专利名称：一种分解包头稀土矿的工艺方法
技术领域：
本发明涉及湿法冶金领域，特别涉及一种分解包头稀土矿的工艺方法。
背景技术：
稀土资源广泛应用在军事、冶金、石油化工、玻璃陶瓷、新材料、农业等方面。尤其是在信息、生物、能源技术等高科技领域和国防建设中有着重要的用途。我国是稀土资源储备最多的国家，稀土储备量占全世界总量的30%以上。其中，包头稀土矿占我国总储量的90%以上，是一种含独居石和氟碳铈矿的混合型稀土矿资源。由于其矿物结构和成分复杂，被世界公认为难冶炼矿种。因此，进一步开发研究稀土矿的冶炼分离工艺就显得至关重要。目前，国内处理稀土矿的主要方法是浓硫酸高温法，即通过浓硫酸高温分解稀土精矿后，经浸出以及后续的除杂工序得到稀土产品。该法虽在一定的程度上解决了稀土的生产效率，有一定的经济效益，但是，与此同时也带来了严重的环境问题。首先，在浓硫酸高温焙烧过程中产生大量的含S、F气体，该废气后续采用喷淋方法回收得到的也是混酸溶液，难以利用。其次，浓硫酸高温工艺产生大量的废水(喷淋废水、硫铵废水等)严重污染环境。最后，该工艺产生大量的含Th废渣(高温浓硫酸焙烧中稀土矿中的磷会生成焦磷酸钍，最终存在于浸出渣中)，很难回收利用，堆放废渣造成潜在的放射性污染，而且Th资源未能得到充分的利用。另一种有效分解稀土矿的方法是碱法。常是烧碱法，即通过NaOH来分解稀土矿中的稀土元素，后续通过酸溶萃取等方法制得稀土产品。该工艺的优点是基本不产生废气污染，投资较小。但由于碱价高，用量大，导致运行成本高；钍分散在渣和废水中不易回收；含氟废水量大，难以回收处理；工艺不连续，难以实现大规模生产(我国稀土湿法冶金发展状况及研究进展，中国稀土学报，2006，24 (2)，129-133)。不论是浓硫酸高温法分离稀土矿，还是碱法分离稀土矿的工艺，上述技术方案存在一个共同的缺点，就是都未综合考虑稀土矿中F、P及Th等资源的有效回收，导致上述技术方案均存在容易造成环境污染及资源流失等问题。
发明内容
本发明要解决现有技术中分离稀土矿工艺造成环境污染及资源流失的技术问题，提供一种避免环境污染及资源流失的分解包头稀土矿的工艺方法。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下本发明提供的一种分解包头稀土矿的工艺方法，该工艺方法包括以下步骤(I)将包头稀土混合矿进行氧化焙烧，焙烧温度30(T800°C，焙烧时间O. 5飞小时，得到包头稀土混合焙烧矿；(2)将所述的包头稀土混合焙烧矿用H2SO4溶液浸出，H2SO4溶液的浓度为2 5M，液固比为3 10，浸出温度6(TllO°C，浸出时间O. 2飞小时，洗涤，过滤，得到含Th酸浸液和独
居石;
(3)将步骤(2)中所述的含Th酸浸液进一步萃取分离Ce (IV)、F、RE(III)和Th ;(4)将步骤(2)中所述的独居石用NaOH溶液浸出，过滤后得到含碱的溶液和稀土碱饼；再将含碱的溶液结晶，得到磷酸钠；将稀土碱饼氧化，酸转化后，萃取分离Ce (IV)、F、RE(III)和 Th。在上述技术方案中，所述的步骤(4)的具体工艺步骤如下a、将步骤(2)中所述的独居石用NaOH溶液浸出，分解温度为15(T200°C，反应时间为I飞小时，得到反应浆料；其中，NaOH溶液中溶质NaOH和独居石的质量比为1 1. 5%,NaOH溶液的浓度为40 50wt% ；b、将步骤(a)中所述的反应浆料加水稀释，陈化lh，过滤，再用水洗涤滤饼，得到含碱的溶液和稀土碱饼；c、将步骤(b)中所述的含碱的溶液真空结晶，得到磷酸钠，剩余的碱液用于循环浸出独居石；d、将步骤(b)中所述的稀土碱饼氧化，酸转化，得到含Th酸浸液，进一步萃取分离 Ce (IV)、F、RE (III)和 Th。在上述技术方案中，步骤(2)中所述的&504溶液的浓度为2. 5Μ 4Μ，液固比为:Γ5。在上述技术方案中，步骤(2)中所述的洗涤是用浓度为5 10wt%的稀H2SO4溶液进行洗涤的，洗涤次数为Γ2次。在上述技术方案中，步骤(4)中所述的分解温度为17(T180°C。在上述技术方案中，步骤(5)中所述洗涤滤饼用水为8(Γ100 的热水。采用本发明的工艺方法分解包头稀土矿，可以达到以下的效果1、本发明的工艺方法，是一种两步法分解包头稀土矿的新工艺，即是通过分开处理包头稀土混合矿中的氟碳铈矿和独居石矿进行分解的，大大降低了每步的处理量，同时避免了污染问题。该工艺过程最后渣量很小，减少了废渣堆存量。2、本发明提供的分解包头稀土矿的工艺方法，避免了硫酸法工艺中产生的废气废水废渣问题；另外该工艺可以有利于进一步有效回收混合稀土矿中的Th、F、P等资源。3、本发明的工艺方法中，NaOH溶出反应洗涤得到的溶液主要是含有大量NaOH的Na3PO4溶液，该溶液经过蒸发结晶回收Na3PO4后，得到的稀碱液可以用于循环溶出独居石。另外，包头稀土混合焙烧矿经H2SO4浸出后得到的浸出液可以通过萃取的方法得到Ce和F的产品。4、本发明提供的分解包头稀土矿的工艺方法的技术方案从根本上解决了目前混合稀土精矿现行分解工艺的不足，避免了各种废气和废水以及废渣的产生，提高了有价元素稀土、钍、氟和磷资源的利用率，真正实现了高效清洁利用稀土矿，从源头解决了稀土行业对环境的污染等问题，实现了清洁化生产。
图1为分解包头稀土矿的工艺流程图。
具体实施例方式本发明的发明思想是 本发明是基于现有技术中分离稀土矿工艺造成环境污染及资源流失的技术问题，而提出了采用“两步法”分解包头稀土矿的新工艺。“两步法”即是通过焙烧，硫酸浸出，将包头稀土混合矿分解为氟碳铈矿和独居石矿，再对氟碳铈矿和独居石矿分别进行处理。所以，所谓的两步法就是分开处理氟碳铈矿和独居石矿。对氟碳铈矿的处理，是采用萃取分离的方法分离出Ce (IV)、F、RE(III)和Th ;对独居石矿的处理，是用NaOH溶液浸出，过滤后得到含碱的溶液和稀土碱饼；再将含碱的溶液结晶，得到磷酸钠；将稀土碱饼氧化，酸转化后，萃取分离Ce (IV)、F、RE(III)和Th。该工艺方法综合考虑了稀土矿中F、P及Th等资源的有效回收及环境污染的问题。大大降低了每步的处理量，同时避免了污染问题。该工艺过程最后渣量很小，减少了废渣堆存量。并且从根本上解决了目前混合稀土精矿现行分解工艺的不足，避免了各种废气和废水以及废渣的产生，提高了有价元素稀土、钍、氟和磷资源的利用率，真正实现了高效清洁利用稀土矿，从源头解决了稀土行业对环境的污染等问题，实现了清洁化生产。本发明提供的一种分解包头稀土矿的工艺方法，该工艺方法具体包括以下步骤(I)将包头稀土混合矿进行氧化焙烧，焙烧温度30(T800°C，焙烧时间O. 5飞小时，得到包头稀土混合焙烧矿；(2)将所述的包头稀土混合焙烧矿用H2SO4溶液浸出，H2SO4溶液的浓度为2 5M，液固比为3 10，浸出温度6(TllO°C，浸出时间O. 2飞小时，洗涤，过滤，得到含Th酸浸液和独
居石;(3)将步骤(2)中所述的含Th酸浸液进一步萃取分离Ce (IV)、F、RE(III)和Th ；(4)a、将步骤(2)中所述的独居石用NaOH溶液浸出，分解温度为15(T200°C，反应时间为I飞小时，得到反应浆料；其中，NaOH溶液中溶质NaOH和独居石的质量比为1 1. 5%，NaOH溶液的浓度为40 5 0wt% ；b、将步骤(a)中所述的反应浆料加水稀释，陈化lh，过滤，再用水洗涤滤饼，得到含碱的溶液和稀土碱饼；c、将步骤(b)中所述的含碱的溶液真空结晶，得到磷酸钠，剩余的碱液用于循环浸出独居石；d、将步骤(b)中所述的稀土碱饼氧化，酸转化，得到含Th酸浸液，进一步萃取分离 Ce (IV)、F、RE (III)和 Th。实施例1取500g包头稀土混合矿，在马弗炉中于400°C焙烧2h。包头稀土混合焙烧矿用
2.5i^^H2S04溶液在80°C浸出30min后过滤，得到含Th酸的浸出液和滤饼(独居石)。浸出液中REO含量60g/L。滤饼加入40被％的似0!1溶液在150°C时反应3h。反应后用80°C的热水调浆后过滤，洗涤广2次，得到含碱溶液和稀土碱饼。用硫酸溶液浸出时REO的浸出率达到66%，得到的浸出液中Ce:F约为1:1 (mol)，其中REO浓度为50. 67g/L，F浓度为3. 76g/L，得到的滤饼(独居石)中REO含量为44. 18%，F含量为8. 12%。用NaOH溶液碱转化过程中，大约99. 81%的REO留在稀土碱饼，碱饼中REO含量为50. 53%，F含量为3. 14%。实施例2取500g包头稀土混合矿，在马弗炉中于450°C焙烧2h。包头稀土混合焙烧矿用2M的H2SO4溶液在80°C浸出60min后过滤，得到含Th酸的浸出液和滤饼(独居石)。浸出液中REO含量57g/L。滤饼加入50wt%的NaOH溶液在180°C时反应3h。反应后热水调浆后过滤，然后水洗滤饼广2次，得到含碱溶液和稀土碱饼。用硫酸溶液浸出时REO的浸出率达到64. 84%，得到的浸出液中Ce:F约为1:1 (mol)，其中REO浓度为52. 46g/L，F浓度为3. 85g/L，得到的滤饼(独居石)中REO含量为42. 12%，F含量为7. 54%。用NaOH溶液碱转化过程中，大约98. 95%的REO留在稀土碱饼，碱饼中REO含量为51. 50%, F含量为3. 62%。实施例3取500g包头稀土混合矿，在马弗炉中于300°C焙烧6h。包头稀土混合焙烧矿用3M的H2SO4溶液在100°C浸出12min后过滤，得到含Th酸的浸出液和滤饼(独居石)。浸出液中REO含量60g/L。滤饼加入50wt%的NaOH溶液在150°C时反应5h。反应后80°C的热水调浆后过滤，然后水洗滤饼广2次，得到含碱溶液和稀土碱饼。用硫酸溶液浸出时REO的浸出率达到67. 10%，得到的浸出液中Ce:F约为l:l(mol)，其中REO浓度为54. 46g/L，F浓度为3. 90g/L,得到滤饼(独居石)中REO含量为42. 12%，F含量为7. 56%。用NaOH溶液碱转化过程中，大约99. 25%的REO留在稀土碱饼，碱饼中REO含量为52. 10%, F含量为3. 72%。实施例4取500g包头稀土混合矿，在马弗炉中于600°C焙烧lh。包头稀土混合焙烧矿用5M的H2SO4溶液在90°C浸出2小时后过滤，得到含Th酸的浸出液和滤饼(独居石)。浸出液中REO含量58g/L。滤饼加入50wt%的NaOH溶液在200°C时反应lh。反应后热水调浆后过滤，后水洗滤饼广2次，得到含碱溶液和稀土碱饼。用硫酸溶液浸出时REO的浸出率达到66. 12%，得到的浸出液中Ce:F约为1:1 (mol)，其中REO浓度为53. 16g/L，F浓度为3. 83g/L，得到滤饼(独居石)中REO含量为42. 38%，F含量为7. 54%。用NaOH溶液碱转化过程中，大约98. 95%的REO留在稀土碱饼，碱饼中REO含量为50. 85%，F含量为3. 67%。实施例5取500g包头稀土混合矿，在马弗炉中于800°C焙烧O. 5h。包头稀土混合焙烧矿用4M的H2SO4溶液在110°C浸 出5小时后过滤，得到含Th酸的浸出液和滤饼(独居石)。浸出液中REO含量60g/L。滤饼加入50wt%的NaOH溶液在170°C时反应5h。反应后热水调浆后过滤，后水洗滤饼广2次，得到含碱溶液和稀土碱饼。用硫酸溶液浸出时REO的浸出率达到64. 94%，得到的浸出液中Ce:F约为1:1 (mol)，其中REO浓度为52. 86g/L，F浓度为4. 12g/L，得到滤饼(独居石)中REO含量为43. 02%, F含量为7. 63%。用NaOH溶液碱转化过程中，大约99. 20%的REO留在稀土碱饼，碱饼中REO含量为50. 25%，F含量为3. 75%。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
权利要求
1.一种分解包头稀土矿的工艺方法，其特征在于，该工艺方法包括以下步骤(1)将包头稀土混合矿进行氧化焙烧，焙烧温度30(T800°C，焙烧时间O.5飞小时，得到包头稀土混合焙烧矿；(2)将所述的包头稀土混合焙烧矿用H2SO4溶液浸出，H2SO4溶液浓度为2 5M，液固比为 3 10，浸出温度6(Tll(TC，浸出时间O. 2飞小时，洗涤，过滤，得到含Th酸浸液和独居石；(3)将步骤(2)中所述的含Th酸浸液进一步萃取分离Ce(IV)、F、RE(III)和Th ;(4)将步骤(2)中所述的独居石用NaOH溶液浸出，过滤后得到含碱的溶液和稀土碱饼；再将含碱的溶液结晶，得到磷酸钠；将稀土碱饼氧化，酸转化后，萃取分离Ce (IV)、F、 RE(III)和 Th。
2.如权利要求1所述的分解包头稀土矿的工艺方法，其特征在于，所述的步骤(4)的具体工艺步骤如下a、将步骤(2)中所述的独居石用NaOH溶液浸出，分解温度为15(T200°C，反应时间为 1 5小时，得到反应浆料；其中，NaOH溶液中溶质NaOH和独居石的质量比为1 1. 5%，Na0H溶液的浓度为40 50wt% ；b、将步骤(a)中所述的反应浆料加水稀释，陈化lh，过滤，再用水洗涤滤饼，得到含碱的溶液和稀土喊饼；c、将步骤(b)中所述的含碱的溶液真空结晶，得到磷酸钠，剩余的碱液用于循环浸出独居石；d、将步骤(b)中所述的稀土碱饼氧化，酸转化，得到含Th酸浸液，进一步萃取分离Ce (IV)、F、RE(III)和 Th。
3.如权利要求1所述的分解包头稀土矿的工艺方法，其特征在于，步骤(2)中所述的 H2SO4溶液的浓度为2. 5M 4M，液固比为3 5。
4.如权利要求1所述的分解包头稀土矿的工艺方法，其特征在于，步骤(2)中所述的洗涤是用浓度为5 10wt%的稀H2SO4溶液进行洗涤的，洗涤次数为f 2次。
5.如权利要求1所述的分解包头稀土矿的工艺方法，其特征在于，步骤(4)中所述的分解温度为170-l80°C。
6.如权利要求1所述的分解包头稀土矿的工艺方法，其特征在于，步骤(5)中所述洗涤滤饼用水为8(Tl00°C的热水。
全文摘要
本发明涉及一种分解包头稀土矿的工艺方法。解决现有技术中分离稀土矿工艺造成环境污染及资源流失的技术问题。该工艺方法包括以下过程把混合稀土精矿进行氧化焙烧；得到的焙烧矿用H2SO4溶液浸出，得到浸出液和独居石；硫酸浸出液留待萃取分离Ce(IV)、F，和Th以及分离单一RE(III)；对独居石进行碱转化，得到的稀土碱饼调浆后过滤，含碱的溶液结晶，回收磷酸钠，剩余的碱液用于循环浸出独居石渣。采用本发明的工艺方法处理混合稀土精矿，可以实现混合矿中氟碳铈和独居石的分步提取。另外有利于进一步有效回收包头矿中的Th、F、P，从而避免环境污染，提高稀土收率，节约成本，实现真正意义上的清洁生产和资源综合利用。
文档编号C22B1/02GK103045851SQ20131001807
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者陈继, 邹丹, 李德谦, 邓岳锋, 刘文刚 申请人:中国科学院长春应用化学研究所