土的变化和尾矿膨胀率的研究较少。本文采用硫酸铵作为浸取剂，乙酸铵作为助浸剂，探讨了乙酸铵对风化壳淋积型稀土矿浸出过程中的稀土浸出率、杂质抑制率和黏土矿物膨胀率的协同作用，同时研究了乙酸铵对中重稀土浸出的影响和稀土尾矿的影响，为工业生产中提高稀土浸出率强化中重稀土浸出、减少杂质浸出和保障矿山安全的协同作用提供理论指导和技术支撑。

1 实验部分

1.1 矿样性质

实验所用矿样选自滇南地区某风化壳淋积型稀土矿，通过X射线荧光光谱法（X-ray fluorescence spectrometer，XRF）分析了该矿样的化学组成，结果如表1所示。

由表1可知，矿石中主要化学成分为SiO2占60.796%，其次是 Al2O3占31.808%，REO占0.112%。这是由于风化壳淋积型稀土矿主要由黏土矿物组成，而黏土矿物的主要成分为铝硅酸盐矿物［12-13］。稀土矿样经标准筛进行筛分，得到矿样的各粒级区间的质量分布，结果如图1所示。

<G:\武汉工程大学\2024\第4期\陈文斗-1.tif>

注：A为+0.85 mm； B为+0.250~0.850 mm；C为+0.150~0.250 mm；D为+0.106~0.150 mm；E为+0.075~0.106 mm；F为+0.038~0.075 mm；G为-0.038 mm。

图1 矿样粒径分布

Fig. 1 Particle size distribution of ore sample

稀土矿粗粒级矿物（+0.25 mm）占比53.65%，该粒级矿石主要为细小的石英砂，稀土含量较少，在细粒级区间（C-G）中粒级F（+0.038~0.075 mm）的质量占比最高为12.49%，因此合理高效地利用细粒级矿物有利于提高稀土回收率。

1.2 试剂及仪器

实验所用试剂均为国药分析纯，所有溶液均用去离子水配制而成。

浸出实验采用自制控速淋浸装置（图2），膨胀实验采用PCY型智能黏土膨胀仪（图3），其余主要仪器为 X 射线荧光光谱仪（CHTN-0657）、电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）、扫描电镜能谱仪（SEM-EDS）、Zetasizer Nano （英国Malvern仪器公司）等。

1.3 方 法

按四分法称取烘干后的矿样250 g于玻璃交换柱中，添加液固比为2∶1的0.20 mol/L硫酸铵与不同浓度乙酸铵混合溶液进行稀土浸出实验，通过ICP-MS检测稀土浸出液稀土和铝离子的浓度。

称取干燥矿样2 g，在压片机下保持 8 MPa 压力5 min，记录样品压片后长度 H0，装入 PCY 型智能黏土膨胀仪中测定其膨胀率。膨胀率用δ表示，计算公式如下［14-15］：

[δ=ΔHH0×100%] （1）

其中δ为膨胀率，ΔH为矿样变化量，H0为矿样原始压片长度。

通过Zetasizer Nano电位仪测定稀土矿在不同电解质溶液中的Zeta电位。

2 结果与讨论

2.1 乙酸铵浓度对稀土浸出的影响

为了探究乙酸铵浓度对稀土浸出过程的影响，以0.20 mol/L硫酸铵为浸取剂，添加不同浓度乙酸铵作为助浸剂，探究乙酸铵浓度对风化壳淋积型稀土矿稀土和铝浸出效果的影响，结果如图4所示。

由图4可知，随着乙酸铵浓度的增加，稀土浸出率逐渐增加，而杂质铝的浸出率明显降低。当乙酸铵浓度达到0.04 mol/L时，反应基本达到平衡，此时稀土浸出率为91.78%，杂质铝浸出率为36.45%，稀土浸出率相对提高了4.81%，杂质铝的浸出率则相对减小了48.66%。表明乙酸铵作为助浸剂在提高稀土浸出率的同时，有明显的抑铝作用。为了验证乙酸铵的抑铝作用，通过扫描电镜能谱仪（SEM-EDS）分别对两种浸取剂淋浸尾矿进行分析，结果如图5所示。通过定性和半定量计算两种矿样中硅、铝相对含量以及硅铝比值R，结果如表2所示。

由图5 可知，矿样主要由Si、Al、Fe、Ca等元素组成，其中蓝色区域为硅，粉色区域为铝。通过定性和半定量分析可知不同矿样中Si、Al相对含量以及硅铝比。由表2可知，由硫酸铵作为浸取剂的尾矿矿样中铝离子含量明显少于复配浸取剂尾矿矿样，硅铝比RA > RB，说明添加乙酸铵助浸剂后有较好的抑铝作用。

2.2 乙酸铵对中重稀土浸出的影响

为了探究添加乙酸铵作为助浸剂时对稀土矿浸出过程中重稀土的影响，对比了有无乙酸铵添加时的稀土配分模式，以及中重稀土含量，其中浸出液中稀土配分通过ICP-MS检测。不同浸取剂下稀土浸出液中稀土配分模式如图6（a）所示，不同浸取剂下轻、中及重稀土含量相对占比如图6（b）所示，不同浸取剂下浸出液中稀土浓度图6（c）所示。

由图6（a）可知，在添加乙酸铵作为助浸剂后，轻稀土元素镧、镨、钕的配分值明显有所减小，而重稀土元素钇的配分值明显增加，通过对所有稀土元素的配分值分析，发现乙酸铵提高稀土浸出率主要是通过强化对中重稀土的浸出。由图6（b）可知，添加乙酸铵后，轻稀土含量占比减少6.86%，中稀土含量增加了2.98%，重稀土含量增加了3.88%。稀土浓度如图6（c）所示，添加乙酸铵作为助浸剂后，稀土总浓度提高了45.18 μg/g，其中轻稀土浓度减小了27.26 μg/g，中重稀土增加了72.44 μg/g。说明添加乙酸铵助浸剂有利于中重稀土的浸出。

2.3 乙酸铵对风化壳淋积型稀土矿膨胀性能的影响

2.3.1 乙酸铵浓度对黏土矿物膨胀率的影响 为了探究乙酸铵浓度对风化壳淋积型稀土矿浸矿过程中黏土矿物膨胀率的影响，分别检测了在纯水、0.20 mol/L硫酸铵溶液以及0.20 mol/L硫酸铵与不同浓度的乙酸铵复配溶液中黏土矿物的膨胀率。结果如图7所示。

<G:\武汉工程大学\2024\第4期\陈文斗-7.tif>

图7 乙酸铵浓度对黏土矿物膨胀率的影响

Fig. 7 Effect of ammonium acetate concentration on the swelling ratio of clay minerals

由图7可知，黏土矿物膨胀率随时间增加不断增大，当反应时间达到80 min后，黏土矿物膨胀率基本达到平衡。此时黏土矿物在去离子水中的膨胀率为6.754%，在0.20 mol/L的硫酸铵溶液中黏土矿物的膨胀率为4.249%。添加乙酸铵助浸剂后，随着乙酸铵浓度的增加，黏土矿物膨胀率逐渐减小，在乙酸铵浓度达到0.04 mol/L后继续增加乙酸铵浓度，黏土矿物膨胀率基本不变，此时黏土矿物膨胀率为2.951%。因此，在风化壳淋积型稀土矿浸出过程中，添加助浸剂乙酸铵有利于抑制黏土矿物的膨胀，乙酸铵最佳浓度为0.04 mol/L，黏土矿物膨胀率为2.951%，相对硫酸铵作为单一浸取剂时膨胀率降低了1.298%。

2.3.2 黏土矿物Zeta电位分析 为了研究风化壳淋积型稀土矿浸出过程中，稀土浸出率及黏土矿物膨胀率与Zeta电位的关系，分别检测了不同乙酸铵添加剂浓度下黏土矿物的Zeta电位，分析了稀土浸出率与黏土矿物Zeta电位的关系如图8（a）所示，黏土矿物膨胀率与Zeta电位的关系如图8（b）所示。

由图8可知，随着乙酸铵的浓度增高，矿样中黏土矿物表面的Zeta电位绝对值逐渐减小，这是由于电解质阳离子与吸附在黏土矿物表面的稀土离子发生离子交换反应，从而形成更稳定的双电层结构，使得Zeta电位绝对值减小。在乙酸铵助浸剂浓度为0.04 mol/L时，黏土矿物表面Zeta电位为-18.26 mV。稀土浸出率与Zeta电位变化成正比，这是因为随着反应的进行，稀土离子不断地被交换出来。黏土矿物膨胀率与Zeta电位变化呈反比，这是因为电解质阳离子可扩散进入黏土矿物晶层间，减少表面片状结构间的双电层斥力，降低黏土表面双电层厚度，促进黏土矿物颗粒间絮凝，从而使黏土膨胀受到抑制［16］。

2.3.3 淋浸尾矿膨胀性能分析 为了验证乙酸铵抑制黏土矿物膨胀的性能，分别取0.20 mol/L硫酸铵及0.20 mol/L硫酸铵和0.04 mol/L乙酸铵复配溶液的淋浸尾矿，烘干后探究其遇水后的膨胀性能，模拟矿山原地浸出工艺结束后的尾矿遇雨水时的膨胀性能。分别检测不同浸取剂尾矿遇水时的膨胀率，结果如图9所示。

<G:\武汉工程大学\2024\第4期\陈文斗-9.tif>

图9 淋浸尾矿的膨胀性能

Fig. 9 Swelling property of leaching tailings

由图9可知，淋浸尾矿同样具有一定的吸水膨胀性，随时间的变化，尾矿膨胀率不断增大，当反应时间达到80 min后尾矿膨胀率基本达到平衡，此时经0.20 mol/L硫酸铵浸出后的尾矿二次遇水后的膨胀性能同样偏高，尾矿膨胀率为4.209%。硫酸铵和乙酸铵复配浸取剂淋浸尾矿则有较好的防膨性能，膨胀率仅为2.054%。这是因为乙酸铵能改变黏土矿物晶层间的结构，使得黏土矿物的吸水膨胀性能降低。因此添加乙酸铵作为助浸剂后对矿山的安全生产具有重要意义。

3 结 论

本文研究了0.20 mol/L的硫酸铵作为浸取剂，乙酸铵作为助浸剂时的稀土浸出过程与黏土矿物膨胀过程的协同作用，探究了黏土矿物Zeta电位与稀土浸出率以及黏土矿物膨胀率之间的关系，结论如下：

乙酸铵作为助浸剂在提高稀土浸出率的同时，有明显的抑铝作用，乙酸铵的最佳助浸浓度为0.04 mol/L，此时稀土浸出率为91.78%，杂质铝浸出率为36.45%，相较于不添加乙酸铵时稀土浸出率提高了4.81%，杂质铝的浸出率减小了48.66%。添加乙酸铵助浸剂有利于中重稀土的浸出，稀土总浓度提高了45.18 μg/g，其中轻稀土浓度减小了27.26 μg/g，中重稀土增加了72.44 μg/g。添加乙酸铵助浸剂对黏土矿物的膨胀有较好的抑制作用，当乙酸铵浓度为0.04 mol/L时，黏土矿物膨胀率为2.951%，相对硫酸铵作为单一浸取剂时膨胀率降低了1.298%。随着乙酸铵助浸剂浓度的变化，稀土浸出率与Zeta电位变化成正比，黏土矿物膨胀率与Zeta电位变化成反比，当乙酸铵浓度为0.04 mol/L时，黏土矿物表面Zeta电位为-18.26 mV。对于淋浸完成后的尾矿，不同浸取剂尾矿在遇水时的膨胀性能不同，添加乙酸铵助浸剂后的淋浸尾矿防膨性能更好，膨胀率仅为2.054%。