综述：稀土提取与回收的研究进展：一项系统评价，重点关注从环境和综合回收角度出发的独居石精矿分解技术

《Journal of Rare Earths》：Research progress on rare earth extraction and recovery: A systematic review focusing on monazite concentrates decomposition technology from perspectives of environment and comprehensive recovery

稀土矿物-monazite的分解技术与工业化应用研究进展

　　

王冰|王健|潘月|肖彦飞

江西科技大学冶金工程学院，中国赣州341000

摘要

随着高端、精密和先进制造业对稀土（RE）金属需求的增加，稀土矿物的开采及其利用效率的重要性也在迅速提升。作为重要的稀土矿产资源，独居石的相关研究，特别是对其精矿分解过程的研究，已成为实现稀土、钍等资源高效利用的关键方向。本文介绍了独居石的矿床类型以及工业中的标准选矿工艺，并系统总结了独居石精矿的分解过程、实验室相关研究及开发成果，以及工业中的改进技术。传统的混合独居石精矿和单一独居石精矿分解技术存在分解效率低、资源利用率低或环境污染等问题。通过引入焙烧添加剂、新型焙烧系统及特殊外场技术，在一定程度上实现了实验室阶段独居石精矿的高效绿色分解。然而，考虑到独居石精矿成分的多样性、分解成本及工艺连续性，这些新型分解工艺仍需进一步发展才能大规模应用于工业生产。此外，本文还重点阐述了不同分解工艺中的主要问题及相应的改进建议。

引言

稀土元素（REEs）因其优异的电磁性能、独特的光学特性和高效的催化性能而被视为重要的战略资源，使得稀土金属和化合物能够在工业、医学和军事等众多领域得到广泛应用。1, 2 中国拥有全球最大的稀土储量，总量约为1.3亿吨（见图1）。2023年，全球稀土产量达到35万吨，年均增长率为2.4万吨，年均增长率为21.8%。3

目前自然界中已发现约250种稀土矿物，但仅有约10种具有工业开采价值。其中，只有四种含稀土矿物的矿石被用于稀土金属及其化合物的工业提取，分别是氟碳铈矿、独居石、磷钇矿和风化壳淋积型矿石。其中，独居石分布最广，也是最早应用于工业的稀土矿物之一。4 鉴于独居石及其精矿的重要性，对其精矿的选矿、分解过程以及相关分解工艺的改进对于稀土矿物的提取和分离至关重要。然而，独居石精矿具有稳定的磷酸盐矿物结构、高磷含量、强放射性、复杂的伴生杂质以及苛刻的分解条件，这使得其分解、稀土回收、杂质去除和三废处理过程比其他稀土矿物更为复杂。

根据稀土矿物成分的不同，独居石精矿可分为两种类型：单一独居石精矿和混合独居石精矿（含有氟碳铈矿）。单一独居石精矿的主要工业分解方法是氢氧化钠分解法；混合独居石精矿则采用硫酸进行硫酸盐焙烧分解法。传统的独居石精矿分解工艺普遍存在资源利用率低、成本高以及产生废气、残渣和水三种废物的问题。针对这些问题，目前已开发出一些新型分解技术，如高温碳热脱磷分解法、混合碱焙烧分解法和特殊外场辅助分解法等。5 然而，目前关于独居石精矿分解过程和技术发展的系统性研究仍较为缺乏。

由于现有综述尚未系统地总结和比较独居石精矿的分解工艺，本文介绍了独居石精矿的工业处理工艺及其存在的问题，总结了其分解工艺的技术发展、不同方法的优缺点及存在的问题。本文旨在为开发高效、环保且经济可行的独居石精矿分解工艺提供指导。

独居石：稀土和钍的重要来源

独居石（REPO₄），又称磷酸铈镧矿，是一种宝贵的稀土矿产资源，含有50%–60%的RE₂O₃、0.2%–0.6%的U₃O₈和5%–10%的ThO₂。独居石中的主要稀土元素包括La、Ce、Pr等。6 由于含有铀、钍和镭等放射性元素，独居石具有放射性。7 独居石的矿物组成较为复杂，常见于伟晶岩、花岗岩等相关矿床中，其伴生矿物通常包括氟碳铈矿和磷酸钇等。

独居石精矿：特性与主要生产工艺

独居石矿物加工过程中产生的放射性废物对环境构成威胁，因此中国已禁止单独开采独居石矿物。独居石精矿的主要来源有两种：一是从砂矿中提取锆石、金红石和钛铁矿后的副产品（如海滩砂矿）；二是与其他稀土矿物混合的混合稀土精矿。14, 15 传统独居石精矿的稀土元素品位...

单一独居石精矿的分解工艺

目前，硫酸高温分解法和氢氧化钠分解法是单一独居石精矿的主流分解工艺。其中，氢氧化钠分解法作为常用的分解方法，在工业中得到广泛应用。图6展示了传统的独居石精矿分解工艺及一些改进工艺。

混合稀土精矿的分解工艺

混合稀土精矿中氟碳铈矿与独居石的比例通常为9:1–1:1，精矿中的稀土元素含量约为45.0%–65.0%（按REO计算）。工业上混合稀土精矿的分解工艺主要包括硫酸盐焙烧分解法（主流工艺，占比约90.0%）和碱分解法（使用浓碱溶液）。

结论

独居石具有重要的应用价值和巨大的发展潜力，是稀土工业史上最早被工业应用的稀土矿物，为轻质稀土元素的稳定供应奠定了基础。本文深入介绍了传统的工业分解工艺及其改进方法，总结了不同工艺的特点和存在的问题。主要结论如下：

在工业领域...

利益冲突声明

? 作者声明不存在可能影响本文研究工作的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家重大专项科学技术项目（2024ZD0606200）、江西科技大学绿色低碳冶金战略有色金属重点实验室（2024SSY11031）、江西省自然科学基金（20244BAB28056）以及定南大华新材料资源有限公司（2025360705081335）的支持。