复杂稀土-铌-铁共生矿冶金处理新工艺.pdf

第3 2 卷 2 0 1 2 年0 8 月 矿 冶 工 程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 2 A u g u s t2 0 1 2 复杂稀土一铌一铁共生矿冶金处理新工艺① 刘勇，刘牡丹，刘珍珍 广州有色金属研究院，广东广州5 1 0 6 5 0 摘要开发了一种复杂稀土一铌一铁共生矿“直接还原一酸化浸出一沉淀煅烧”回收稀土、铌、铁的新工艺。处理含R E O1 ．4 3 ％，N b 0 5 1 ．6 2 ％，T F e3 8 ．2 5 ％的选矿粗精矿原料，获得T F e 品位9 0 ．1 5 ％、回收率9 0 ．3 9 ％的铁粉，R E O 含量9 2 ．3 4 ％、回收率7 6 ．8 6 ％的氧 化稀土，铌、钛的回收率分别为6 5 ．8 9 ％和8 1 ．0 1 ％，可进一步制备氧化铌和钛白粉产品。 关键词稀土一铌一铁共生矿；直接还原；酸化浸出；综合利用 中图分类号T F l l l文献标识码A 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 8 0 2 2 9 0 3 铁是支撑国民经济发展的第一大金属，稀土和铌 是信息、生物、能源、航空航天、超导材料、军工等高技 术领域和国防建设的重要基础材料，这三者均是涉及 到国家安全的重要战略资源。随着工业化进程的加 快，资源的消耗越来越大，低品位、难处理的复杂共伴 生金属资源的开发利用迫切提上研究日程。 我国内蒙、新疆、云南等地蕴藏了丰富的稀土一铌一 铁共生矿资源，这类资源的显著特点矿物种类多、嵌布 关系紧密，采用物理选矿方法难以有效分离和富 集1 。国内许多学者采用冶金方法对这类矿石进行 了研究，如高鹏等以T F e3 2 ．1 7 ％，R E O7 ．1 4 ％，N b 0 ， 0 ．1 2 7 ％的原矿为原料，在还原温度12 2 5 0 C ，还原时问 3 0m i n ，配碳比2 的条件下进行深度还原，还原物料经 阶段磨矿一粗细分选后，得到铁品位9 1 ．6 1 ％，回收率 9 3 ．2 3 ％的铁粉，尾矿中R E O 含量1 2 ．2 5 ％，回收率 9 8 ．7 3 ％，可作为分选稀土的原料，为高铁稀土粗精矿 的分离回收提出了可行的方法。2 1 。方觉等对N b 0 ； 1 ．8 2 ％，T F e5 1 ．6 ％的铌精矿，提出了选择性还原一熔 分一铌铁冶炼的处理方案，可获得铌含量1 4 ％的铌铁， 铌的总回收率大于8 0 ％，铁的总回收率大于9 0 ％, 3 j 。 陈宏采用直接还原技术对经重选得到的含铌铁矿粉 T F e5 3 ．7 ％，R E O 含量1 ．5 ％，N b O ；含量1 ．7 7 ％ 进 行处理，除铁率达到9 6 ．5 ％，非磁性物中N b 0 ，含量 提高到6 ．9 1 ％”- 5 ] 。后两者均对含铌铁矿粉的分离 回收进行了有益尝试。 从已开展的研究来看，冶金法可有效处理高品位 的含铌铁矿粉或稀土粗精矿，特别是实现共生矿中铁 的回收。7 。。而对于难分离的复杂稀土一铌一铁共生矿 而言，通过选矿得到的高品位精矿中稀有金属的回收 率很低，一般只有3 0 ％～4 0 ％，导致这类资源综合开 发利用率低。本文从提高资源综合利用水平出发，以 某复杂稀土一铌一铁共生矿经过选矿富集得到的低品位 粗精矿为原料，开发“直接还原一酸化浸出．沉淀煅烧” 的冶金处理工艺，实现矿石中稀土、铌、铁的分离与回 收，为这类矿的综合利用提供了可行的技术路线。 1 原料性质 本文所用原料为某稀土．铌．铁共生矿选矿粗精 矿，原料中有价元素含量较低，其中全铁品位为 3 8 ．2 5 ％，稀有金属稀土和铌含量分别为1 ．4 3 ％和 1 ．6 2 ％，T i O 含量为9 ．2 5 ％，主要杂质元素S i O 含量 较高，其值为2 3 ．1 8 ％。 采用光学显微镜、电子探针和x 射线衍射分析对 粗精矿的矿物组成及稀土、铌、铁的赋存状态和嵌布粒 度进行了研究。结果表明其有用矿物主磊有独居石、 氟碳铈矿、离子相稀土、胶态相稀土、钛钿烧绿石、钛铌 铁矿、钛铁铌钇矿、铌钇矿、铌铁金红石及赤铁矿等十 余种，稀土、铌的主要矿物及其分配如表1 、表2 所示。 表1稀土主要矿物及其分配比／％ 钛铀烧绿石 钛铌铁矿钛铁铌钇矿铌钇矿铌铁金红石等 4 2 ．2 2 8 ．81 1 ．6 l l3 6 ．1 结果表明，原料中稀土和铌的赋存关系非常复杂， 而且进一步的粒度分析结果表明原料中稀土、铌、铁矿 ①收稿日期2 0 1 2 - 0 6 ．2 5 作者简介刘勇 1 9 6 6 一 ，男，广东兴宁人，高级工程师，主要从事复杂稀有金属矿及电子废弃物综合利用研究工作。 万方数据 矿冶工程第3 2 卷 物嵌布粒度微细，其中胶态稀土和独居石中一0 ．0 2 m m 粒级含量分别达到7 0 ．9 9 ％和4 4 ．0 6 ％，钛一钽铌铁 矿、钛铀烧绿石及铌铁金红石中一0 ．0 2m m 粒级含量 分别为5 5 ．5 4 ％、5 8 ．7 ％和4 3 ．9 4 ％，赤铁矿中一0 ．0 2 m 矗粒级含量达到6 0 ．2 6 ％。可见，原料中有价元素稀 土、铌、铁矿物嵌称粒度细微，而且铌、铁矿物还与钛矿 物相互交生，导致原料中各种矿物嵌布关系复杂，单体 解离难度大，不易通过选矿实现稀土、铌、铁的进一步 分离与富集。 2 还原一磁选试验研究 稀土一铌一铁共生矿经选矿获得的粗精矿铁品位为 3 8 ．2 5 ％，采用直接还原工艺处理，可使铁氧化物转变 为金属铁，经磁选后稀土、铌、钛等稀有金属在非磁性 渣中富集，为分离回收稀有金属创造良好条件。 经过系统条件试验研究，结果表明适宜的工艺条 ，件为还原温度11 8 0 ℃，还原时间1 5 0m i n ，磨矿粒度 一0 ．0 7 4m m 粒级含量占8 8 ％，磁场强度6 4k A ／m 。还 原．磁选过程主要元素的分布结果如表3 所示。 表3还原一磁选过程主要元素分布结果 样品磁蜣品位磁性絮收率非磁砦品位非磁蜣回收率 从表3 可知，稀土一铌一铁共生矿粗精矿经还原．磁 选后，磁性物中铁品位达到9 0 ．1 5 ％，回收率为 9 0 ．3 9 ％，其余有价元素稀土、铌、钛均在非磁性物中富 集，含量分别为2 ．6 4 ％、2 ．5 1 ％和1 6 ．3 2 ％，回收率分 别为9 5 ．4 4 ％、8 0 ．1 1 ％和9 1 ．0 9 ％。 3 酸化一浸出试验研究 采用硫酸对非磁性物进行酸化处理，稀土和铌在 酸化过程将分别形成各自的硫酸盐，经浸出后进入溶 液。从表3 还可以看到，非磁性物中铁含量仍然高达 7 ．1 2 ％，将增加酸化过程的酸耗量，因此必须对其进行 预先脱铁。 经过系统条件试验，结果表明非磁性物适宜的处 理方法及参数如下非磁性物采用1m o l ／L 稀盐酸浸 出，酸浸渣添加1 ．5 倍原料质量的浓硫酸在2 5 0o C 酸 化1 8 0m i n ，酸化渣按4 1 的液固比加水在8 0 ℃进行 浸出，时间为9 0m i n ，酸化- 浸出过程的结果如表4 所示。 表4 酸化- 浸出过程物料分布结果 从表4 可知，酸化渣中稀土、铌、钛含量分别降低 到0 ．9 2 ％、0 ．9 4 ％、4 ．3 7 ％，三者的浸出率分别达到 8 6 ．7 9 ％、8 6 ．5 0 ％和8 9 ．8 5 ％。一次浸出液采用石灰 中和一氨水沉淀．氯化蒸馏处理后，可制得氧化铌和钛 白粉，关于一次浸出溶液中铌、钛的回收将在其它论文 中叙述，本文不再赘述。 4 沉淀一煅烧试验研究 本文采用草酸沉淀法从浸出液中回收稀土后，再中 和沉淀一氯化蒸馏回收铌、钛，可制得氧化铌和钛白粉。 草酸沉淀稀土的具体方法是采用石灰中和调节 溶液p H 值至1 ．5 ～2 左右，按理论用量的1 ．6 倍添加 草酸，搅拌3 0m i n ，固液分离得到草酸稀士沉淀，干燥 后取样分析R E O 含量，计算稀土的沉淀率，结果如表 5 所示。 表5 草酸沉淀法回收稀土试验结果 将试验获得的5 ．1g 草酸稀土在9 0 0o C 煅烧6 0 m i n 得到R E O 含量9 2 。3 4 ％的混合稀土氧化物2 。0 4 g ，稀土总回收率为7 6 ．8 6 ％。全流程各产品主要化学 成分如表6 所示。 表6 全流程各产品主要指标 万方数据 2 0 1 2 年0 8 月 刘勇等复杂稀土一铌一铁共生矿冶金处理新工艺 2 3 l 5 结论 1 试验所用原料稀土、铌、铁矿物嵌布粒度细微， 大多数与脉石矿物包裹交生，而且铌、铁矿物还与钛矿 橛相互交生，导致原料中各种矿物嵌布关系复杂，单体 解离难度大，物理选矿方法难以实现稀土、铌、铁的分 离与富集。 2 采用“直接还原- 酸化浸出一沉淀煅烧”工艺可 有效实现稀土．铌一铁共生矿选矿粗精矿中稀土、铌、铁 的分离回收，获得T F e 品位9 0 ．1 5 ％、回收率9 0 ．3 9 ％ 的铁粉，R E O 含量9 2 ．3 4 ％、回收率7 6 ．8 6 ％的氧化稀 土，铌、钛的回收率分别为6 5 ．8 9 ％和8 1 ．0 1 ％，可进一 步制备氧化铌和钛白粉产品。 参考文献 [ 1 ]李建．白云鄂博稀土资源的利用现状、主要问题及解决对策 [ J ] ．山西师范大学学报 自然科学版 ，2 0 0 8 ，2 2 S 1 7 6 7 7 ． [ 2 3高鹏，韩跃新，李艳军，等．白云鄂博氧化矿石深度还原．磁选试 验研究[ J ] ．东北大学学报 自然科学版 ，2 0 1 0 ，3 1 6 8 8 6 8 8 9 ． [ 3 ] 方觉，王志荣，张家元，等。包头铌铁矿冶炼实验室研究[ J ] ． 东北大学学报 自然科学版 ，1 9 9 6 ，1 7 1 3 5 4 0 ． [ 4 ] 陈宏，韩其勇，魏寿昆，等．铌铁矿中提铌及制铌铁的新方法 [ J ] ．钢铁，1 9 9 9 ，3 4 3 1 3 一1 9 ． [ 5 ] 陈宏．还原法在铌提取上的应用[ J ] ．宝钢技术，1 9 9 8 5 2 6 2 9 ． [ 6 ] 穆林，丁智敏，姜鑫，等．尾矿的直接还原研究[ J ] ．中国冶 金，2 0 1 0 ，2 0 4 4 1 4 5 ． [ 7 ] 蒋曼，孙体昌，寇珏，等．铌铁精矿煤基直接还原过程中铌 的行为研究[ J ] ，稀有金属，2 0 1 l ，3 5 5 7 3 1 7 3 5 ． 万方数据