本发明属于稀有金属的提取技术领域，具体涉及一种煤系地层高岭石粘土岩烧结产物的浸出方法。
背景技术：
稀有金属是在地壳中含量较少、分布稀散或难以从原料中提取的金属，主要用于制造特种钢、超硬质合金和耐高温合金，广泛应用在电气工业、化学工业、陶瓷工业、原子能工业及火箭技术等方面。因此对稀有金属的开发利用对我国的经济、科技的进步具有非常重要的意义。
目前发现了一种新的矿床--煤系地层高岭石粘土岩，富含nb、ti、ga、ree等多种稀有金属和稀土元素。
其中(nb，ta)2o5：含量为118-324μg/g，均值186μg/g，已经超过了稀有金属矿产地质勘查规范(dz/t0203-2002)中风化壳类型的铌钽矿床的最低工业品位要求(160μg/g)。
tio2：含量为1.55％-5.03％，均值3.82％，已经超过了dz/t0208-2002规范中金红石矿关于tio2要求的最低工业品位(1.5％)。
ga：含量为19-68.7μg/g，均值38.2μg/g，ga无独立矿床工业指标，已经达到了煤矿中伴生ga的工业品位要求(30μg/g)。
reo：含量为275-1403μg/g，均值646μg/g，已经达到了稀土矿床勘查规范(dz/t0204-2002)的边界品位要求(500μg/g)。
此外，该层高岭石粘土岩中含有的主要元素al和si，其含量分别为al2o3：11.23-35.15％，均值29.28％；sio2：15.54-42.07％，均值35.3％。
因此，对煤系地层高岭石粘土岩内的稀有金属进行提取、使用，是现目前亟待解决的问题。为了提取出煤系地层高岭石粘土岩内稀有金属，现探索出了一种提取的新工艺，先对煤系地层高岭石粘土岩进行烧结，形成烧结产物，浸出烧结产物中的稀有金属，再将浸出的稀有金属一一提取。通过对煤系地层高岭石粘土岩进行烧结，能够矿物进行分解，将赋存在矿物内的稀土元素释放出，生产相应的化合物，便于后续的浸出。待稀土元素释放后，便需要对烧结产物内的稀有金属进行浸出。在浸出步骤中，如何提升稀有金属的浸出率是现目前的重点研究方向。
技术实现要素：
本发明意在提供一种煤系地层高岭石粘土岩烧结产物的浸出方法，能够提高稀有金属浸出率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，煤系地层高岭石粘土岩烧结产物的浸出方法，包括以下步骤：
步骤一：水浸
向烧结产物内加入水，搅拌、混合后分离出水浸滤液和水浸滤渣备用；
步骤二：酸浸
向水浸滤渣内加入hcl溶液，搅拌、混合后形成酸浸溶液，再分离出酸浸滤渣和酸浸滤液，完成对稀有金属和稀土元素的浸出；
在水浸和酸浸时，均通过底部和侧壁同步进液的方式加入水或hcl溶液。
本技术方案的技术原理及有益效果：
先通过向烧结产物内加入水，利用水浸出烧结产物内的部分稀有金属和稀土元素以离子形式转化到水中。水浸后，分离出的水浸滤渣中还会残存一部分的稀有金属和稀土元素，向水浸滤渣内加入hcl溶液，能够将水浸滤渣内残存的稀有金属和稀土元素浸出，使稀有金属和稀土元素以离子形式转化到酸浸溶液内，从而完成对稀有金属和稀土元素的浸出。通过水浸与酸浸结合方式也能够提升稀有金属和稀土元素的浸出效果。
在进行水浸和酸浸相配合完成稀有金属和稀土元素的浸出实验时，发现单独的水浸实验或酸浸实验中，在同等条件下，稀有金属和稀土元素的浸出率差异较大，最大差异甚至超过了10％，这便说明，水浸和酸浸的的浸出率是不稳定的。
基于此，发明人对整个步骤进行复盘，并对可能的原因进行改进。结果发现在整个水浸和酸浸的过程中，溶液和固体颗粒均处于一个稳定的平衡圈内，而根据不同的颗粒分布的不同，会使得固体颗粒与溶液的接触、浸出效果出现差异。因此对浸出时的进液方式进行改变，打破原有的固液平衡圈，提高浸出率。
在浸出时，需要进行搅拌，而搅拌时，烧结产物颗粒和水浸滤渣颗粒均会受到离心力的作用，沿着容器的内壁转动，使得烧结产物颗粒和水浸滤渣颗粒的存在位置始终保持不变(沿着容器内壁)，并且搅拌会存在死角，而部分烧结产物颗粒和水浸滤渣颗粒会在重力作用下，沉降，进而会导致整个混合搅拌的效果不佳，影响稀有金属和稀土元素的浸出。通过底部和侧壁循环进液，首先能够冲击底部沉降的烧结产物颗粒和水浸滤渣颗粒，使得充分搅拌，其次，能够通过不同方向的冲击力，打破搅拌时产生稳定的平衡圈，使得各烧结产物颗粒和水浸滤渣颗粒处于相对较为无序的运动状态，进而能够使得水或hcl与烧结产物颗粒和水浸滤渣颗粒的接触效果以及对稀有金属和稀土元素的浸出效果更佳。
综上，本技术方案先通过水浸的方式将烧结产物中的部分稀有金属浸出，而部分稀有金属会残存在水浸滤渣内，再利用hcl将水浸滤渣内残存的稀有金属浸出；同时结合特殊的进液方式，能够打破原有的搅拌平衡圈，使得更多的稀有金属和稀土元素，提高烧结产物的浸出率。
进一步，步骤一中水浸温度为90℃，混合时间为2h，烧结产物与水的比例为1g：10ml。
有益效果：通过对水浸温度、水浸时间以及水与烧结产物的比例进行配置，能够使得稀有金属的浸出率高，且能够减少水的浪费，节约成本。
进一步，步骤二中水浸滤渣与酸浸溶液重量比为1g:20-40ml。
有益效果：通过对酸浸步骤的固液比进行配置，能够使得充分的将烧结产物内的稀有金属浸出，同时又能够避免加入较多的酸浸溶液而导致的酸浸溶液浪费的情况出现，能降低成本。
进一步，步骤二中的酸浸温度为40-80℃。
有益效果：通过对温度进行限制，能够使得浸出时，吸附效果更佳。
进一步，步骤二中的酸浸时间为2-6h。
有益效果：通过对酸浸时间进行设置，能够充分保证稀有金属浸出，又能避免因时间消耗较长导致的时间浪费的问题。
进一步，步骤二中使用的hcl浓度为2-8mol/l。
有益效果：通过对hcl的浓度设置，能够使得稀有金属浸出的效果佳。
进一步，待加入配置的固液比后，将顶部的溶液导出，再按照底部和侧壁同步进液的导入，与烧结产物或水浸滤渣混合。
有益效果：固态颗粒在自身重力作用下，会位于下部，因此上部的溶液内不会有固态颗粒或者含有较少的固态颗粒，在水浸或酸浸的过程中，将上部的溶液导出再重复导入，能够使用固定配比的溶液，并在整个水浸或酸浸的过程中打破搅拌的平衡圈，使得稀有金属和稀土元素的浸出率更高。
进一步，侧壁进液的方向呈沿着水浸或酸浸使用的容器内壁的切线方向设置，且侧壁进液的方向与搅拌的方向相反。
有益效果：从侧壁进入的液体与搅拌方向相反，因此搅拌中的溶液会与侧壁进入的液体发生冲击，进一步提升浸出的效果，提高浸出率。
具体实施方式
实施例：
煤系地层高岭石粘土岩烧结产物的浸出方法，包括以下步骤：
步骤一：水浸
按照1g：10ml的固液比将烧结产物和纯水投放至反应釜内，并在90℃的条件下搅拌、混合2h，再分离出水浸滤液和水浸滤渣。此时，烧结产物内部分稀有金属和稀土元素被浸出，并以离子形式转化在水浸滤液内。
步骤二：酸浸
按照1g：20-40ml的固液比向反应釜内加入水浸滤渣和浓度为2-8mol/l的hcl溶液，并搅拌、混合形成酸浸溶液，在此过程中，反应釜内始终保持40-80℃；酸浸2-6h后，分离出酸浸滤渣和酸浸滤液。通过酸浸，将稀有金属和稀土元素以离子形式转化在酸浸滤液内。
在水浸和酸浸步骤中，均采用底部和侧壁同步连续进液的方式加入纯水或hcl溶液，以水浸步骤为例，在进行水浸反应时，先将烧结产物投放至反应釜内，再通过反应釜的底部和侧壁向反应釜内加入纯水，反应釜的底部和顶部均设置多个进水点；侧壁进液的方向是沿着反应釜内壁的切线方向设置的。反应釜在运行时，会进行搅拌，若搅拌时是顺时针进行的，则侧壁进液的方向是逆时针的。待向反应釜内加入设定比例的纯水后，将反应釜上部的溶液导出，并通过底部和侧壁持续的导入，完成循环、持续的向反应釜内加入溶液。
实验1：
设置9组实验，分别向反应釜内加入15g烧结产物和150ml纯水，在90℃下水浸2h，水浸的过程中，进行混合搅拌，并记录各实验组的浸出率，具体情况如表1所示。
表1
通过实验证明，在同等条件下，各元素的浸出率是会存在差异的，通过研究发现，在浸出时，会出现搅拌死角，使得烧结产物的分布方式会不同，因此会导致整个浸出的效果会不同，不同实验组之间的浸出率差异较大。
实验2：
按照实验1的同等条件配置9组实验组，并采用本申请提供的水浸步骤的方式进行水浸，得出不同实验组的浸出率，具体如表2所示。
表2
通过实验证明，利用本发明提供的水浸方法，使得稀有金属和稀土元素浸出率整体得到了提升；而且稀有金属和稀土元素的浸出率保持在比较稳定的状态，因此使得浸出方法能够广泛的推广和使用。
实验3：
在酸浸步骤中，对影响因素固液比、酸浸温度、酸浸时间、使用的盐酸浓度进行配置，并分别记录不同影响因素下的金属的浸出率，其中，实验组的影响因素如表3所示，不同实验组的浸出率如表4所示。
表3
表4
从表中各数据可以看出，酸浸试验对al、ti、ga和rey浸出率影响最大的是酸固比，其次是酸浸时间、温度和酸浓度。
对于ti浸出效果最好的是第二组，浸出率达到了88.27％；ga浸出效果最好的是第八组，浸出率达到87.12％；al和rey浸出效果最好的是第一组，浸出率分别为72.81％和85.56％；酸浸试验对铌的浸出非常有限。综合考虑以上各元素的浸出效果，浸出时，各因素配比的最佳方案为固液比1g:20ml酸浸温度40℃、酸浸时间2h、盐酸浓度4mol/l和固液比1g:20ml酸浸温度60℃、酸浸时间4h、盐酸浓度6mol/l。
综上，本发明通过水浸和酸浸相结合的方式，能够将煤系地层高岭石粘土岩烧结产物中的ti的累计浸出率可达到70％以上，ga的累计浸出率达到90％以上，∑rey的累计浸出率可达85％以上；而且通过对进液的方式进行改变，能够使得稀有金属和稀土元素的浸出率更稳定，且浸出的效果更佳。
对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本专利实施的效果和专利的实用性。
1.煤系地层高岭石粘土岩烧结产物的浸出方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：水浸
向烧结产物内加入水，搅拌、混合后分离出水浸滤液和水浸滤渣备用；
步骤二：酸浸
向水浸滤渣内加入hcl溶液，搅拌、混合后形成酸浸溶液，再分离出酸浸滤渣和酸浸滤液，完成对稀有金属和稀土元素的浸出；
在水浸和酸浸时，均通过底部和侧壁同步进液的方式加入水或hcl溶液。
2.根据权利要求1所述的煤系地层高岭石粘土岩烧结产物的浸出方法，其特征在于：步骤一中水浸温度为90℃，混合时间为2h，烧结产物与水的比例为1g：10ml。
3.根据权利要求2所述的煤系地层高岭石粘土岩烧结产物的浸出方法，其特征在于：步骤二中水浸滤渣与酸浸溶液重量比为1g:20-40ml。
4.根据权利要求3所述的煤系地层高岭石粘土岩烧结产物的浸出方法，其特征在于：步骤二中的酸浸温度为40-80℃。
5.根据权利要求4所述的煤系地层高岭石粘土岩烧结产物的浸出方法，其特征在于：步骤二中的酸浸时间为2-6h。
6.根据权利要求5所述的煤系地层高岭石粘土岩烧结产物的浸出方法，其特征在于：步骤二中使用的hcl浓度为2-8mol/l。
7.根据权利要求6所述的煤系地层高岭石粘土岩烧结产物的浸出方法，其特征在于：待加入配置的固液比后，将顶部的溶液导出，再按照底部和侧壁同步进液的导入，与烧结产物或水浸滤渣混合。
8.根据权利要求7所述的煤系地层高岭石粘土岩烧结产物的浸出方法，其特征在于：侧壁进液的方向呈沿着水浸或酸浸使用的容器内壁的切线方向设置，且侧壁进液的方向与搅拌的方向相反。
技术总结