一种处理稀土精矿的系统和方法与流程

本发明涉及稀土冶金技术领域，特别涉及一种处理稀土精矿的系统和方法。

背景技术：

我国的稀土储量为世界首位，然而在已探明的稀土矿中，大都成分复杂、稀土含量少，不利于工业直接应用。目前用于工业生产的混合稀土精矿的品位一般为50％～60％，而原矿的稀土含量则远低于此水准，故需将稀土原矿中的脉石矿物及有害杂质成分有效去除，即经选矿处理获得稀土精矿后，再提取稀土。但混合型稀土矿物中含有的稀土磷酸盐矿物(独居石)即使在高温条件下也十分稳定，在常温下更是难以用酸分解，虽然已有的硫酸焙烧和烧碱分解这两种方法技术成熟，并在工业上大量应用，但在环保、节能方面存在弊端。

稀土精矿浓硫酸高温焙烧时焙烧温度一般在600～800℃之间，会产生大量含氟化硅、氟化氢、二氧化硫、三氧化硫等的强酸性废气和高放废渣，目前还没有经济有效、为企业所能接受的处理方法，日积月累对环境产生的危害越来越不容忽视。

用烧碱分解稀土矿物是一种经典的分解方法，烧碱法分解混合型稀土精矿与独居石相同，也需要用高品位的稀土精矿作原料。由于分解过程中无酸性有害气体产生，故无须庞大复杂的废气处理设备，因此这一工艺已经得到了较快推广。但由于烧碱价格的上涨，且后续工艺需要大量的酸进行溶解，严重的影响了生产厂家的经济效益。

氯化氨焙烧分解混合型稀土精矿提取稀土工艺，是一种通过NH₄Cl在一定温度条件下分解成HCl使矿物中的稀土氯化为稀土氯化物的方法。该方法需要采用两次焙烧，第一次，用碳酸钠与包头混合型稀土精矿混匀焙烧使混合型稀土精矿中的独居石和氟碳铈矿分解成稀土氧化物和氟化钠，水洗分离得到的稀土氧化物进行第二次焙烧，用氯化氨将在第一次焙烧中生成的稀土氧化物氯化为稀土氯化物，再经水洗得到稀土氯化物。如果能克服上述工艺中需要两次焙烧、两次水洗等缺点，该工艺将是真正的高效、清洁、资源综合利用的冶炼工艺。

在专利号为ZL201010145840.9的中国专利中公开了“一种混合稀土精矿液碱焙烧分解提取工艺”，其提出了一种新的分解工艺，将稀土精矿与氢氧化钠溶液混合，在回转窑中焙烧分解，分解后的矿物综合提取稀土、氟、磷和钙等资源，工艺过程无废气、废渣。该技术的关键是稀土精矿与氢氧化钠溶液混合后在回转窑中的焙烧分解过程。

但由于料浆进入回转窑后水分很快蒸发，稀土矿和氢氧化钠在窑头低温段会形成硬块并结圈，稀土矿和氢氧化钠结圈形成的硬块硬度很高，常规的刮板结构设计回转窑无法将形成的结圈刮下来，使焙烧无法连续进行。

公告号为CN102706141A的中国专利公开了“一种防止回转窑结圈的工艺方法”，其解决稀土精矿硫酸高温焙烧时结圈，该方法通过在回转窑的低温段设置回料孔，在高温段设置反料孔，回料孔和反料孔在回转窑外部用输料管连接，使高温段的焙烧矿部分返回低温段重新参与焙烧，通过这样的方式解决了结圈问题。但在浓硫酸高温焙烧稀土精矿过程中，主要由于矿酸比失调等原因造成回转窑内部结圈现象发生，其通过将高温段物料部分返回，缓解矿酸比失调，以解决结圈问题。这与稀土矿烧碱焙烧分解的结圈原理不同，因此上述方法对稀土矿烧碱焙烧分解的结圈问题不适用。

公告号为CN101824531A的中国专利公开了“一种混合稀土精矿液碱低温焙烧分解工艺”，其实现了碱分解混合稀土矿的连续化生产，工艺过程无废气和氨氮废水，实现了清洁生产和资源综合利用。但上述方法碱用量过高，氢氧化钠用量高达稀土精矿质量的50％，甚至150％。而烧碱价格较高，导致该工艺生产成本增加，因此经济效益较差。

技术实现要素：

对于现有技术中存在的上述问题，发明人提出了一种处理稀土精矿的系统和方法。解决了稀土精矿现有技术中存在“三废”严重、烧碱用量大成本高、后续工艺需要大量酸溶解等问题。

为了实现上述目的，本发明公开了一种处理稀土精矿的方法，包含以下步骤：

步骤一：在配料装置中将稀土精矿、碳酸钠、氯化剂、硫化剂以及粘结剂按重量比例进行配料并混匀，获得混合物料；

步骤二：在成型装置中将混合物料制备成稀土生球团；

步骤三：将稀土生球团送入旋转床进行焙烧，得到热态球团；

步骤四：将热态球团水淬，加入氯化钙在磨矿装置中进行湿式磨矿，得到矿浆；

步骤五：在固液分离淋洗装置中将矿浆过滤或抽滤，得到滤渣和氯化稀土溶液。

进一步地，步骤一中稀土精矿、碳酸钠、氯化剂、硫化剂以及粘结剂的配料重量比为100:5-35:30-100:2-30:0.5-10。

进一步地，步骤一中的稀土精矿为磷酸盐矿稀土精矿、氟碳酸盐矿稀土精矿或混合型稀土精矿。烧碱或纯碱能有效分解该类矿物的稀土精矿。优选地稀土精矿中REO的含量为30％以上；稀土精矿粒度优选为0.074mm以下占60％以上。当REO低于30％时，精矿中杂质含量过高，影响反应进行，且加入的各种添加剂相对较多，导致成本升高。进一步地，步骤一中稀土精矿、碳酸钠、氯化剂、硫化剂以及粘结剂的配料重量比为100:5-35:30-100:2-30:1-10。

进一步地，碳酸钠为含水结晶碳酸钠和/或无水碳酸钠，氯化剂为氯化盐，优选为氯化钠固体或溶液。硫化剂为硫磺或硫化矿精矿，优选为硫磺。

进一步地，粘结剂为腐殖酸钠、改性淀粉、羧甲基纤维素钠、果胶、瓜尔胶、糖浆、糊精中的一种或多种。

进一步地，步骤二中稀土生球团粒径为6-16mm，球团粒径过小，影响旋转床处理量；球团粒径过大，影响球团受热均匀，球团外层已经完全反应，而球团内核可能为未反应。

进一步地，步骤三中稀土生球团不经过烘干直接送入旋转床内焙烧。含水生球团直接入炉焙烧，省去烘干工艺，进一步的节能降耗。直接入炉的稀土生球团含水量优选为2-4％。如果稀土球团含水不足，炉内水蒸气不足，不利于焙烧反应。稀土生球团含水过高，可能使得球团在旋转床内开裂。

进一步地，步骤三中的焙烧在600-900℃的温度范围内进行，球团在旋转床内焙烧时间为30-80min。温度焙烧温度过低，焙烧反应不发生或者反应速率较慢。焙烧温度过高，能耗高不经济，且影响设备长期的有效运行。

进一步地，步骤四的湿式磨矿过程中加入的氯化钙质量与热态球团的质量比例为1:100-20:100。磨矿过程中钙离子与矿浆F-、PO₄^3-、SO₄^2-等离子反应生成沉淀，进入滤渣中。磨矿过程中矿浆浓度为45％-85％。

进一步地，步骤四中矿浆的细度为0.074mm以下大于80％。

进一步地，稀土精矿经旋转床焙烧后，生成易溶于水的稀土氯化物，水洗过程中富集进入水溶液，实现与钙、铝、铁、硅、磷、镁、硫等杂质的分离。

此外，本发明还提供了一种使用前述方法处理稀土精矿的系统，包括配料装置、成型装置、旋转床焙烧装置、水淬装置、磨矿装置以及固液分离淋洗装置。

稀土精矿在配料装置中完成配料获得混合物料后将混合物料送入成型装置，由成型装置将其制备成稀土生球团。随后，稀土生球团被送入旋转床进行焙烧。

旋转床具有环形炉底、外壳、螺旋给料装置以及出料口，环形炉底与外壳形成焙烧腔，在环形炉底的正上方均匀布置有热辐射管，采用辐射管进行加热。辐射管优选为蓄热式燃气辐射管，即可燃气体在辐射管能燃烧放热，进行热辐射，同时热辐射管两端连接有两个蓄热体以预热气体，进行蓄热式燃烧加热。采用蓄热式燃烧方法加热，对降低焙烧工艺的能耗和提高加热温度均具有重要意义。所用可燃气体可为低热值的燃气如高炉煤气、煤制气等，优选的气体热值最低可达700～800大卡。通过螺旋给料装置送料时采用给料堆积法对进料口进行密封；旋转床出料口直接连接水淬装置，以防止炉内气体从进料口、出料口逸出污染环境。在环形炉膛的外侧壁，环形的近给料口位置设置有烟道出口，烟气由引风机导出，可调整引风机功率调节炉膛内气压为微负压(例如-5pa～-50pa)。在环形炉膛的侧壁，环形的中间位置设置有进气口，根据焙烧反应状态，适时补入少量空气或氧气。旋转床焙烧区别于回转窑、隧道窑等其他设备焙烧。旋转床采用燃气辐射管加热，焙烧空间为密闭式空间，将炉内焙烧气氛与燃烧气体或外界空气有效隔开，减少对炉内气氛的搅动与稀释，更有利于焙烧反应的顺利进行，可有效减少氯化剂与硫化剂用量。密闭的焙烧空间，加强了对焙烧过程中产生的废气和有害气体的控制和处理，避免了气体泄漏污染周围空气，所以采用旋转床进行焙烧环保指标量良好。

稀土生球团均匀平铺于旋转床环形炉底随炉底进行旋转，由于受热辐射管加热，温度逐渐升高，球团中的水分与结晶水蒸发产生水蒸气。升温过程中，当温度达到600℃左右时，稀土精矿在碳酸钠的作用下开始分解生成稀土氧化物，同时氯化剂在硫化剂、氧气、水蒸气等作用下经过一系列复杂反应形成大量HCl与Cl₂混合气体。稀土氧化物或稀土精矿在HCl与Cl₂混合气体的作用下反应生成为稀土氯化物，而此时钙、铝、硅、镁等杂质反应困难，几乎不发生反应，因此为后续稀土氯化物被水洗溶于水溶液，与钙、铝、硅、镁、铁等杂质分离提供了良好的前提条件。

经过焙烧获得的热态球团直接进入到水淬装置进行水淬并加入氯化钙在磨矿装置中进行湿式磨矿得到矿浆，随后送入固液分离淋洗装置中将矿浆过滤或抽滤并淋洗，获得滤渣和氯化稀土溶液。

本发明的处理稀土精矿的系统与方法具有以下有益效果：

(1)本发明中采用旋转床进行密闭式焙烧，能有效控制烟尘产生，对焙烧过程中产生的有害气体也能进行有效控制防治外逸，具有重要的环保意义；

(2)本发明中采用旋转床采用蓄热式燃气热辐射管进行加热，一方面节能降耗，另一方面焙烧气氛与燃气、外界分离，减少了对焙烧气氛的稀释，更有利于反应的进行，同时还减少了加入剂的加入量，降低消耗成本；

(3)本发明中无需大量烧碱焙烧，焙烧产物又不需大量酸溶解，也无需多次焙烧、水洗，直接进行一步焙烧-水洗，即可稀土氯化物产品，工艺简单，成本较低，经济效益较好。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点在与附图结合对实施例进行的描述中将更加明显并容易理解，其中：

图1示出了根据本发明的处理稀土精矿的方法的流程示意图。

图2示出了根据本发明的处理稀土精矿的系统的结构框图。

具体实施方式

应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。

实施例一

参考图1和图2，将REO含量为20％的磷酸盐矿稀土精矿、碳酸钠、氯化钠、黄铁矿精矿(硫化剂)、腐殖酸钠(粘结剂)的按重量比例100：20：30：2：5在配料装置S100中配料混匀并在成型装置S200中制备球团，制得粒径为12mm-16mm的稀土生球团，球团含水2％。稀土生球团采用旋转床焙烧装置S300进行焙烧，焙烧温度为900℃，球团在旋转床焙烧装置S300内停留时间为30min。旋转床焙烧装置S300采用燃气辐射管进行密闭式辐射加热，控制炉内气压控制为微负压-30pa～-50pa。焙烧后热态球团从旋转床焙烧装置S300直接送入水淬装置S400进行水淬，添加热态球团1％重量的氯化钙在磨矿装置S500中进行湿式磨选，磨矿过程中矿浆浓度为60％，得到细度为0.074mm以下占80％的矿浆。随后送入固液分离淋洗装置S600对矿浆抽滤，并将滤饼加水淋洗，得到氯化稀土溶液和滤渣。稀土总收率达83.4％。

实施例二

参考图1和图2，将REO含量为48％的氟碳酸盐矿稀土精矿、碳酸钠、氯化钠、硫磺(硫化剂)、腐殖酸钠(粘结剂)的按重量比例100：5：100：30：7在配料装置S100中配料混匀并在成型装置S200中制备球团，制得粒径为8mm-12mm的稀土生球团，球团含水3％。稀土生球团采用旋转床焙烧装置S300进行焙烧，焙烧温度为800℃，球团在旋转床焙烧装置S300内停留时间为60min。旋转床焙烧装置S300采用燃气辐射管进行密闭式辐射加热，控制炉内气压控制为微负压-10pa～-20pa。焙烧后热态球团从旋转床焙烧装置S300直接送入水淬装置S400进行水淬，添加热态球团5％重量的氯化钙在磨矿装置S500中进行湿式磨选，磨矿过程中矿浆浓度为45％，得到细度为0.074mm以下占85％的矿浆。随后送入固液分离淋洗装置S600对矿浆抽滤，并将滤饼加水淋洗，得到氯化稀土溶液和滤渣。稀土总收率达90.4％。

实施例三

参考图1和图2，将REO含量为60％的混合稀土精矿、碳酸钠、氯化钠、硫磺(硫化剂)、改性淀粉(粘结剂)的按重量比例100：35：100：30：10在配料装置S100中配料混匀并在成型装置S200中制备球团，制得粒径为6mm-10mm的稀土生球团，球团含水4％。稀土生球团采用旋转床焙烧装置S300进行焙烧，焙烧温度为600℃，球团在旋转床焙烧装置S300内停留时间为80min。旋转床焙烧装置S300采用燃气辐射管进行密闭式辐射加热，控制炉内气压控制为微负压-5pa～-10pa。焙烧后热态球团从旋转床焙烧装置S300直接送入水淬装置S400进行水淬，添加热态球团15％重量的氯化钙在磨矿装置S500中进行湿式磨选，磨矿过程中矿浆浓度为85％，得到细度为-200目占95％的矿浆。随后送入固液分离淋洗装置S600对矿浆抽滤，并将滤饼加水淋洗，得到氯化稀土溶液和滤渣。稀土总收率达95.4％。

实施例四

参考图1和图2，将REO含量为60％的混合稀土精矿、碳酸钠、氯化钠、硫磺(硫化剂)、羧甲基纤维素钠(粘结剂)的按重量比例100：25：30：2：0.5在配料装置S100中配料混匀并在成型装置S200中制备球团，制得粒径为6mm-10mm的稀土生球团，球团含水3％。稀土生球团采用旋转床焙烧装置S300进行焙烧，焙烧温度为700℃，球团在旋转床焙烧装置S300内停留时间为70min。旋转床焙烧装置S300采用燃气辐射管进行密闭式辐射加热，控制炉内气压控制为微负压-5pa～-20pa。焙烧后热态球团从旋转床焙烧装置S300直接送入水淬装置S400进行水淬，添加热态球团20％重量的氯化钙在磨矿装置S500中进行湿式磨选，磨矿过程中矿浆浓度为70％，得到细度为0.074mm以下占90％的矿浆。随后送入固液分离淋洗装置S600对矿浆抽滤，并将滤饼加水淋洗，得到氯化稀土溶液和滤渣。稀土总收率达93.2％。

以上仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。