DE102014212908A1

DE102014212908A1 - Process for the thermal decomposition of a rare earth ore concentrate

Info

Publication number: DE102014212908A1
Application number: DE102014212908.7A
Authority: DE
Inventors: Karl Bernhard Friedrich; Marc Hanebuth; Stephanie Kruse; Alexander Tremel; Daniel Voßenkaul
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2016-01-07
Also published as: WO2016001045A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Zersetzung eines Seltenerd-Erzkonzentrats, dadurch gekennzeichnet, dass das Seltenerderz-Konzentrat (2) in einen Wirbelbettreaktor (4) gebracht wird und dort thermisch zersetzt wird und Produkte aus der thermischen Zersetzung kontinuierlich aus dem Wirbelbettreaktor (4) abgeführt werden.The invention relates to a process for the thermal decomposition of a rare earth ore concentrate, characterized in that the rare earth ore concentrate (2) is placed in a fluidized bed reactor (4) and thermally decomposed there, and products from the thermal decomposition are continuously removed from the fluidized bed reactor (4). be dissipated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Zersetzung eines Seltenerd-Erzkonzentrats nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a process for the thermal decomposition of a rare earth ore concentrate according to the preamble of patent claim 1.

In Seltenerd-haltigen Erzen liegen die seltenen Erden (Verbindungen der Seltenerdelemente) gebunden vor. Bei dem Mineral Bastnäsit liegen die Seltenerdelemente gebunden in Fluorcarbonaten vor. Diese lassen sich nur schwer auf direktem Weg hydrometallurgisch verarbeiten, weswegen sie thermisch zersetzt werden. Hierbei wird unter oxidierenden Bedingungen das Carbonat zersetzt und dabei Kohlendioxid abgespalten, wobei das Seltenerdelemention, beispielsweise das Cer von der Oxidationsstufe +3 auf die Oxidationsstufe +4 aufoxidiert wird. Dieses lässt sich anschließend hydrometallurgisch abtrennen, da es im Gegensatz zum dreiwertigen Oxid eine geringere Löslichkeit besitzt. The rare earths (compounds of the rare earth elements) are bound in rare earth-containing ores. In the case of the mineral bastnaesite, the rare earth elements are bound in fluorocarbonates. These are difficult to hydrometallurgically process directly, which is why they are thermally decomposed. Here, the carbonate is decomposed under oxidizing conditions and thereby split off carbon dioxide, wherein the rare earth element, for example, the cerium is oxidized from the oxidation state +3 to the oxidation state +4. This can then be separated hydrometallurgically, since it has a lower solubility in contrast to the trivalent oxide.

Ähnliches gilt auch für phosphathaltige Seltenerdminerale, wie das Monazit, aus dem ebenfalls in größerem Umfang Seltenerdelemente gewonnen werden. The same applies to phosphate-containing rare earth minerals, such as monazite, from which rare earth elements are also obtained on a larger scale.

Konzentrate dieser Mineralien, wie beispielsweise das Bastnäsitkonzentrat, werden im Stand der Technik in der Regel mit Schwefelsäure beaufschlagt und dann in einem Drehrohrofen bei Temperaturen zwischen 500°C und 700°C thermisch zu Seltenerdsulfaten umgesetzt oder über eine reine thermische Behandlung (also ohne Zusatz von Schwefelsäure) in Oxide umgewandelt. Bei der rein thermischen Spaltung von Bastnäsit kommen entweder ebenfalls Drehrohröfen oder Etagenöfen zum Einsatz, welche sich durch einen sehr hohen Energiebedarf auszeichnen. Ferner sind derartige Öfen aufgrund ihrer rotierenden Teile bei den sehr hohen Temperaturen besonders verschleißanfällig. Concentrates of these minerals, such as Bastnäsitkonzentrat, are applied in the art usually with sulfuric acid and then reacted in a rotary kiln at temperatures between 500 ° C and 700 ° C thermally to rare earth sulfates or a pure thermal treatment (ie without the addition of Sulfuric acid) converted into oxides. In the purely thermal splitting of Bastnäsit either also rotary kilns or deck ovens are used, which are characterized by a very high energy demand. Furthermore, such ovens are particularly susceptible to wear due to their rotating parts at very high temperatures.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur thermischen Zersetzung von Seltenerd-Erzkonzentraten bereitzustellen, das gegenüber dem Stand der Technik wartungsärmer und energieeffizienter ist. The object of the invention is to provide a method for thermal decomposition of rare earth ore concentrates, which is less expensive and more energy efficient compared to the prior art.

Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. The solution of the problem consists in a method with the features of claim 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Patentanspruch 1 dient zur thermischen Zersetzung eines Seltenerd-Erzkonzentrats. Hierbei sind seltene Erden, wie bereits erwähnt, Verbindungen der Seltenerdmetalle, wobei unter den Seltenerdmetallen die Metalle verstanden werden, die in der Chemie gemeinhin als Lanthanoide bezeichnet werden (hier sei wegen der chemischen Verwandtschaft das Yttrium und das Scandium ebenfalls unter dem Begriff Seltenerdmetalle verstanden). Hierbei sind das Lanthan, das Yttrium und das Scandium zu dieser Gruppe hinzuzuzählen. Diese seltenen Erden liegen fein verteilt in Mineralien wie dem Bastnäsit oder dem Monazit vor. Um diese in den benannten Mineralien fein verteilten vorliegenden seltenen Erden zu konzentrieren, werden gemeinhin physikalische Verfahren wie beispielsweise das Flotationsverfahren verwendet. Im Weiteren wird hier unter dem Begriff Seltenerd-Erzkonzentrat ein bereits aus dem Muttererz wie dem Bastnäsit an Seltenen Erden vorkonzentriertes Konzentrat verstanden. In diesen Seltenerd-Erzkonzentraten (im Weiteren SE-Konzentrat genannt) liegen Verbindungen der Seltenerdelemente in gemischter Form vor. Die Konzentration der einzelnen Seltenerdelemente in den SE-Konzentraten ist je nach Erz und Abbaugebiet unterschiedlich. The inventive method according to claim 1 is used for the thermal decomposition of a rare earth ore concentrate. Here, rare earths are, as already mentioned, compounds of rare earth metals, among the rare earth metals are understood to mean the metals commonly referred to in the chemistry as lanthanides (here, because of the chemical relationship, yttrium and scandium are also understood by the term rare earth metals) , Here, the lanthanum, the yttrium and the scandium are to be added to this group. These rare earths are finely distributed in minerals such as bastnasite or monazite. To concentrate these rare earths finely distributed in the designated minerals, physical methods such as the flotation method are commonly used. Furthermore, here the term rare earth ore concentrate is understood to mean a concentrate which has already been preconcentrated from maternal ore, such as the bastnaesite on rare earths. In these rare earth ore concentrates (hereinafter called SE concentrate) are compounds of rare earth elements in mixed form. The concentration of the individual rare earth elements in the SE concentrates differs depending on the ore and the mining area.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die SE-Konzentrate in einen Wirbelbettreaktor gebracht werden und dort thermisch zersetzt werden, wobei die Produkte aus dieser thermischen Zersetzung kontinuierlich aus dem Wirbelbettreaktor abgeführt werden. Der im Stand der Technik übliche Drehrohrofen wird erfindungsgemäß durch einen Wirbelbettreaktor ersetzt, was dazu führt, dass auch auf verschleißanfällige und wartungsintensive rotierende Teile im thermischen Zersetzungsverfahren verzichtet werden kann und gleichzeitig ein kontinuierliches Verfahren zum Einsatz kommen kann, das gegenüber dem herkömmlichen Drehrohrofen deutlich energieeffizienter ist. The invention is characterized in that the SE concentrates are placed in a fluidized-bed reactor and thermally decomposed there, the products being continuously removed from this thermal decomposition from the fluidized-bed reactor. The conventional in the art rotary kiln is replaced according to the invention by a fluidized bed reactor, which means that can be dispensed wear-prone and maintenance-intensive rotating parts in thermal decomposition and at the same time a continuous process can be used, which is much more energy efficient compared to the conventional rotary kiln ,

Die festen Produkte, die kontinuierlich aus dem Wirbelbettreaktor abgeführt werden, werden entweder in einem Filter oder in einem Zyklon abgetrennt. The solid products, which are continuously removed from the fluidized bed reactor, are separated either in a filter or in a cyclone.

Es ist zweckmäßig, dass die SE-Konzentrate vor dem Umsetzen im Wirbelbettreaktor mit Additiven in Form von Oxiden oder Hydroxiden von Alkali- oder Erdalkalimetallen versetzt werden. Die Zugabe dieser Additive führt in der Regel zu einem aus thermodynamischen Gründen günstigeren Aufschluss der SE-Konzentrate, so dass effektiv niedrigere Temperaturen, verglichen mit der Situation ohne Additive, für den Umsatz nötig sind. It is expedient that the SE concentrates are mixed with additives in the form of oxides or hydroxides of alkali metals or alkaline earth metals before they are reacted in the fluidized-bed reactor. The addition of these additives usually leads to a more favorable thermodynamic reasons digestion of the SE concentrates, so that effectively lower temperatures, compared to the situation without additives, are required for the conversion.

Dabei ist es zweckmäßig, dass die SE-Konzentrate mit den Additiven zusammen verpresst werden, damit die Additive möglichst nahe an den SE-Konzentraten vorliegen und mit diesen bereits mikroskopisch aneinander angrenzen. Hierbei kann es auch zweckmäßig sein, dass statt eines Verpressens beziehungsweise neben eines Verpressens der SE-Konzentrate mit den Additiven eine thermische Vorbehandlung dieser Mischung stattfindet, sodass die Additive (beispielsweise bei niedrigschmelzenden Hydroxiden) aufschmelzen und sich geschmolzen um die SE-Konzentrate herum legen. Ferner können die Additive insbesondere in Form von Oxiden mit den SE-Konzentraten eine sinterförmige Verbindung, die auf Diffusionsprozessen basiert, eingehen. It is expedient that the SE concentrates are pressed together with the additives so that the additives are as close as possible to the SE concentrates and adjoin them already microscopically. In this case, it may also be expedient that, instead of pressing or in addition to compressing the SE concentrates with the additives, thermal pretreatment of this mixture takes place so that the additives melt (for example with low-melting hydroxides) and melt around the SE concentrates. Furthermore, the additives may be in particular in the form of oxides with the SE concentrates a sintered compound based on diffusion processes, enter.

Im Weiteren seien hierzu zwei Beispielreaktionen genannt. Im Falle eines phosphorhaltigen Minerals als Ausgangsstoff für die SE-Konzentrate, wie beispielsweise Monazit, läuft eine exemplarische Reaktion wie folgt ab: 2SEPO₄ + 3CaO = SE₂O₃ + Ca₃(PO₄)₂ GL1 In addition, two example reactions are mentioned below. In the case of a phosphorus-containing mineral as the starting material for the SE concentrates, such as monazite, an exemplary reaction proceeds as follows: 2SEPO ₄ + 3CaO = SE ₂ O ₃ + Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ GL1

Bei einem carbonathaltigen Mineral als Ausgangsstoff der SE-Konzentrate, wie beispielsweise dem Bastnäsit, läuft exemplarisch folgende Reaktion ab: CaO + 2SEF(CO₃) = SE₂O₃ + CaF₂ + CO₂ GL2 wobei SE jeweils für ein beliebiges Seltenerd-Element steht. Neben der Zugabe von Additiven können auch noch kohlenstoffhaltige Brennstoffe zur Steigerung der Umsetzungstemperatur zugeführt werden. Hierbei sei insbesondere Schweröl genannt, das insbesondere schwefelhaltig ist. Auch die Zugabe von Schwefel in elementarer Form oder in einer Verbindung kann der SE-Konzentration zugeführt werden, dies führt dazu, dass bei der thermischen Zersetzung der SE-Konzentrate wenig oder kaum Seltenerdoxide entstehen, sondern vielmehr Seltenerdsulfate oder, je nach Reaktionsführung, Seltenerdsulfite gebildet werden, welche besser löslich sind, als die Oxide. Hierdurch wird die weitere Verarbeitung und Trennung der Seltenerdelemente von anderen Elementen erleichtert. In the case of a carbonate-containing mineral as the starting material of the SE concentrates, such as, for example, the bastnaesite, the following reaction proceeds by way of example: CaO + 2SEF (CO ₃ ) = SE ₂ O ₃ + CaF ₂ + CO ₂ GL2 where each SE stands for any rare earth element. In addition to the addition of additives, carbon-containing fuels can also be added to increase the reaction temperature. In this case, particular mention should be made of heavy oil, which in particular contains sulfur. The addition of sulfur in elemental form or in a compound can be fed to the SE concentration, this means that little or hardly rare earth oxides are formed in the thermal decomposition of the SE concentrates, but rather rare earth sulfates or, depending on the reaction, formed rare earth sulfites which are more soluble than the oxides. This facilitates the further processing and separation of the rare earth elements from other elements.

In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Wirbelbettreaktor derart ausgestaltet, dass er sich nach oben hin bevorzugt konisch ausweitet, was dazu führt, dass nur kleinere und bei der beschriebenen Reaktionsführung bereits reagierte Partikel den Wirbelbettreaktor verlassen. Zudem wird durch die konische Form die Verweilzeit erhöht, wodurch die Partikel ausreichend Zeit haben zu reagieren In a further embodiment of the invention, the fluidized bed reactor is designed such that it preferably widens conically towards the top, which means that only small particles that have already reacted in the described reaction regime leave the fluidized-bed reactor. In addition, the conical shape increases the residence time, as a result of which the particles have sufficient time to react

Weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung und weitere Merkmale werden anhand der folgenden Figuren näher beschrieben. Further embodiments of the invention and further features will be described with reference to the following figures.

Dabei zeigen: Showing:

1 ein Verfahren zur Trennung von Seltenerdkonzentraten unter Verwendung eines Wirbelbettreaktors mit einem angegliederten Zyklon und Partikelrückführung, und 1 a process for separation of rare earth concentrates using a fluidized bed reactor having an attached cyclone and particle recycle, and

2 einen Wirbelbettreaktor zur Anwendung des gleichen Verfahrens, der sich nach oben konisch erweitert und an dem ein Filter angeschlossen ist. 2 a fluidized bed reactor for the application of the same method, which widens conically upwards and to which a filter is connected.

Sowohl in 1 als auch in 2 wird die Anwendung eines Wirbelbettreaktors 4 zur Zersetzung von SE-Konzentraten 2 gezeigt. Vorrichtungsmerkmale oder Verfahrensmerkmale, die dieselbe Bezeichnung und dieselbe Bedeutung, jedoch unterschiedliche Ausgestaltungsformen in den beiden Beispielen gemäß 1 und 2 haben, werden mit demselben Bezugszeichen, jedoch mit einem angehängten ‘ versehen. As well in 1 as well as in 2 becomes the application of a fluidized bed reactor 4 for the decomposition of SE concentrates 2 shown. Device features or process features, the same name and the same meaning, but different embodiments in the two examples according to 1 and 2 have the same reference number but with an appended '.

Im Mittelpunkt des beschriebenen Verfahrens steht ein Wirbelbettreaktor 2, in dem über eine Chargiervorrichtung 24 kontinuierlich ein SE-Konzentrat zugeführt wird. Das SE-Konzentrat 2 befindet sich dabei zunächst in einem Wirbelbett 5. Durch eine Primärluftzuführung 8 wird Luft oder Verbrennungsgas mit einer bevorzugten Temperatur zwischen 10°C und 800°C zugeführt. Das Wirbelbett 5 weist einen hier nicht dargestellte Fluidisierungseinheit auf, durch den die Primärluft 8 durchströmen kann. Üblicherweise ist die Fluidisierungseinheit, die auch als Anströmboden bezeichnet wird, zu 90% bis 97% mit dem SE-Konzentrat bedeckt, sodass 3% bis 10% der Fläche frei bleiben kann, durch die die Primärluft 8 durchströmen kann. Zur Erhitzung der Primärluft 8 dienen hier ebenfalls nicht dargestellte Brenner am Boden des Wirbelbettreaktors 4. Zudem kann eine weitere separate Luftzufuhr 14 vorgesehen sein. Alternativ kann auch ein heißes Abgas einer extern stattfindenden Verbrennung als Luftzufuhr dienen. Die Regelung dieser Luftzufuhr beziehungsweise Gaszufuhr bestimmt die Anströmgeschwindigkeit der Fluidisierungseinheit. Wird der Wirbelpunkt, d.h. eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit, überschritten, kommt es zur Fluidisierung des Materials, also des SE-Konzentrats 2. Das heißt, es bildet sich eine sogenannte Wirbelschicht aus. Ein Wirbelpunkt ist erreicht, wenn Reibungs- und Auftriebskräfte mit der Gewichtskraft der einzelnen Partikel im Gleichgewicht stehen. Das SE-Konzentrat 2 zeichnet sich durch Feinkörnigkeit aus, wobei die Partikel idealerweise kugelförmig ausgebildet sind. Eine Partikelgröße liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 10 µm und 5 mm, bevorzugt zwischen 50 µm und 1 mm, kennzeichnet sich jedoch durch eine bevorzugt weitgehende einheitliche Größe aus. At the center of the process described is a fluidized bed reactor 2 in which have a charging device 24 continuously a SE concentrate is supplied. The SE concentrate 2 is initially located in a fluidized bed 5 , By a primary air supply 8th Air or combustion gas at a preferred temperature between 10 ° C and 800 ° C is supplied. The fluidized bed 5 has a fluidization unit, not shown here, through which the primary air 8th can flow through. Typically, the fluidizing unit, also referred to as the inflow tray, is 90% to 97% covered with the SE concentrate, leaving 3% to 10% of the area free by which the primary air 8th can flow through. For heating the primary air 8th serve here also not shown burner at the bottom of the fluidized bed reactor 4 , In addition, another separate air supply 14 be provided. Alternatively, a hot exhaust gas of an externally occurring combustion can serve as an air supply. The regulation of this air supply or gas supply determines the flow velocity of the fluidization unit. If the fluidization point, ie a certain flow velocity, is exceeded, fluidization of the material, ie the SE concentrate, occurs 2 , That is, it forms a so-called fluidized bed. A vortex point is reached when friction and buoyancy forces are in equilibrium with the weight of the individual particles. The SE concentrate 2 is characterized by fine grain, the particles are ideally spherical. A particle size is preferably in a range between 10 .mu.m and 5 mm, preferably between 50 .mu.m and 1 mm, but is characterized by a preferably largely uniform size.

Das sogenannte Bettmaterial besteht bevorzugt aus den Reaktionsedukten, nämlich entweder allein aus dem SE-Konzentrat beziehungsweise einer Mischung des SE-Konzentrats und Additiven, wobei dann die SE-Konzentrate direkt in der erforderlichen Partikelgröße vorliegen sollten, um fluidisiert zu werden. Alternativ ist es auch möglich, das Wirbelbett 5 aus einem homogenen inerten Bettmaterial, wie zum Beispiel Sand, zu bilden. In diesem Bettmaterial können nun auch Seltenerd-Erzkonzentrate mit einer breiteren Partikelgrößenverteilung eingebracht werden. The so-called bed material preferably consists of the reaction educts, namely either alone from the SE concentrate or a mixture of the SE concentrate and additives, in which case the SE concentrates should be present directly in the required particle size in order to be fluidized. Alternatively, it is also possible, the fluidized bed 5 from a homogeneous inert bed material, such as sand. In this bedding material, rare earth ore concentrates with a broader particle size distribution can now also be introduced.

Durch den Wärmeeintrag der Verbrennungsluft, die durch die Primärluftzufuhr 8 beziehungsweise 8‘ in 2 eingebracht wird und dem Luftsauerstoff wird das SE-Erzkonzentrat thermisch zersetzt. Die Gasfreisetzung erfolgt beispielsweise nach der Reaktion: 3SEF(CO₃) → SE₂O₃ + SEF₃ + 3CO₂ GL3 By the heat input of the combustion air, by the primary air supply 8th respectively 8th' in 2 is introduced and the oxygen in the air the SE ore concentrate is thermally decomposed. The gas release occurs, for example, after the reaction: 3SEF (CO ₃ ) → SE ₂ O ₃ + SEF ₃ + 3CO ₂ GL3

Die Reibung der Partikel in der Wirbelschicht führt zu einer Verringerung der Partikelgröße. Dadurch können die festen, staubförmigen Reaktionsprodukte größtenteils über den Abgasweg (als feiner Staub) zusammen mit gasförmigen Komponenten (beispielsweise CO₂) ausgetragen werden. Dies erfolgt durch die Öffnungen 20 beziehungsweise 20‘ in den in 1 beziehungsweise 2 dargestellten Wirbelbettreaktoren 4. The friction of the particles in the fluidized bed leads to a reduction of the particle size. As a result, the solid, dusty reaction products can largely be discharged via the exhaust gas path (as fine dust) together with gaseous components (for example CO ₂ ). This is done through the openings 20 respectively 20 ' in the in 1 respectively 2 shown fluidized bed reactors 4 ,

Die hier beschriebene Gleichung 3 entspricht einer Reaktion ohne Zugabe von Additiven. In einer vorteilhaften Weise können dem SE-Konzentrat Additive in Form von Oxiden oder Hydroxiden der Alkali- beziehungsweise Erdalkalimetalle zugefügt werden. Derartige Additive bewirken in der Regel eine begünstigte Reaktion mit den SE-Konzentraten, was den Gesamtenergieeintrag in das beschriebene Verfahren zur Umsetzung der SE-Erzkonzentrate verringert. Entsprechende beispielhafte Gleichungen sind bereits bezüglich Gleichung 1 und Gleichung 2 gegeben. Equation 3 described here corresponds to a reaction without the addition of additives. In an advantageous manner, additives in the form of oxides or hydroxides of the alkali or alkaline earth metals can be added to the SE concentrate. Such additives generally cause a favored reaction with the SE concentrates, which reduces the total energy input into the described process for the conversion of the SE ore concentrates. Corresponding exemplary equations are already given with respect to equation 1 and equation 2.

Gasförmige und feste Produkte werden kontinuierlich aus dem Wirbelbett ausgetragen. Bei festen Produkten wird der Effekt ausgenutzt, dass die Partikel wegen der Reibung innerhalb des Wirbelbetts 5 bei hinreichend langer Verweilzeit fein verrieben sind und dann als Flugstaub ausgetragen werden. Die festen Produkte werden daraufhin zweckmäßigerweise in einem Filter (2) oder in einem Zyklon (1) von der Gasphase getrennt, wobei das verbleibende Abgas einer Nachbehandlung zugeführt wird. Diese wird zweckmäßigerweise durch eine nicht dargestellte Gaswäsche mit einer basischen Waschlösung durchgeführt. Dass das Abgas kontinuierlich abgezogen wird, bewirkt in Kombination mit einer kontinuierlichen Chargierung an SE-Konzentrat, dass die Reaktion nicht aufgrund eines sich einstellenden Gleichgewichts zum Erliegen kommt. Eine kontinuierliche Reaktion ist grundsätzlich gegenüber einer chargengebundenen Reaktion von entscheidendem prozesstechnischem Vorteil, da dies pro Zeiteinheit eine höhere Durchsatzmenge erlaubt. Gaseous and solid products are continuously discharged from the fluidized bed. With solid products, the effect is exploited that the particles due to the friction within the fluidized bed 5 are finely triturated at a sufficiently long residence time and then discharged as flue dust. The solid products are then conveniently placed in a filter ( 2 ) or in a cyclone ( 1 ) separated from the gas phase, wherein the remaining exhaust gas is fed to a post-treatment. This is conveniently carried out by a gas scrubbing, not shown, with a basic washing solution. The fact that the exhaust gas is withdrawn continuously, in combination with a continuous charging of SE concentrate, causes the reaction not to stop due to an equilibrium that occurs. In principle, a continuous reaction is of decisive technical advantage over a batch-bound reaction, since this allows a higher throughput quantity per unit of time.

Bei dem Wirbelbettreaktor 4 gemäß 1 ist seitlich im Bereich des Wirbelbetts 5 eine Brennstoffzufuhr 10 vorgesehen, durch die zusätzlicher Brennstoff, wie beispielsweise Schweröl, zugeführt werden kann, um die Reaktionstemperatur zu beeinflussen, beziehungsweise insgesamt zu erhöhen. Grundsätzlich kann ein Brennstoff in Form von Kohle beziehungsweise Öl auch bereits dem Seltenerdkonzentrat beziehungsweise einer Mischung von Seltenerdkonzentrat und Additiven zugeführt werden. Die Zufuhr von Schwefel beziehungsweise schwefelhaltigen Verbindungen zu den Seltenerdkonzentraten, bevorzugt vor der Chargierung, führt dazu, dass bei der thermischen Zersetzung der SE-Konzentrate Seltenerdsulfite beziehungsweise Seltenerdsulfate gebildet werden, welche bezüglich einer Löslichkeit in gängigen Lösungsmitteln vorteilhaft gegenüber Seltenerdoxiden sind. In the fluidized bed reactor 4 according to 1 is laterally in the area of the fluidized bed 5 a fuel supply 10 provided by the additional fuel, such as heavy oil, can be supplied to affect the reaction temperature, or to increase overall. In principle, a fuel in the form of coal or oil can also already be supplied to the rare earth concentrate or to a mixture of rare earth concentrate and additives. The supply of sulfur or sulfur-containing compounds to the rare earth concentrates, preferably before charging, results in the thermal decomposition of the SE concentrates rare earth sulfites or rare earth sulfates are formed which are advantageous in terms of solubility in common solvents over rare earth oxides.

Um die Reaktionsfähigkeit der SE-Konzentrate bezüglich der erwähnten Additive zu erhöhen, ist es zweckmäßig, eine Mischung zwischen diesen beiden Stoffen herzustellen und einer thermischen Vorbehandlung zu unterziehen. Hierbei können je nach Temperaturführung je nach Art und Schmelztemperatur beziehungsweise Diffusionsverhalten des Additivs entweder sinterartige Verbindungen zwischen den SE-Konzentraten und den Additiven beziehungsweise Schmelzverbindungen zwischen den SE-Konzentraten und den Additiven ausgebildet werden. Diese enge Verbindung zwischen den beiden Komponenten fördert eine weitere Reaktion im Wirbelbettreaktor und führt zu einem gleichmäßigen und vollständigen Reaktionsablauf. In order to increase the reactivity of the SE concentrates with respect to the mentioned additives, it is expedient to prepare a mixture between these two substances and to subject them to a thermal pretreatment. Depending on the temperature, depending on the type and melting temperature or diffusion behavior of the additive, either sinter-like connections between the SE concentrates and the additives or melt connections between the SE concentrates and the additives can be formed. This close connection between the two components promotes a further reaction in the fluidized bed reactor and leads to a uniform and complete reaction sequence.

Im Weiteren soll noch näher auf die unterschiedlichen Bauweisen der Reaktoren 4 und 4‘ in 1 und 2 eingegangen werden. Bei dem Wirbelbettreaktor 4 gemäß 1 handelt es sich um einen Reaktor, der im Wesentlichen zylindrisch aufgebaut ist und im oberen Bereich einen Gas-/Feststoffauslass 20 aufweist, wobei das Gas und der Feststoff in einen Zyklon 6 übergeführt wird, in dem das Gas und der Feststoff voneinander abgetrennt werden. Bei dieser Bauweise werden feine und gröbere Partikel durch den Auslass 20 abgeschieden, wobei die gröberen Partikel über einen Siphon 18 aus dem Zyklon 6 wieder zurück ins Wirbelbett 5 gebracht werden. Feine, thermisch zersetzte Seltenerdpartikel, die in Form des gewünschten Seltenerdoxides oder -sulfites beziehungsweise -sulfates oder -fluorides vorliegen, werden über einen Auslass 16 einer Kühlung zugeführt und entsprechend der Seltenerdelementaufbereitung weiter verarbeitet. Weiterhin kann auch der Austrag von feinen Produktpartikeln mit dem Gasstrom 21 erfolgen. Die Abtrennung erfolgt dann wiederum durch einen Zyklon oder ein anderes Trennverfahren. In addition, we want to get even closer to the different construction methods of the reactors 4 and 4 ' in 1 and 2 To be received. In the fluidized bed reactor 4 according to 1 it is a reactor, which is constructed substantially cylindrical and at the top of a gas / Feststoffauslass 20 wherein the gas and the solid are in a cyclone 6 is transferred, in which the gas and the solid are separated from each other. In this construction, fine and coarser particles through the outlet 20 deposited, the coarser particles via a siphon 18 from the cyclone 6 back to the fluid bed 5 to be brought. Fine, thermally decomposed rare earth particles, which are in the form of the desired rare earth oxide or sulfite or sulfite or fluoride, are passed through an outlet 16 supplied to a cooling and further processed according to the rare earth element preparation. Furthermore, the discharge of fine product particles with the gas stream 21 respectively. The separation is then again by a cyclone or another separation process.

Mit diesem Aufbau sind auch mehrstufige Wirbelschichten und Rückführungen möglich. With this structure, multi-stage fluidized beds and recirculations are possible.

Alternativ hierzu ist der Wirbelbettreaktor 4‘ in 2 so ausgestaltet, dass er sich nach oben konisch aufweitet, was dazu führt, dass nach oben hin die Auftriebskraft durch die sinkende Strömungsgeschwindigkeit geringer wird und die auf die Partikel wirkende Kraft somit abnimmt. Je nach Größe und Dichte eines Partikels gibt es daher einen Bereich, in dem er im Gleichgewicht verweilen kann. Kleinere und damit bereits umgesetzte Partikel werden über den Auslass 20 ausgeleitet und einem Filter 26 zugeführt. Über eine Abgasleitung 21 wird das Abgas analog zu 1 abgeleitet und aufbereitet. Das dem Filter 26 entnommene, bereits umgewandelte SE-Material in Form von SE-Oxiden beziehungsweise -Sulfaten, -Sulfiten oder -Fluoriden wird ebenfalls einer Weiterbehandlung zugeführt. Eine Kombination zwischen den beiden beschriebenen Reaktortypen mit den beiden unterschiedlichen Abtrennverfahren, Filter und Zyklon ist möglich. Alternatively, the fluidized bed reactor 4 ' in 2 designed so that it widens conically upwards, which leads to the fact that upwards the buoyancy force is reduced by the sinking flow velocity and thus the force acting on the particles decreases. Depending on the size and density of a particle, there is therefore an area in which it can remain in equilibrium. Smaller and thus already converted particles are via the outlet 20 discharged and a filter 26 fed. Via an exhaust pipe 21 the exhaust gas is analogous to 1 derived and processed. That the filter 26 removed, already converted SE material in the form of SE oxides or sulfates, sulfites or fluorides is also fed to a further treatment. A combination between the two described reactor types with the two different separation processes, filters and cyclones is possible.

Claims

Process for the thermal decomposition of a rare earth ore concentrate, characterized in that the rare earth ore concentrate ( 2 ) in a fluidized bed reactor ( 4 ) and is thermally reacted there and products from the thermal reaction continuously from the fluidized bed reactor ( 4 ) are discharged.

A method according to claim 1, characterized in that solid products in a filter or in a cyclone ( 6 ) be derived.

Process according to claim 1 or 2, characterized in that the rare earth ore concentrates ( 2 ) before the reaction in the fluidized bed reactor ( 4 Additives in the form of oxides or hydroxides of alkali or alkaline earth metals.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rare earth ore concentrate ( 2 ) is ground to a particle size between 10 microns and 5 mm and mixed with the additives.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the rare earth ore concentrates ( 2 ) are pressed or fused with the additives.

A method according to claim 4 or 5, characterized in that a mixture of rare earth ore concentrates ( 2 ) and additives are subjected to a thermal pretreatment.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the rare earth ore concentrate ( 2 ) a carbonaceous fuel is supplied.

A method according to claim 7, characterized in that the rare earth ore concentrate heavy oil is supplied.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the rare earth ore concentrate ( 2 ) Sulfur or a sulfur compound is supplied.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fluidized bed reactor ( 4 ) widens upwards.