2024年度江西省自然科学奖

基于镁盐-有机酸复合体系的离子型稀土矿绿色高效浸取基础研究

主要完成人及所在单位：肖燕飞(江西理工大学)，冯宗玉(有研稀土新材料股份有限公司)，杨幼明(江西理工大学)，王莉(江西理工大学)

针对硫酸铵原地浸取过程存在的氨氮污染严重、稀土浸出率低、铝离子浸出多等问题，项目围绕离子型稀土矿浸取机理、稀土强化浸取机理和选择性浸出机制的关键科学问题，开展基于镁盐-有机酸复合体系的离子型稀土矿绿色高效浸取基础研究（图1），创新性地建立并验证了离子型稀土矿双电层浸取机理、离子相和胶态相稀土配位-还原强化浸取机理和抑铝浸出机制，原创开发了离子型稀土矿镁盐复合体系绿色高效浸取技术，构建了离子型稀土矿绿色高效浸取理论和技术体系，极大地丰富了离子型稀土矿提取冶金理论，为离子型稀土矿的高质量发展提供了理论和技术支持。

科学发现点1：从静电吸附作用出发，建立了基于Grahame模型的粘土矿物表面双电层模型，明晰并验证了不同溶液条件下粘土矿物电动电势变化和稀土/浸取剂阳离子吸附解吸行为之间的耦合关系，首次提出并验证了离子型稀土矿双电层浸取机理；结合南方土壤特性和硫酸镁的环境效应，筛选了硫酸镁作为浸取剂，明晰了浸取动力学，最终开发出离子型稀土矿硫酸镁无铵绿色浸取技术，可实现该矿的绿色环保开采。

科学发现点2：基于离子相和胶态相稀土的赋存状态，研究有机酸对粘土矿物表面ζ电位和对溶液中稀土物种分布的影响，及Ce(OH)₄和Fe(OH)₃的酸溶热力学，提出了配位强化离子相浸取和还原强化胶态相浸取机理，为稀土强化浸取助剂的开发提供理论指导；创新性的将抗坏血酸引入到硫酸镁浸取过程，发明了离子型稀土矿镁盐-抗坏血酸配位-还原高效强化浸取技术，实现了离子相和胶态相稀土的共同高效提取。

科学发现点3：基于溶液中铝和稀土的物种分布及其在粘土矿物上的吸附解吸机理，结合硫酸镁浸取体系下铝的浸取行为，揭示了中和抑铝浸出机制；创新性提出将乙酸缓冲体系引入到浸取过程，基于物种分布计算等明晰乙酸作用机理，开发了离子型稀土矿镁盐-乙酸控酸度抑铝协同浸取技术，实现了稀土高效浸取和铝的抑制浸出。