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CN111394571B - 提高稀土矿物与硫酸分解效率的方法 - Google Patents

提高稀土矿物与硫酸分解效率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高稀土矿物与硫酸分解效率的方法，属于湿法冶金领域。包括将稀土精矿与浓硫酸、铁粉混合进行分段焙烧，在低温焙烧过程中通过对已经固化的矿物补充一定量水分，优化固‑液‑气反应体系，提高硫酸在反应过程中的扩散速度，减少硫酸消耗，增加稀土分解率。在高温焙烧过程中主要为过量硫酸的高效分解和磷酸铁、焦磷酸钍的生成，固定放射性和磷资源进入渣中。两段焙烧使尾气成分单一化，便于后续尾气处理，降低尾气处理成本，减少环境污染。

Description

提高稀土矿物与硫酸分解效率的方法
技术领域
本发明属于湿法冶金领域，具体涉及一种提高稀土矿物与硫酸分解效率的方法。
背景技术
矿石型稀土矿物主要为氟碳铈矿、独居石以及混合型稀土矿，由于矿物组成差异，冶炼技术也各不相同，氟碳铈矿主要采用氧化焙烧-盐酸浸出工艺，矿物经氧化焙烧分解为氟化稀土与氧化稀土，焙烧矿用盐酸优先溶解时，控制盐酸浓度与加入过程，实现三价稀土提取并与四价铈初步分离，氟化铈、二氧化铈等成分残留渣中。该工艺可以简单的低成本的回收有价稀土，但氟资源没有利用，稀土资源提取不彻底，另外存在放射性钍元素的扩散风险。独居石和混合型稀土精矿采用浓硫酸高温焙烧分解工艺处理，将混合稀土精矿与浓硫酸、铁粉均匀混合后，在500-600℃的回转窑中高温焙烧。该工艺以其主体工艺成本较低，连续化程度较高等优势而备受青睐，但有硫酸消耗量大，尾气处理困难，稀土分解不彻底等问题。
针对上述问题，专利名称“一种白云鄂博稀土精矿制取混合氯化稀土的方法”(申请号：201811249616.7)，该专利将稀土精矿与浓硫酸按质量比为1:0.7～1.5混合进行三段焙烧，得到焙烧矿，其中第一段焙烧温度控制在100～150℃，在较低温度下降低液相成分的蒸发，防止物料粘窑产生结圈现象。中国专利“一种浓硫酸两段焙烧分解高品位混合稀土精矿的方法”(申请号：201910424021.9)，该专利将稀土精矿(REO>60％)与浓硫酸按酸矿比1:1.3～5.5常温混合，低温焙烧温度为180～380℃，时间为1～5小时。低温焙烧矿直接进行高温焙烧，温度为380～900℃，时间为0.5～4.5小时。该方法两段焙烧仍然从尾气处理角度进行设计，硫酸消耗量大，并且后续处理工艺繁琐。
专利名称“一种加铁低温浓硫酸焙烧分解高品位混合稀土精矿的方法”(申请号：201910424015.3)，该专利将混合稀土精矿与硫酸、铁粉混合，低温焙烧得到焙烧矿后进行水浸，该方法仍然是低温焙烧原理，使钍、磷进入溶液，通过中和得到铁钍渣，但水浸渣仍然具有放射性，而铁钍渣中钍含量过高，目前无较好的处理办法并且在中和过程容易造成稀土的损失，影响稀土收率。
上述专利文献均没有涉及到通过何种手段在低温焙烧过程(150-250℃)提高硫酸分解矿物反应效率，进而有效降低硫酸消耗。并在高温焙烧过程(400-600℃)，通过与低温过程降低硫酸酸耗协同变化，加速分解产物磷酸对钍离子固定作用。
发明内容
基于上述原因，本发明提出了一种提高稀土矿物与硫酸分解效率的方法，在低温焙烧(150-250℃)过程中通过对已经固化的矿物颗粒补充一定量水分，优化固-液-气反应体系，提高硫酸在反应过程中的扩散速度，提高稀土矿物分解效率，进而降低了硫酸消耗。
本发明的方法包括如下步骤：
将稀土矿物与浓硫酸按重量比为1:0.7-1.2混合，并加入铁粉，使铁的总量与矿物中磷的摩尔比1.2-1.5:1；
反应物料进入第一段反应装置，第一段物料温度为150～250℃，时间为60-120min。反应过程中，待混合物反应由膏状固化成颗粒后，向颗粒物补充水分，继续反应。完成第一段反应后，物料进入第二段反应装置，物料温度为400～600℃，时间为10～40min。
进一步的，稀土矿物为独居石、混合型稀土矿物或添加磷酸盐的氟碳铈矿。
进一步的，补充水分，其水分补充量按照水与稀土矿物重量比为1-10％。
与现有技术相比，本方法具有如下优点：
(1)低温焙烧过程中通过补水保持固-液-气反应体系，加快硫酸扩散速度，降低了硫酸消耗，提高稀土分解率。
在低温焙烧(150-250℃)过程中通过对已经固化的矿物颗粒补充一定量水分，优化固-液-气反应体系，提高硫酸在反应过程中的扩散速度，提高稀土矿物分解效率，进而降低了硫酸消耗。
(2)高温焙烧促进硫酸分解，保证水浸液酸度在适宜范围，便于下一步中和除杂。
(3)高温焙烧生成磷酸铁、焦磷酸钍，使铁、磷、钍固定到水浸渣中，控制放射性及磷的走向。
由于低温段补充水分加速余酸对独居石矿物分解，在高温焙烧过程(400-600℃)下，反应结束后的少量残余硫酸高效分解，加速分解产物磷酸对钍离子固定作用。本工艺对稀土矿物适用性广，对混合型稀土矿物、独居石和添加含磷矿物的氟碳铈矿均有很好的分解效果，在高温焙烧过程中，生成磷酸铁和磷酸钍，将放射性元素钍和磷固定到渣中，进而达到净化稀土浸出液的目的。
附图说明
图1是本发明中提高稀土矿物与硫酸分解效率的方法的工艺流程图。
具体实施方式
以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。
如图1所示，是本发明中提高稀土矿物与硫酸分解效率的方法的工艺流程图。
将稀土矿物与浓硫酸按重量比为1:0.7-1.2混合，并加入铁粉，使铁的总量与稀土矿物中磷的摩尔比1.2-1.5:1；
物料进入第一段反应装置，第一段物料温度为150～250℃，时间为60-120min。反应过程中，待混合物反应由膏状固化成颗粒后，向颗粒物补充水分，继续反应。完成第一段反应后，物料进入第二段反应装置，物料温度为400～600℃，时间为10～40min。
稀土矿物为独居石、混合型稀土矿物或添加磷酸盐的氟碳铈矿。按照水与稀土矿物重量比为1-10％补充水分。
实施例1
将混合型稀土精矿(REO:54.22％，P:8.94％，TFe:4.97％)与浓硫酸按照重量比为1:1.2混匀，加入铁粉后，使铁的总量与矿物中磷的摩尔比为1.2:1，在200℃条件下进行低温焙烧分解，当混合硫酸后的精矿焙烧成固状颗粒后，补充矿物质量7％的水量，使精矿维持在膏状状态，低温焙烧90分钟结束后，直接进入高温焙烧，焙烧温度为550℃，时间为20分钟，焙烧结束后，REO分解率为98.7％，钍浸出率为97.5％。
实施例2
将氟碳铈矿(REO:65.52％，P:0.16％，TFe:2.2％)加入一部分磷灰石，后与浓硫酸按照重量比为1:0.9混匀，加入铁粉后，使铁的总量与矿物中磷的摩尔比为1.4:1，在150℃条件下进行低温焙烧分解，当混合硫酸后的精矿焙烧成固状颗粒后，补充矿物质量5％的水量，使精矿维持在膏状状态，低温焙烧100分钟结束后，直接进入高温焙烧，焙烧温度为400℃，时间为40分钟，焙烧结束后，REO分解率为98.2％，钍浸出率为96.3％。
实施例3
将混合型稀土精矿(REO:61.66％，P:4.66％，TFe:1.14％)与浓硫酸按照重量比为1:0.7混匀，加入铁粉后，使铁的总量与矿物中磷的摩尔比为1.3:1，在180℃条件下进行低温焙烧分解，当混合硫酸后的精矿焙烧成固状颗粒后，补充矿物质量1％的水量，使精矿维持在膏状状态，低温焙烧120分钟结束后，直接进入高温焙烧，焙烧温度为450℃，时间为30分钟，焙烧结束后，REO分解率为98.3％，钍浸出率为96.8％。
实施例4
将混合型稀土精矿(REO:61.66％，P:4.66％，TFe:1.14％)与浓硫酸按照重量比为1:1混匀，加入铁粉后，使铁的总量与矿物中磷的摩尔比为1.4:1，在250℃条件下进行低温焙烧分解，当混合硫酸后的精矿焙烧成固状颗粒后，补充矿物质量10％的水量，使精矿维持在膏状状态，低温焙烧60分钟结束后，直接进入高温焙烧，焙烧温度为500℃，时间为20分钟，焙烧结束后，REO分解率为98.5％，钍浸出率为97.2％。
实施例5
将独居石(REO:60.03％，P:11.07％，TFe:1.03％)与浓硫酸按照重量比为1:1.1混匀，加入铁粉后，使铁的总量与矿物中磷的摩尔比为1.5:1，在230℃条件下进行低温焙烧分解，当混合硫酸后的精矿焙烧成固状颗粒后，补充矿物质量3％的水量，使精矿维持在膏状状态，低温焙烧90分钟结束后，直接进入高温焙烧，焙烧温度为600℃，时间为10分钟，焙烧结束后，REO分解率为97.8％，钍浸出率为97.9％。
本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种提高稀土矿物与硫酸分解效率的方法，包括以下步骤：
将稀土矿物与浓硫酸按重量比为1:0.7-1.2混合，并加入铁粉，使铁的总量与稀土矿物中磷的摩尔比1.2-1.5：1；
反应物料进入第一段反应装置，第一段物料温度为150～250℃，时间为60-120min；反应过程中，待混合物反应由膏状固化成颗粒后，向颗粒物按照水与稀土矿物重量比为1-10％补充水分，继续反应；完成第一段反应后，物料进入第二段反应装置，物料温度为400～600℃，时间为10～40min。
2.根据权利要求1所述提高稀土矿物与硫酸分解效率的方法，其特征在于，稀土矿物为独居石、混合型稀土矿物或添加磷酸盐的氟碳铈矿。
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