CN102876883A - 一种含铁稀土矿物的一步焙烧还原-分解方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于含铁稀土矿物冶金领域，具体涉及一种含铁稀土矿物的一步焙烧还原-分解方法。本发明的步骤是：将含铁稀土矿物与碳、碱金属氧化物或碱金属氢氧化物或碱土金属氧化物或碱土金属氢氧化物其中的一种或两种的混合物、碱金属氯化物或碱土金属氯化物其中的一种或两种的混合物，按比例混匀成混合物，将混合物置于焙烧炉内焙烧，焙烧后的混合物在0.02~1.0T下磁选分离，获得品位为50%~70%的铁精矿和稀土氧化物重量含量为5%~10%的磁选尾矿。本发明通过一步焙烧将铁还原同时分解稀土矿物，焙烧后原矿物中的铁转变为四氧化三铁、氧化亚铁或金属铁，稀土转变为稀土氧化物，氟化钙和碳酸钙转变为氟磷酸钙，避免了强磁选矿过程稀土矿物的损失，减少了矿物处理的流程。

Description

一种含铁稀土矿物的一步焙烧还原-分解方法
技术领域
本发明属于含铁稀土矿物冶金领域，具体涉及一种含铁稀土矿物的一步焙烧还原-分解方法。
背景技术
含铁稀土矿物包括如白云鄂博矿（又称包头矿）、包头稀土尾矿、包头弱磁尾矿、包头铁尾矿、含稀土高炉渣和稀土合金渣等，上述矿物因成分复杂，有价元素富集率低，无法直接冶炼生产铁或稀土产品，采用弱磁选矿无法分离其中的铁和稀土矿物，而采用强磁选矿稀土则随铁矿物一同被选出损失较大，其它选矿方法也均无明显效果。
另外，目前的稀土精矿硫酸分解过程所产生的含氟、硫废气和高氨氮及高盐碱废水以末端治理方式加以处理，成本较高，难以彻底治理，因此亟待解决的问题是如何避免含铁稀土矿物磁选过程中稀土的损失，同时充分分离和提取矿物中的铁、稀土、氟、磷等有价元素。
为了实现含铁稀土矿物中铁的分离，内蒙古科技大学李保卫等人采用微波磁化焙烧的方法将包头矿中的三氧化二铁还原为四氧化三铁，以增加铁矿相的磁性，从而达到在弱磁选矿过程中分离铁矿相与稀土矿相的目的；另东北大学韩跃新等人采用高温深度还原的方法将铁矿物还原为金属铁，同样可以达到弱磁选矿分离铁与稀土矿物的目的。然而采用上述方法在焙烧过程中于650℃及更高的温度下，稀土矿物中的氟（氟碳铈矿）和磷（稀土磷酸盐）被分解释放出HF和磷化合物会污染环境同时浪费氟、磷资源。
为了避免产生稀土精矿硫酸高温分解过程产生的含氟、硫废气等问题，学者们研发了氢氧化钠分解法、氧化钙分解法和碳酸钠分解法等，但上述方法中使用的稀土精矿均是通过强磁选矿后获得，此时已造成稀土进入尾矿坝而损失的情况，因此上述新分解方法仍无法避免稀土在选矿过程的损失。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种含铁稀土矿物的一步焙烧还原-分解方法，能够实现矿物中铁的磁化转化、稀土矿的分解以及铁与稀土矿相的分离，这避免了矿物的二次焙烧以及氟、硫废气的产生。
实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行：
将含铁稀土矿物与碳、碱金属氧化物或碱金属氢氧化物或碱土金属氧化物或碱土金属氢氧化物其中的一种或两种的混合物、碱金属氯化物或碱土金属氯化物其中的一种或两种的混合物，按重量比100:(3~30):(1.5~30):(0~20)比例混匀，形成混合物，将焙烧炉升温至550~1300℃，将上述混合物置于焙烧炉内焙烧10 ~120分钟；
将焙烧后的混合物在0.02~1.0T磁场强度下磁选分离，获得品位为50%~70%的铁精矿，及稀土氧化物重量含量为5%~10%的磁选尾矿。
其中，所述的碱金属为钠或钾，碱土金属元素为镁或钙。
与现有技术相比，本发明的特点和有效果是：
（1）本发明方法通过一步焙烧即可将含铁稀土矿中的铁还原同时分解稀土矿物，焙烧后的矿物中的铁转变为四氧化三铁、氧化亚铁或金属铁，稀土转变为稀土氧化物，其中稀土氧化物的转化率达到90%~98%，氟化钙和碳酸钙转变为氟磷酸钙，避免了强磁选矿过程稀土矿物的损失，减少了矿物处理的流程；
其中涉及到的反应方程式包括：
Fe2O3+C=Fe3O4+CO；
Fe2O3+C=FeO+CO；
Fe2O3+C=Fe+CO；
REFCO3+Ca(OH)2=RE2O3+CaF2+H2O+CO2；
REPO4+Ca(OH)2+CaF2=RE2O3+Ca5F(PO4)3+H2O；
REFCO3+CaO=RE2O3+CaF2+CO2；
REPO4+CaO+CaF2=RE2O3+Ca5F(PO4)3；
REPO4+CaCO3+CaF2=RE2O3+Ca5F(PO4)3+CO2；
上式中Ca还可以为K、Na、Mg；
（2）焙烧过程中矿物中的氟和磷生成氟磷酸钙，避免了排入空气污染环境，且稀土矿物分解与硫酸分解方法相比无含硫废气产生；
（3）焙烧矿物经强磁选铁后，稀土实现富集，可采用发明专利ZL200610047937.X（将稀土元素与氟磷酸钙、氯磷酸钙和磷酸钙分离的方法）和ZL200710158855.7（一种酸性萃取剂络合萃取分离稀土元素的方法）所述的方法有效回收稀土、磷氟等有价元素。
具体实施方式
本发明实施例采用的焙烧炉是YZ-1433型回转窑，磁选设备采用CTB6012型磁选机；
本实施例中所用的碱金属氧化物、碱金属氢氧化物、碱土金属氧化物、碱土金属氢氧化物、碱金属氯化物、碱土金属氯化物为市售化学试剂。
本发明实施例中对于获得精铁矿的分析方法是:磁选获得的铁精矿检测矿物中全铁的质量含量，并定义为铁精矿的品位。获得稀土富集物中稀土氧化物以REO计，其含量采用ICPS-8100型ICP发射光谱仪测试仪测试样品中的稀土元素含量，从而计算获得REO的含量。
实施例采用的含铁稀土矿物包括：白云鄂博矿、包头稀土尾矿、包头弱磁尾矿和稀土合金渣，上述矿物的成份如下表所示：
表1白云鄂博矿主要成分表/wt%
元素 REO TFe F CaO P SiO2 MgO 其它
白云鄂博矿 4.6 42.8 7.34 14.85 0.86 10.76 3.56 15.23
表2包头稀土尾矿主要成分表/wt%
元素 REO TFe F CaO P SiO2 MgO 其它
包头稀土尾矿 3.80 19.6 12.85 25.95 1.01 17.34 3.19 16.26
表3包头弱磁尾矿主要成分表wt%
元素 REO TFe F CaO P SiO2 MgO 其它
包头弱磁尾矿 4.66 37.83 12.04 17.58 1.2 22.9 2.4 1.39
表4稀土合金渣主要成分表/wt%
元素 REO TFe P2O5 CaO SiO2 MgO 其它
含稀土高炉渣 6.7 12.6 1.43 58.5 18.4 0.86 1.51
下面结合实施例对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例。
实施例1
将白云鄂博矿与碳、氧化钙、氯化钠按重量比100: 30:15:5混匀，形成混合物，将焙烧炉升温至550℃，将上述混合物置于焙烧炉内焙烧120分钟；
将焙烧后的混合物在0.12T磁场强度下磁选分离，将含铁矿物与其他物相分离，获得品位为50%的铁精矿，及稀土氧化物重量含量为10%的磁选尾矿。
焙烧后白云鄂博矿中的铁由三氧化二铁转变为四氧化三铁，矿物中的稀土由独居石矿和氟碳铈矿转变为稀土氧化物，稀土氧化物的转化率为90%，矿物中的钙由氟化钙和碳酸钙转变为氟磷酸钙。
实施例2
将包头稀土尾矿与碳、氧化镁和氢氧化钙、氯化钙按重量比100:10:5:20比例混匀，形成混合物，将焙烧炉升温至600℃，将上述混合物置于焙烧炉内焙烧100分钟；
将焙烧后的混合物在0.5T磁场强度下磁选分离，将含铁矿物与其他物相分离，获得品位为68%的铁精矿，及稀土氧化物重量含量为5%的磁选尾矿。
其中氧化镁和氢氧化钙的重量比是2:1。
焙烧后包头稀土尾矿中的铁由三氧化二铁转变为四氧化三铁，矿物中稀土由独居石矿和氟碳铈矿转变为稀土氧化物，稀土氧化物的转化率为93%，矿物中的钙由氟化钙和碳酸钙转变为氟磷酸钙。
实施例3
将包头弱磁尾矿与碳、氧化镁和氢氧化钙按重量比100:3:30混匀，形成混合物，将焙烧炉升温至800℃，将上述混合物置于焙烧炉内焙烧90分钟；
将焙烧后的混合物在0.25T磁场强度下磁选分离，将含铁矿物与其他物相分离，获得品位为60%的铁精矿，及稀土氧化物重量含量为8%的磁选尾矿。
其中氧化镁和氢氧化钙的重量比是1:2。
焙烧后包头弱磁尾矿中的铁由三氧化二铁转变为四氧化三铁和氧化亚铁，矿物中稀土由独居石矿和氟碳铈矿转变为稀土氧化物，稀土氧化物的转化率为94%，矿物中的钙由氟化钙和碳酸钙转变为氟磷酸钙。
实施例4
将包头弱磁尾矿与碳、氢氧化钙和氢氧化钠按重量比100:20:10混匀，形成混合物，将焙烧炉升温至1000℃，将上述混合物置于焙烧炉内焙烧60分钟； 
将焙烧后的混合物在0.02T磁场强度下磁选分离，将含铁矿物与其他物相分离，获得品位为65%的铁精矿，及稀土氧化物重量含量为10%的磁选尾矿。
其中氢氧化钙和氢氧化钠的重量比为3:1。
焙烧后包头铁尾矿中的铁由三氧化二铁转变为氧化亚铁和金属铁，矿物中稀土由独居石矿和氟碳铈矿转变为稀土氧化物，稀土氧化物的转化率为93%，矿物中的钙由氟化钙和碳酸钙转变为氟磷酸钙。
实施例5
将包头弱磁尾矿与碳、氢氧化钠和氢氧化镁按重量比100:8:1.5比例混匀，形成混合物，将焙烧炉升温至1300℃，将上述混合物置于焙烧炉内焙烧10分钟；
将焙烧后的混合物在1.0T磁场强度下磁选分离，将含铁矿物与其他物相分离，获得品位为70%的铁精矿，及稀土氧化物重量含量为6%的磁选尾矿。
其中，氢氧化钠和氢氧化镁的重量比为1:1。
焙烧后含稀土高炉渣中铁由三氧化二铁转变为金属铁，矿物中稀土由独居石矿和氟碳铈矿转变为稀土氧化物，稀土氧化物的转化率为98%，矿物中的钙由氟化钙和碳酸钙转变为氟磷酸钙。
 
实施例6
将稀土合金渣与碳、氧化钾和氢氧化钠按重量比100:15:8混匀，形成混合物，将焙烧炉升温至1200℃，将上述混合物置于焙烧炉内焙烧20分钟；
焙烧后的混合物在0.15T磁场强度下磁选分离，将含铁矿物与其他物相分离，获得品位为65%的铁精矿，及稀土氧化物重量含量为7%的磁选尾矿。
其中氧化钾和氢氧化钠的重量比为1:5。
焙烧后稀土合金渣中的铁由三氧化二铁转变为金属铁，矿物中稀土由独居石矿和氟碳铈矿转变为稀土氧化物，稀土氧化物的转化率92%，矿物中的钙由氟化钙和碳酸钙转变为氟磷酸钙。

Claims (2)

1.一种含铁稀土矿物的一步焙烧还原-分解方法，其特征在于按照以下步骤进行：
将含铁稀土矿物与碳、碱金属氧化物或碱金属氢氧化物或碱土金属氧化物或碱土金属氢氧化物其中的一种或两种的混合物、碱金属氯化物或碱土金属氯化物其中的一种或两种的混合物，按重量比100:(3~30):(1.5~30):(0~20)比例混匀，形成混合物，将焙烧炉升温至550~1300℃，将上述混合物置于焙烧炉内焙烧10 ~120分钟；
将焙烧后的混合物在0.02~1.0T磁场强度下磁选分离，获得品位为50%~70%的铁精矿，及稀土氧化物重量含量为5%~10%的磁选尾矿。
2.根据权利要求1所述的一种含铁稀土矿物的一步焙烧还原-分解方法，其特征在于所述的碱金属元素是钠或钾，碱土金属元素是镁或钙。
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