105期
2022 年 02 月 23 日
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中国赣州离子型稀土开采提取技术研发   知识产权自主拥有
芮嘉玮/台湾财团法人中技社 能源暨产业研究中心组长

中国稀土资源丰富、矿种独特,重稀土矿以江西、广东、福建、广西、云南等地区的离子型稀土矿为主,尤以江西龙南地区的重稀土矿为最多,占中国重稀土工业储量的80%以上;赣州市的中重稀土开采量占中国半壁江山,因而有「稀土王国」之称。

离子型稀土技术是中国自主拥有的知识产权。南方离子型稀土矿的开采提取技术已经过40多年的发展,稀土回收率虽有了改善,但仍有不少理论和实际问题有待解决,包括新型高效低污染浸取剂和沉淀剂的研发、原地浸矿过程中的扩散机制等都是未来南方离子型稀土矿化学提取技术研究的重要方向。

20世纪60年代末在江西省龙南发现离子型稀土矿,其矿石中的稀土元素80%~90%呈离子状态吸附在高岭土和水云母等粘土矿物上;离子型稀土矿系含稀土花岗岩或火山岩经多年风化形成粘土矿物,解离出的稀土离子以水合离子或羟基水合离子吸附在粘土矿物上。吸附在粘土矿物上的稀土离子在水中不溶解,但遵循离子交换规律,可用化学法提取稀土。稀土矿种90%的稀土可以用稀土浸出药剂如硫酸、硫酸氢氨或者硫铵等以离子交换淋洗方式使其进入溶液,然后将稀土沉淀剂如草酸、氨水或者碳酸氢氨等加入溶液中,使稀土沉淀析出,因此,该种稀土矿被命名为「离子型稀土矿」。迄今,离子型稀土矿的浸出与富集技术主要有两种,一种为『池浸』,一种为『原地浸矿』。因池浸对生态环境带来的破坏与影响很大,现推行的是原地浸矿。

稀土是人类和高科技不可或缺的战略性矿产资源,中国则在稀土产业链的上游尤其具发展优势,国际经贸上以此作为筹码对付西方国家,往往具有卡脖子、掐咽喉之效。中国前领导人邓小平于1992年参访包头市白云鄂博区的稀土矿场时,说过一句警世良言:「中东有石油,中国有稀土」。中国目前是世界上唯一具有稀土全产业链的国家,对全球稀土产业链的某些环节有近乎绝对的主导权。欧美等西方国家正努力摆脱受中国控制局面的同时,中国又在2021年底成立「中国稀土集团」,重组「稀土国家队」,企图巩固其全球稀土龙头地位。江西省的赣州稀土集团有限公司为此「稀土国家队」成员之一。

赣州稀土集团简介

赣州稀土集团有限公司前身为赣州稀土发展控股有限公司,成立于2010年11月,并于2011年12月更名为赣州稀土集团有限公司,经营稀土开采和冶炼分离。公司旗下拥有中国南方稀土集团、赣州工业投资集团、赣州稀土矿业有限公司等70余家全资、控股及参股公司。公司业务涵盖稀土、稀有金属、金融资产三大领域。其中,稀土领域以中国南方稀土集团为核心,主要从事稀土原矿开采、稀土冶炼分离、稀土综合回收利用、稀土精深加工应用、稀土产品贸易、稀土应用研发和技术服务;稀有金属领域主要从事钨、萤石、铅锌等矿产资源的开发与利用;金融资产领域主要从事稀土与钨等稀有金属的投资和管理、基金投资和管理、稀有金属交易平台运营与管理等。赣州稀土集团有限公司主要生产的稀土产品,包括用于永磁电机的稀土磁性材料、用于新能源及应用组件的稀土发光材料、用于催化抛光的稀土功能陶瓷、用于各种动力电池及储氢系统等应用的稀土储氢材料等产品。

旗下赣州稀土友力科技
赣州稀土友力科技开发有限公司在钕铁硼加工技术领域方面,开发一种钕铁硼废料萃取三相物的回收方法[1]。如图1所示,该方法首先收集钕铁硼废料萃取过程产生的三相物,自然静置、澄清分层后回收有机相和水相,回用至萃取槽(S1);接着向过滤后剩余的三相物加入助溶剂,再搅拌静置、澄清分层后回收水相,回用至萃取槽(S2);最后将助溶剂反应后的三相物加入浸出剂,搅拌后将溶出的水相稀土回收、溶出的有机相经水洗回用至萃取槽、渣相经压滤烘干成环保渣集中处理(S3)。该方法特征在萃取过程中进行固液分离,然后分别从固液两态中分别得到有机相和水相,并将其回槽再利用,实现资源回收利用降低生产成本,同时避免三相物搁置、掩埋造成的环境污染,利于环保。

图1. 钕铁硼废料萃取三相物的回收方法的流程示意图

芮嘉玮绘制

此外,该公司也对稀土生产过程中所需用的分离装置或混合设备申请专利,例如涉及稀土金属之提取或者稀土粉碎预处理等有关萃取皂化澄清设备、稀土溶液混合装置、搅拌混料装置以及稀土废料回收用之稀土打散装置等设备。

旗下赣州稀土矿业有限公司
离子型稀土矿的开采,一直没有摆脱环境污染的问题,同时回收率偏低也造成了部份稀土资源的浪费。赣州稀土矿业有限公司开发出一种南方离子吸附型稀土矿浸取母液中回收稀土的技术[2],包括矿山稀土浸取母液收集、磷酸二异辛酯(P204)有机相配制、稀土萃取、稀土复盐沉淀除杂、硫酸稀土复盐碱转化等步骤。此回收稀土专利技术,使用P204富集稀土离子、以硫酸反萃,且反萃液用硫酸钠得到复盐沉淀,并用氢氧化钠进行碱转得到氢氧化稀土,减少了沉淀用的大量碳酸氢铵,且复盐沉淀和碱转使得稀土离子与杂质离子得以有效分离,提高了产品质量,减少了后期分离预处理的成本。不仅稀土回收率高于95%,稀土矿山母液无需预处理,无氨氮增加,生产成本低,又能减少氨氮对环境的污染。

此外,该公司也发明一种强酸型聚苯乙烯阳离子交换树脂[3],应用于稀土金属离子的吸附中,无需经过预处理或添加其他试剂,无污染且不产生任何废弃物,吸附效果好,具有交联结构均匀、含水率高、离子交换容量大和环保等优点。专利的特征在于该聚苯乙烯阳离子交换树脂是以苯乙烯为单体,以亚甲基双丙烯酰为交联剂,该单体苯乙烯与交联剂亚甲基双丙烯酰的品质比为1:0.01-0.5,在致孔剂和引发剂的作用下经成球、定型老化得到微球,然后在醇溶剂中超声洗涤脱除致孔剂,再经磺化处理得到磺化产物,后直接倒入冰水中洗涤、过滤而得。

旗下赣州稀土开采技术服务有限公司
赣州稀土开采技术服务有限公司为赣州稀土矿业有限公司下属子公司,成立于2016 年1月,主要从事离子型稀土开采新技术研发、对外承接矿山开采技术咨询服务及稀土产品经营等业务。

该公司在稀土矿开采工艺方面,开发一种南方离子型稀土矿的浸矿方法[4],采用如图2所示的配液、注液、氧化镁水化、稀土回收、以及稀土的澄清与固液分离等步骤,并采用中性电解质溶液,利用离子交换时置换出的酸维持稀土离子的迁移,进行离子型稀土矿的开采。

此外,该公司也发明了一种南方离子型稀土矿无氨开采工艺[5],在原地浸矿技术的基础上,使用硫酸镁+硫酸钠作为浸矿剂,碳酸氢钠作为沉淀剂产出碳酸稀土或采用萃取的方式产出合格的高浓度稀土料液为产品,从根本上避免了氨氮对环境的影响,并利用氧化镁的特性使稀土富集物快速沉淀,缩短流程时间。除此之外,该公司也对稀土矿回收技术申请专利,例如涉及一种南方稀土矿浸出母液沉淀法回收稀土的工艺[6]

图2. 南方离子型稀土矿的浸矿方法

芮嘉玮绘制

展望未来

离子型稀土技术是中国自主拥有的知识产权。南方离子型稀土矿的开采提取技术已经过40多年的发展,稀土回收率虽有了改善,但仍有不少理论和实际问题有待解决,包括新型高效低污染浸取剂和沉淀剂的研发、原地浸矿过程中的扩散机制等都是未来南方离子型稀土矿化学提取技术研究的重要方向。

然而,无庸置疑的是,南方离子型稀土矿是中国特有的、世界罕见的稀土资源种类,具有巨大的经济价值与战略价值,已成为世界稀土贸易与经济发展中非常重要的一支不可或缺的力量,其提取技术及开发利用水平对世界新材料、新能源的发展影响巨大,中国也顺势将这方面稀土资源的优势转变为经济上的优势。

 

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【本文只反映专家作者意见,不代表本报及其任职单位立场。】

 
作者: 芮嘉玮
现任: 台湾中技社能源暨产业研究中心组长
学历: 台湾清华大学 奈米工程与微系统研究所 博士
台湾中原大学 财经法律研究所 硕士
台湾科技大学 材料科学与工程研究所 硕士
经历: 台湾工研院技术移转与法律中心执行长室
台湾工研院电子与光电研究所专利副主委
光电产业知识产权经理
专长: 长期从事产业研究、专利知识产权与投资评估等工作,专注于能源、产业、环境、经济等议题。擅长创新技术策略分析、科技预测及评估、专利分析与布局、产业分析、知识产权管理与经营策略、专利的商业化与货币化。熟捻产业技术发展趋势,并常在各媒体平台发表文章、应邀演讲,成功引领技术前瞻与产业关键议题。

 


 





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