氯化焙烧-水浸法高效提取废弃碎云母中铷的矿物相变机制与工艺优化研究

针对低品位含铷废弃碎云母资源化利用难题，中国科学院研究人员开发了"浮选-氯化焙烧-水浸"联合工艺，通过优化CaCl2 ·4H2 O配比（2:1）、焙烧参数（800℃/30min）及浸出条件（40℃/45min），实现Rb浸出率94.5%。采用TGA-XRD-SEM/EDS多尺度表征手段，揭示活化能为72.28 kJ/mol的相变机制，残渣符合TCLP标准，为战略金属Rb的绿色提取提供新范式。

　　

【研究背景】
铷(Rb)作为21世纪关键战略金属，在原子钟、固态激光器、燃料电池等高科技领域具有不可替代性。全球Rb资源储量不足20万吨，年消耗量10-12吨，99.8%纯度RbCl价格高达62.7美元/10克。传统花岗伟晶岩型Rb矿日趋枯竭，而盐湖提Rb成本高昂。中国内蒙古锡矿重选尾矿中废弃碎云母含Rb₂
O仅0.022-0.046%，因杂质高、粒度细难以直接利用，长期堆存还存在环境风险。现有酸/碱浸出法易造成Fe、Al、Si共溶，而硫酸盐/碳酸盐焙烧需>1000℃高温。如何实现低品位Rb资源高效绿色提取，成为亟待解决的行业难题。

【研究方法】
中国科学院团队采用"浮选预富集-氯化焙烧-水浸"协同工艺，通过激光粒度仪分析原料特性，浮选获得Rb₂
O品位0.046%的云母精矿(SC)。采用热重分析(TGA)结合Flynn-Wall-Ozawa动力学模型计算活化能，X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能谱(SEM-EDS)表征矿物相变，毒性特征浸出程序(TCLP)评估残渣安全性。

【研究结果】

1. 浮选预富集
   通过Na₂
   SiO₃
   和DDA协同作用，在pH=2.5条件下实现云母回收率88.2%，使Rb₂
   O品位提升109%。

2. 氯化焙烧优化
   SC与CaCl₂
   ·4H₂
   O质量比2:1时，800℃焙烧30min可使Rb转化为水溶性氯化物，而Fe、Al、Si形成不溶性氧化物。TGA显示该过程活化能为72.28 kJ/mol。

3. 水浸工艺
   40℃下以液固比5 mL/g浸出45min，搅拌速度250 rpm时，Rb浸出率达94.53%。XRD证实焙烧产物主要为CaAl₂
   Si₂
   O₈
   和SiO₂
   ，SEM显示矿物层状结构破坏形成多孔团聚体。

4. 环境安全性
   TCLP检测显示残渣中重金属浸出浓度远低于标准限值，证实工艺环境友好性。

【结论与意义】
该研究首次建立低品位废弃云母中Rb的氯化焙烧提取新工艺，通过精确控制CaCl₂
·4H₂
O分解动力学与矿物相变耦合，在800℃实现Rb的高选择性转化。相比传统方法，具有能耗低（降低200℃）、无强酸/碱消耗、残渣无害等优势。Zhengwei Han等提出的浮选-冶金联合策略，为战略金属资源循环利用提供了技术范本，相关成果发表于《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》。研究不仅拓展了Rb的供给来源，更为同类低品位含铷固废的高值化利用开辟了新路径。