離子型稀土發現、命名與提取工藝發明大解密
離子型稀土的技術是我國完全擁有的自主知識產權。贛州有色冶金研究所是我國離子吸附型稀土礦的發現、命名和二代稀土提取工藝科技成果的主要享有單位。時任贛州有色冶金研究所分管科研副所長、后任所長的丁嘉榆同志，作為離子型稀土礦第二代提取工藝的發明及應用的主要參與者、領導者，對這一事件的歷史發展進程有著刻骨銘心的記憶。應記者之約，丁嘉榆同志對這一歷史事件進行了全面地、系統地回顧和總結。
讓我們沿著贛州有色冶金研究所等單位的科技工作者的足跡，去領略這些我國在離子型稀土資源開發利用、洗提工藝發明等方面具有里程碑式的重大事件吧！
一、離子型稀土礦的發現
時至1970年，在過去長達175年的稀土礦產資源開發利用史中，人們發現自然界中含稀土元素及其化合物的礦物多達 200 種。但真正實際有工業利用價值的稀土礦物原料卻為數不多，數量約十種左右。主要有獨居石、鈰硅石、氟碳鈰礦、硅鈹釔礦、磷釔礦、褐簾石、鈮釔礦、黑稀金礦。但這些礦物中卻大部份含有一定數量的鈾或釷，而且稀土礦物均以固態、礦物相礦物性態存在，它們往往是與放射性元素共生或伴生 。
20世紀后期，隨著世界范圍內高科技及其工業化進程突飛猛進的發展，尤其是自20世紀80年代以來，全球范圍內對中、重稀土元素的使用量激增，其中又特別是對釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、釔等稀土元素的需求量劇烈地增長。鑒于下述原因：一是在傳統的稀土礦產資源中，上述大多數稀土元素的含量有限，獲取稀土精礦較為困難；二是由于生產工藝的繁鎖，流程很長，成本較高，價格昂貴，若得工業化應用，難度很大，產量也難以滿足要求；三是根據傳統稀土礦床資源賦存的特點，若希望在某一礦山，同時獲得上述目標的元素，難能湊效，必然要開采多個、多種不同配分的稀土礦山，才有可能同時滿足上述需求。顯而易見，僅僅依靠對傳統稀土資源的開發，勢必難于滿足現代高科技高速發展態勢，對有關稀土元素的需求。因此，這種局勢必然導致人們對稀土新資源的追求和探索，期望著能夠獲得高科技所需稀土資源的可靠保障。
其實早在20世紀60年代，我國就從戰略的高度，認識到中、重稀土，尤其是重稀土資源在國防建設和國民經濟建設中的重要作用。20世紀60年代中葉，原冶金工業部根據國家軍工計劃任務的安排，組織了南方重稀土資源科研大會戰。旨在針對南方某礦圍巖中，通過科技攻關，獲得代號為"6號產品"的重稀土產品。經參戰單位的協同攻關，已打通工藝流程，并拿出"6號產品"樣品。但成本很高，工業化實施存在困難。然而接踵而至的"文革"，會戰只好暫時中斷。
"701礦區"特殊的稀土礦物，揭開南方"離子型"重稀土的"露頭"
1969年底、1970年初，原江西省地質局908隊根據群眾報礦的線索，在江西省龍南縣一個以后命名為"701礦區"的礦化區域內，發現了一種特殊的"不成礦"的稀土礦物。于此，908隊在701礦區開始做普查工作時，盡管發現此區域含有一定品位的稀土，但因礦物相稀土礦物僅有8.4克/噸，導致評價工作無法深入下去，幾乎將其判為沒有工業利用價值。于是，1970年10月，908隊將此礦樣委托給贛州有色冶金研究所（原江西有色冶金研究所）進行研究。
始于1970年10月的新類型稀土資源的科技攻關，開始逐步揭開"離子吸附型稀土礦"的序幕。
該所以楊悅、雷捷、陳啟仁等同志為代表、908隊以胡淙聲同志為代表的多學科、多專業科技人員，以嚴謹的科學態度，在幾經周折，使用傳統試驗研究方法均遭失敗的情況下，依然不懼艱難，百折不撓，堅持探索，努力攻關。經過艱苦的工作，拋棄了以往研究花崗巖風化殼稀土礦床的傳統做法，創造性地采用稀土可溶性分析和礦漿樹脂吸附等多種綜合技術手段，精誠所至，金石為開，終于逐步地揭開了這種"不成礦"的"離子吸附型稀土礦"的奧秘。
"八大研究發現"，揭示其內在奧秘
首先，在利用多種傳統的選礦方法，不能有效地富集稀土礦物的過程中，存在著一種奇怪的現象，即入選物料與選出物料金屬不平衡，選礦過程中出現金屬流失的現象。那么，它流往何處？怎么流的？第二，繼之，跟蹤追擊，發現這種奇怪的稀土礦物，它不是以傳統的"礦物相"礦物而存在的"礦物"，而是以一種"不成礦"的、非常特殊的性態存在，即以一種新型的"離子相"礦物性態存在。亦即稀土礦物中的稀土，絕大部份以陽離子狀態存在，而被吸附在某些礦物載體上，例如，主要被吸附在高嶺石、白云母等鋁硅酸鹽礦物或氟碳酸鹽礦物上。第三，進而，科技人員依據這些特征，將這種新型的"不成礦"的稀土礦物，命名為"離子吸附型稀土礦物"。亦即，"離子吸附型稀土礦物"是以"離子相"礦物性態存在，被吸附于"載體"礦物表面上的稀土礦物；而由這種"離子吸附型稀土礦物"構成的礦體，則命名為"離子吸附型稀土礦"。第四，深入的試驗工作發現，只要以某種電解質溶液作為"洗提劑"或"浸礦劑"，對含離子相稀土礦物進行"滲濾洗提"或"淋洗"，則溶液中的化學性質更為活潑的離子，將同被吸附在高嶺石等載體礦物表面的"離子相"稀土發生交換，形成新狀態的稀土，而進入到溶液之中，由此獲得"含稀土母液"。第五，若對含稀土母液，或直接施加"沉淀劑"，沉淀后可獲得混合稀土，經灼燒后，又可獲得純度較高的混合氧化稀土（一般TREO≥92%）；或經萃取粗分組，得分組富集稀土，經沉淀、灼燒后，得分組氧化稀土。第六，科技人員依據以上科學發現，深入研究后，發明出這種新型稀土礦的稀土提取工藝，即為"江西稀土洗提工藝"。第七，隨著"離子相"稀土礦物的發現，新類型"離子吸附型稀土礦"的命名，和這種稀土礦物中稀土的提取工藝的發明，而將這種新類型的稀土礦床相應命名為"離子吸附型稀土礦床"；之后經進一步的地質工作，又將其稱之為"風化殼淋積型稀土礦床"。從而，在世界上首次確定，以"離子相"礦物性態賦存的新類型"離子吸附型稀土礦"礦床類型，具備工業利用價值，它不僅可供工業開發，而且比傳統稀土礦床類型，具有更高的工業利用價值。第八，上述研究成果，為這種新類型的稀土資源的勘探和評價，提供了可靠的依據。
根據上述一系列的科研成果，908隊的后續工作，使701礦區很快地被確定為世界上最大型的高釔型離子型重稀土礦床，礦化面積達幾十平方公里，稀土配分中Y2O3含量高達64.97% ，實屬世界罕見。至此，20世紀60年代稀土軍工科技會戰的目標得以全面實現。隨著時間的流逝，至今，世界上還未發現比它更好的重稀土礦床。
之后，又陸續在江西尋烏、廣東平遠發現大型低釔富銪型"離子型"輕稀土礦床，在江西信豐發現中釔富銪型"離子型"稀土礦床。然后又在贛、粵、閩、湘、桂、滇、淅等南方諸省（區）先后發現大量的"離子型"稀土礦。
列為國家保護性開采礦種
鑒于我國特有的離子吸附型稀土礦，在工業與高科技發展中的特殊地位和作用，1991年國家將其列為實行保護性開采特定礦種礦產資源之一，國家對其實施保護性開采。規定禁止與外商合作、合資及外商獨資開采離子型稀土礦產；禁止個體（含聯戶）開采離子型稀土礦產；礦山產品開采總量實行指標控制。
第一代提取工藝--"池浸工藝"榮獲國家發明獎獎勵
1984年4月，有關單位在系統綜合十多年來圍繞新類型離子型稀土的發現、命名和第一代提取工藝（池浸工藝）發明等有關科技成果后，向國家呈報發明申報書 。隨后，根據上級要求，又將發明申報材料改為"離子吸附型稀土礦的發現及其洗提工藝"。1985年6月，國家向贛州有色冶金研究所、江西地質局908隊、江西大學正式授予"江西稀土洗提工藝"國家發明獎。
至此，由于我國對"離子吸附型稀土礦"一系列的科技攻關和地質勘探、評價工作的結果，使我國擁有了至今世界上仍然獨有的新型稀土資源礦種，尤其是擁有了大量的中、重稀土資源，足以與世界上任何國家相抗衡。因此，中國的新類型離子型稀土徹底地改寫了世界稀土礦產資源的歷史。
二、解開第一代提取工藝（池浸工藝）密碼
離子型稀土第一代提取工藝，可簡述為"異地提取工藝"，或歸結為"池浸工藝"。其主要工藝過程為：表土剝離→開挖含礦山體、搬運礦石→浸礦池→將按一定比例（濃度要求）配置的電解質溶液作為"洗提劑"或"浸礦劑"，加入浸礦池，溶液對池中含"離子相"稀土礦石進行"滲濾洗提"或"淋洗" →溶液中活潑離子與稀土離子交換，"離子相"稀土從含礦載體礦物中交換出來，成為新狀態稀土；加入"頂水"，獲含稀土母液；母液經管道或輸液溝流入集液池或母液池，然后進入沉淀池；浸礦后廢渣從浸礦池中清出，異地排放→在沉淀池中加入沉淀劑、除雜劑，使稀土母液中稀土除雜、沉淀，獲混合稀土；池中上清液經處理后，返回浸礦池，作"洗提劑"循環使用→混合稀土經灼燒，獲純度≥92%的混合稀土氧化物。由上可見，本工藝過程中的技術關鍵詞是："表土剝離"、"開挖含礦山體"、"礦石搬運"、"浸礦池"、"洗提劑"、"異地滲濾洗提"、"離子交換"、"含稀土母液"、"尾砂異地排放"、"母液池"、"沉淀池"、"沉淀劑、除雜劑"、"沉淀、除雜"、"混合稀土"、"上清液返回"、"灼燒"、"REO≥92%混合稀土氧化物"。
"池浸工藝"與傳統的生產工藝相比較，其第一、二、三道工序過程相似于礦產資源開采中傳統的采礦專業的各作業工序；第三、四、五道工序過程相似于傳統選礦專業和濕法冶金專業相結合的各作業工序；自第五道工序過程以后的各工序，屬于傳統濕法冶金專業的各作業工序。其中，第三道工序中的"浸礦池"，起著聯系傳統采礦、選礦專業作業的作用，類似于礦山選廠的"原礦侖"；而第五道工序中的"沉淀池"，卻起著聯系傳統選礦、濕法冶金專業作業的作用，類似于濕法冶金企業的"原料侖"。
由此，相似于傳統選礦專業的主要選別過程，是在"浸礦池"中完成，而且作為本工藝的中間制品，在此獲得含稀土的母液；而屬于傳統濕法冶金專業的典型濕法冶金過程，則主要在"沉淀池"中進行，并由此獲得"稀土精礦"的初級產品--"混合稀土"；再經灼燒處理后即可獲得"稀土精礦"終級產品--REO≥92%的混合稀土氧化物。
進而言之，上述作業過程中，先后在三個典型的作業過程中，分別獲得了"中間制品"、"初級產品"和"終級產品"。亦即，在"浸礦池"中，通過離子交換，制得含稀土的母液；在"沉淀池"中，通過沉淀，制得混合稀土；在"灼燒"中，制得混合稀土氧化物。因此，為了確保離子型稀土的產品質量，主要應從這三個關鍵性作業過程中把好技術關。
在此工藝中，所獲得的"稀土精礦"產品，已不再是傳統概念中的"稀土精礦"礦產品，而是純度相對較高的"混合稀土氧化物"產品。嚴格地說，離子型稀土礦山獲得的終級產品，已不再從屬于"礦產品"，而是濕法冶金范疇的產品。顯然，其產品檔次，比傳統礦山開采的產品，已大大地提高了一步。
以上工藝流程結構，是稀土礦產資源開發利用中一種嶄新的工藝。它徹底打破了稀土資源開發的傳統工藝，而將多種專業和工藝集于一體，在礦山就直接制得純度較高的混合稀土氧化物產品。應用這種生產工藝，而生產的產品質量指標，是此前稀土生產工藝難以達到的。可見，以這種產品作為原料，對于稀土冶煉的進一步深加工是十分有利的。
然而，世間任何事物往往都具有"兩重性"。離子型稀土擁有非常突出的優勢的一面，同時又由于它的賦存特征和工藝特征，而決定了它不令人滿意的另一面。伴隨著"池浸工藝"工業化生產后，導致出現一些非常尖銳和突出的問題：一是對生態環境破壞大。由于離子型稀土廣泛賦存于地表淺層，展布面積大，再加上"池浸工藝"本身要求，該生產工藝實際上是一個"搬山運動"。據統計，每生產一噸混合稀土氧化物，約需消耗1,201-2,001噸礦石，同時還將伴隨產生尾砂1,200-2,000噸，砂化面積約1畝。二是資源利用率低，資源浪費大。為便于礦石的采、運以及尾砂的排放，降低成本，節省投資，許多礦山的"浸礦池"建在山坡礦體的中下部，"浸礦池"以下的含礦礦體，被所建生產系統"壓礦"，尤其是如若被尾砂覆蓋后，則更難于開采。據資料，該工藝表內資源利用率一般不達50%，低者僅25-30%左右。
面對以上存在的突出問題，科技工作者在思索：如何既做到合理開發利用資源，又可維護生態環境，防止和避免大范圍的荒漠化，真正走出一條可持續發展之道路？或者說，能否做到既安全有效地開采出稀土，又能避免大規模的"搬山運動"？于是，研究開發新的工藝代替舊的工藝，已刻不容緩。
