白云鄂博尾矿加碳氯化反应研究

论文摘要

包头白云鄂博共生矿是目前世界上已发现的最大的以铁、稀土、铌为主的大型多金属共生矿床。是我国稀土工业的主要原料基地。该矿组成复杂、矿物的物理化学性质也非常复杂。包钢选矿厂自建立以来,由于工艺技术条件的限制和选铁后的相对富集,使所产生的尾矿中的稀土氧化物(以REO计)平均品位达到8%左右,这几乎与原矿中的稀土品位相当,价值十分可观。大量的尾矿堆弃在尾矿库中造成极大浪费,又破坏周围生态环境。对尾矿中的稀土、铁等矿物进行绿色化学提取是十分必要的,既减少资源浪费又能大幅度的提高矿山企业的经济效益。氯化法分离稀土矿是基于在高温下用氯气与矿物发生化学作用,使其中的元素生成氯化物,再利用各种元素氯化物挥发性不同及水溶性不同将其分离。碳酸钠焙烧法是以碳酸钠作为分解剂,通过高温焙烧使稀土矿中稀土氟碳酸盐和稀土磷酸盐与Na2CO3作用分解生成稀土氧化物和可溶性的磷酸稀土复盐,同时铈由三价氧化成为四价,达到分解富集稀土的目的,为后续冶金加工提供良好原料。目前,从氟碳铈矿中提取稀土所选用的分解剂主要有：MgO、Na2CO3、SiCl4、NH4Cl。本论文以白云鄂博尾矿为研究对象,结合氯化法和碳酸钠焙烧法分解两种方法,以碳酸钠作分解剂,针对包钢选矿厂尾矿中稀土的化学提取设计了两套工艺：(1)尾矿碳热氯化除杂处理后以SiCl4为脱氟剂的加碳氯化法。经过低温氯化预处理后的尾矿,其中的铁、钙、钡、镁、钾、锰等元素大部分都以氯化物除去,从而提高了尾矿中稀土的品位。而在低温下稀土的氯化率极低,主要还是以稀土磷酸盐、稀土氟氧化物、少量稀土氟碳酸盐、少量的氟化稀土的形态存在,以SiCl4作为脱氟剂氯化法分解稀土尾矿是基于在高温下用氯气与矿物发生化学作用,使其中的元素生成氯化物。其中脱氟剂SiCl4能显著地提高了稀土尾矿的氯化率。(2)尾矿经碳酸钠焙烧分解预处理后进行碳热氯化反应。通过混入碳酸钠高温焙烧使尾矿中的稀土氟碳酸盐、稀土磷酸盐与Na2CO3发生分解反应生成稀土氧化物,经过水洗、酸洗处理后作为碳热氯化制取稀土氯化物的良好原料。在第一种情况下考察了不同温度氯化后尾矿中各元素的氯化百分率,其中铁、钙、钡、锰等元素在540℃氯化反应2h后,氯化率都在80%以上,水不溶渣的X射线衍射结果表明：Fe2O3的特征峰已经消失,而CaF2的特征峰也大量降低。氯化后的水不溶物以SiCl4作为脱氟剂进行二次氯化,稀土回收率在600℃可达92%。在第二种情况下考察了经过焙烧后不同氯化温度对尾矿中稀土元素氯化率的影响。稀土的回收率在500℃的低温下达到77%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 稀土元素及其应用
• 1.1.1 稀土元素的存在形态
• 1.1.2 稀土元素的应用
• 1.2 包头白云鄂博矿稀土资源的地位
• 1.3 白云鄂博矿的开发利用情况
• 1.4 白云鄂博尾矿
• 1.5 矿石原料预处理方法
• 1.5.1 选矿
• 1.5.2 焙烧
• 1.5.3 矿石的浸取
• 1.6 稀土矿的分解方法及工艺
• 1.6.1 酸分解法
• 1.6.2 碱分解法
• 1.6.3 氧化焙烧法
• 1.6.4 氯化法
• 1.6.5 其他方法及研究进展
• 1.7 选题依据和本课题的研究内容
• 第2章 稀土尾矿的碳热氯化反应
• 2.1 碳热氯化反应
• 2.2 氯化冶金的特点
• 2.3 氯化反应的动力学分析
• 2.4 影响氯化过程的主要因素
• 2.5 氯化
• 2.5.1 热力学分析
• 2.5.2 氯化反应实验
• 2.6 在脱氟剂存在下的二次氯化
• 2.6.1 热力学分析
• 2.6.2 实验仪器、原料与试剂
• 2.6.3 实验方法
• 2.7 碳酸钠焙烧碳热氯化反应
• 2.7.1 反应原理
• 2.7.2 实验方法
• 第3章 分析方法
• 3.1 稀土总量的测定
• 3.1.1 试剂和仪器
• 3.1.2 以锌为基准物质标定EDTA溶液
• 3.1.3 样品中稀土总量的测定
• 3.2 铁含量的测定
• 3.2.1 药品
• 3.2.2 测量方法
• 3.3 钙、镁、钡、锰、钠等低含量元素的测定
• 第4章 结果与讨论
• 4.1 氯化-二次氯化
• 4.1.1 氯化-二次氯化各元素的氯化结果
• 4.1.2 稀土尾矿氯化-二次氯化过程酸不溶物X射线衍射图谱分析
• 4.2 焙烧氯化
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间已发表和在投论文