浓硫酸低温焙烧含磷稀土精矿分步提取磷和稀土的方法与流程

本发明涉及一种湿法冶金技术，具体是，涉及一种浓硫酸低温焙烧含磷稀土精矿分步提取磷和稀土的方法。

背景技术

全球的稀土矿物主要分为氟碳铈矿、独居石和风化壳淋积型稀土矿等三种。其中独居石矿物(repo4)即为含磷稀土矿物，其中除了含有稀土资源外，还包括丰富的磷资源。目前，主要采用浓硫酸分解工艺从含磷稀土精矿中提取稀土，浓硫酸分解工艺又分为高温和低温两种。在浓硫酸高温焙烧工艺中，精矿中的铁与独居石中的磷在高温焙烧过程中形成难溶性的磷酸铁，后续水浸(弱酸性)、中和过程中，少量溶出的磷酸根继续与溶解的铁形成磷酸铁沉入水浸渣中。由于水浸渣中还有放射性核素钍和硫酸钙等成分，导致这部分磷资源难以回收利用。为解决工艺中硫酸分解、尾气酸酸量大、焙烧能耗高等问题，曾采用低温分解工艺处理，由于分解温度较低，焙烧矿中硫酸夹带量大，导致磷酸与硫酸铁并没有形成稳定的磷酸铁沉淀物，所以用水浸出后，稀土、磷、铁、钍等资源进入水浸液。又因为硫酸稀土溶解度较低，为保证稀土溶出，采用大量的水进行浸出，因此出现了磷浓度很低的水浸液，同时，水浸液中的稀土离子严重影响到磷的回收，导致磷资源回收难度大，成本高。为进一步获得纯净的稀土溶液，需要通过增加水浸液中铁含量来控制铁/磷比，并利用碱中和得到磷铁钍中和渣和硫酸稀土浸出液。由此可知，无论高温工艺还是低温工艺，均没有实现混合型稀土矿物中磷资源的回收问题。但从工艺过程可以了解到，低温焙烧过程中，精矿中的磷实际上是得到了活化而进入水浸液，这就为磷资源的回收提供了条件。但水浸液中磷酸浓度较低，高浓度的re³⁺、fe³⁺以及微量的放射性th⁴⁺等进一步导致回收难度增大。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题是提供一种浓硫酸低温焙烧含磷稀土精矿分步提取磷和稀土的方法，利用酸性条件下，磷酸铁、磷酸稀土、磷酸钍等溶解性及硫酸稀土与磷酸的扩散速率差异的原理，分步提取磷酸，实现与稀土初步分离的方法，克服现有技术存在的难题。

技术方案如下：

一种浓硫酸低温焙烧含磷稀土精矿分步提取磷和稀土的方法，包括：

含磷稀土精矿与浓硫酸按比例混合均匀，在200-350℃条件下焙烧分解，得到焙烧矿；

将焙烧矿与水混合调浆进行一次浸出，浸出结束过滤洗涤后得到磷酸提取液及一次浸渣；一次浸渣再与稀硫酸溶液进行二次浸出，浸出结束过滤洗涤后得到稀土提取液及水浸渣。

进一步：稀土提取液的成分为硫酸稀土，水浸渣的成分为硫酸钙。

进一步：含磷稀土精矿采用氟碳铈矿与独居石形成的混合型含磷稀土精矿或单一独居石精矿。

进一步：含磷稀土精矿与浓硫酸按照重量比为1:1.2-1.8混合。

进一步：焙烧矿包括硫酸钙、硫酸稀土晶体、磷酸与未分解的硫酸。

进一步：一次浸出过程中，焙烧矿与水的固液重量比为1:0.4-1:2，时间5-30min，浸出温度20-60℃。

进一步：磷酸提取液的成分包括磷酸、硫酸，一次浸渣主要成分包括硫酸钙与硫酸稀土晶体。

进一步：一次浸渣与ph值为0.5-2的稀硫酸溶液按照固液重量比1:6-1:10进行二次浸出，浸出时间1-3h，浸出温度为20-60℃。

本发明技术效果包括：

本发明克服现有技术存在的难题，利用酸性条件下，磷酸铁、磷酸稀土、磷酸钍等溶解性及硫酸稀土与磷酸的扩散速率差异的原理，分步提取磷酸，实现与稀土初步分离的方法。同时，在一定程度上降低了低温焙烧结圈频率，达到了降低中和耗碱量和放射性废渣减量化的目的。

(1)将含磷稀土精矿的稀土与磷资源提取整合进入同一冶炼过程，无需单独处理稀土冶炼废渣回收磷资源。

(2)利用高酸矿比提高了含磷稀土矿物分解率，解决了工程结圈问题，同时为磷资源提取奠定基础。

(3)高浓度磷酸溶液在回收磷酸后的余液可以与二次浸出的硫酸稀土浸出液合并进行后续处置。

(4)由于磷资源被提取，降低了为沉淀磷而引入的铁资源，同时降低了放射性废渣的渣量。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明中浓硫酸低温焙烧含磷稀土精矿分步提取磷和稀土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。

本发明主要用于混合型稀土矿物浓硫酸低温焙烧磷资源提取过程。广义的讲，适用于其他含磷矿物酸分解过程中，磷资源与金属资源分别回收过程。

如图1所示，是本发明中浓硫酸低温焙烧含磷稀土精矿分步提取磷和稀土的方法的工艺流程图。

浓硫酸低温焙烧含磷稀土精矿分步提取磷和稀土的方法，具体包括以下步骤：

步骤1：将含磷稀土精矿(氟碳铈矿与独居石形成的混合型含磷稀土精矿或单一独居石精矿)与浓硫酸(浓度为92％-98％)按照重量比为1:1.2-1.8混匀，在200-300℃条件下焙烧分解，得到焙烧矿；

焙烧矿的主要成分是硫酸钙、硫酸稀土晶体、磷酸与未分解的硫酸。

提高低温焙烧过程中硫酸与含磷稀土精矿之间的酸矿比，过量硫酸将为分步提取、回收磷酸创造条件，同时大幅降低了低温焙烧过程中的结圈频率，提高了稀土矿物分解速率。

步骤2：将焙烧矿与水混合调浆进行一次浸出，固液重量比1:0.4-1:2，时间5-30min，浸出温度20-60℃，过滤洗涤后得到磷酸提取液及一次浸渣；

磷酸提取液的主要成分为磷酸、硫酸，一次浸渣主要成分包括硫酸钙与硫酸稀土晶体。

在低温焙烧过程中，由于焙烧温度低，硫酸与生成的磷酸均未分解，铁离子无法发挥对磷酸根的固定作用，因此，焙烧矿中的磷酸根是以磷酸形式存在。而焙烧导致焙烧矿水分蒸发殆尽，二水硫酸钙与硫酸稀土晶体在焙烧矿中以混合包裹态形式存在。所以，在水浸过程中，磷酸溶解速率极快，而硫酸稀土结晶物受外扩散机制影响导致溶解速率较慢。因此，可以利用二者溶解速率差异实现初步分离。在分步提取得到磷酸提取液中，又因为高度富集的磷酸根离子对磷酸稀土、磷酸铁、磷酸钍等难溶物溶解平衡的抑制作用，控制合适溶解条件，可以达到降低磷酸溶液中稀土、铁、钍元素浓度的目标。从而为综合回收磷资源，减少中和耗碱量，减少放射性废渣渣量，并将磷资源回收融入酸法工艺体系创造条件。

步骤3：一次浸渣与ph值为0.5-2的稀硫酸溶液按照固液重量比1:6-1:10进行二次浸出，浸出时间1-3h，浸出温度为20-60℃，过滤稀土后得到稀土提取液及水浸渣。

稀土提取液的主要成分为硫酸稀土，水浸渣的主要成分硫酸钙。

实施例1

稀土品位为60％的混合型稀土精矿与浓硫酸按照重量比为1:1.8混匀，在350℃条件下焙烧分解，得到焙烧矿。将焙烧矿与水混合调浆进行一次浸出，固液重量比1:1，浸出时间10min，浸出温度30℃，过滤洗涤后得到p2o5含量为40g/l的磷酸提取液及一次浸渣，磷提取率为92％。一次浸渣再次与ph值为0.5的稀硫酸溶液按照固液重量比1:6进行二次浸出，浸出时间3h，浸出温度为40℃，过滤后得到reo为38g/l，ph值为0.4的稀土提取液及水浸渣。

实施例2

稀土品位为60％的独居石稀土精矿与浓硫酸按照重量比为1:1.7混匀，在350℃条件下焙烧分解1小时，得到焙烧矿。将焙烧矿与水混合调浆进行一次浸出，固液重量比1:2，浸出时间10min，浸出温度40℃，过滤洗涤后得到p2o5含量为21g/l的磷酸提取液及一次浸渣，磷提取率为95％。一次浸渣再次与ph值为1的稀硫酸溶液按照固液重量比1:6进行二次浸出，浸出时间3h，浸出温度为50℃，过滤后得到reo为35g/l，ph值为0.8的稀土提取液及水浸渣。

实施例3

稀土品位为60％的混合型稀土精矿与浓硫酸按照重量比为1:1.6混匀，在300℃条件下焙烧分解1小时，得到焙烧矿。将焙烧矿与水混合调浆进行一次浸出，固液重量比1:0.4，浸出时间30min，浸出温度20℃，过滤洗涤后得到p2o5含量为91g/l的磷酸提取液及一次浸渣，磷提取率为85％。一次浸渣再次与ph值为2的稀硫酸溶液按照固液重量比1:10进行二次浸出，浸出时间1h，浸出温度为60℃，过滤后得到reo为24g/l，ph值为0.3的稀土提取液及水浸渣。

实施例4

稀土品位为65％的混合型稀土精矿与浓硫酸按照重量比为1:1.2混匀，在200℃条件下焙烧分解2小时，得到焙烧矿。将焙烧矿与水混合调浆进行一次浸出，固液重量比1:1，浸出时间20min，浸出温度40℃，过滤洗涤后得到p2o5含量为33g/l的磷酸提取液及一次浸渣，磷提取率为80％。一次浸渣再次与ph值为1.5的稀硫酸溶液按照固液重量比1:8进行二次浸出，浸出时间2h，浸出温度为20℃，过滤后得到reo为41.6g/l，ph值为0.3的稀土提取液及水浸渣。

实施例5

稀土品位为50％的独居石稀土精矿与浓硫酸按照重量比为1:1.5混匀，在250℃条件下焙烧分解3小时，得到焙烧矿。将焙烧矿与水混合调浆进行一次浸出，固液重量比1:0.7，浸出时间5min，浸出温度60℃，过滤洗涤后得到p2o5含量为44g/l的磷酸提取液及一次浸渣，磷提取率为75％。一次浸渣再次与ph值为1的稀硫酸溶液按照固液重量比1:8进行二次浸出，浸出时间2h，浸出温度为30℃，过滤后得到reo为29g/l，ph值为0.2的稀土提取液及水浸渣。

应当理解的是，以上的描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。