一種超重力分離稀土渣中稀土資源的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種超重力分離稀土渣中稀土資源的方法，該方法包括以下步驟：步驟一、將熔融稀土渣在1300-1150℃溫度區(qū)間以小于2℃/min的冷卻速率冷卻，獲取熱處理稀土渣；步驟二、對(duì)所述熱處理稀土渣進(jìn)行離心超重力分離。通過離心超重力分離后可以得到鈰氟硅石品位在80-93%的稀土精礦，精礦中稀土的回收率可以達(dá)到85-90%。尾礦中主要物相是氟化鈣與含稀土鋇氟金云母，能夠代替部分螢石用于回收氟化鈣，同時(shí)尾礦可以直接作為濕法提Sc2O3、Eu2O3的原料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用超重力實(shí)現(xiàn)了稀土渣中細(xì)小、分散的鈰氟硅石定向富集，提高了產(chǎn)品Ce2O3的收得率與質(zhì)量，同時(shí)回收了尾礦中的螢石、Sc2O3及Eu2O3。不但解決了稀土渣的環(huán)境負(fù)荷問題，而且實(shí)現(xiàn)了稀土渣資源的綜合利用。
【專利說明】一種超重力分離稀土渣中稀土資源的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域中的共生資源高效分離利用，特別涉及一種在超重力條件下分離稀土渣中稀土資源的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]包頭白云鄂博礦是我國特有的含鐵、稀土、鈮和氟等元素的大型多金屬共生礦床，其中稀土儲(chǔ)量居世界首位。目前主、東礦區(qū)的螢石型中貧礦石(含鐵較低和含稀土、氟較高)不經(jīng)選礦直接進(jìn)入高爐冶煉，稀土未被還原幾乎全部進(jìn)入爐渣并得到富集，爐渣中稀土氧化物RxOy含量在15%左右，并且只有鈰氟硅石一種稀土礦物。此外，還有一種富含鈧和銪的片狀礦物-含稀土鋇氟金云母。脈石礦物是槍晶石、螢石和硫化鈣。其中鈰氟硅石和含稀土鋇氟金云母是該渣中主要有兩種具有經(jīng)濟(jì)意義的工藝礦物。
[0003]富稀土渣按照RxOy不同的品位分成不同等級(jí)的產(chǎn)品，可分別作為分離稀土元素和煉制各種稀土合金的原料，而含稀土鋇氟金云母經(jīng)富集后，可獲得含Sc2O3約670ppm和含Eu2O3約500ppm的富集物，經(jīng)濕法冶金可提取價(jià)格昂貴的氧化鈧，同時(shí)綜合回收氧化銪。經(jīng)初步估算，每處理100噸高爐渣可獲盈利約42萬元。
[0004]國內(nèi)外的科研工作者圍繞渣中稀土相的選礦回收展開一系列的研究工作:經(jīng)重選試驗(yàn)，可得稀土品位50-59%的精礦和14%左右的中礦，精礦和中礦的回收率可達(dá)35-48%及30%左右。經(jīng)浮選+重選+強(qiáng)磁選工藝流程，分別選出了 60.4%的稀土精礦和尾礦，選出的尾礦再次進(jìn)行浮選后，獲得含稀土鋇氟金云母62.3%-64.33%的精礦，其回收率在50%左右。顯而易見，現(xiàn)有選礦工藝得到的精礦中稀土資源的回收率比較低。同時(shí)，在富稀土渣進(jìn)行重選、磁選、浮選前，需要先將其磨細(xì)，以便單體礦相的解離，該過程磨礦費(fèi)用高，會(huì)造成稀土渣中主要的稀土礦相鈰氟硅石相粉碎成顆粒細(xì)小的晶粒，降低了稀土渣中稀土資源的回收率。此外，浮選過程中藥劑用量大`，容易污染環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，提供了一種能夠省略前期磨礦環(huán)節(jié)巨大能耗成本，高效連續(xù)從稀土渣中富集分離鈰氟硅石相，從而提高稀土渣中稀土資源的回收率，最終實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效回收稀土渣中稀土資源的處理方法。
[0006]該方法包括以下步驟:
步驟一、將熔融稀土渣在1300-1150°C溫度區(qū)間以小于2°C /min的冷卻速率冷卻，獲取熱處理稀土渣；
步驟二、對(duì)所述熱處理稀土渣進(jìn)行離心超重力分離。
[0007]優(yōu)選地，步驟二中所述離心超重力分離過程中，離心超重力系數(shù)大于100g，溫度范圍為 1100-1200。。。
[0008]優(yōu)選地，步驟二中所述離心超重力分離過程為恒溫離心，離心時(shí)間為5_30min ;或者所述離心超重力分離過程是以1_5°C /min的速度冷卻至1100°C后，結(jié)束離心。[0009]優(yōu)選地，步驟一中所述熔融稀土渣的二元堿度值范圍為1.5-2.0, CaF2質(zhì)量百分比含量為熔融稀土渣的15-17% ;其中所述二元堿度為熔融稀土渣中CaO和SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比。
[0010]優(yōu)選地，步驟一前還包括向所述熔融稀土渣中加入添加劑，所述添加劑為CaO、SiO2和螢石中的一種或多種。
[0011]優(yōu)選地，步驟一和步驟二之間還包括將所述熱處理稀土渣回溫，回溫溫度范圍為1190-1210°C ;步驟二是將回溫后的熱處理稀土渣進(jìn)行離心超重力分離。
[0012]優(yōu)選地，所述的稀土渣包括高爐富稀土渣、高爐轉(zhuǎn)型稀土渣與熔分稀土渣。
[0013]優(yōu)選地，所述離心超重力分離為連續(xù)處理或間歇性批處理。
[0014]本發(fā)明第二目的在于提出一種超重力分離稀土渣中稀土資源的離心分離設(shè)備，離心分離設(shè)備包括給料口、轉(zhuǎn)鼓(8)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)，其特征在于，調(diào)速電動(dòng)機(jī)與轉(zhuǎn)鼓相連，轉(zhuǎn)鼓上固定有輸料內(nèi)螺旋陶瓷質(zhì)內(nèi)襯，所述輸料內(nèi)螺旋陶瓷質(zhì)內(nèi)襯旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)鼓相同，轉(zhuǎn)鼓兩端分別為口徑不同的轉(zhuǎn)鼓大端和轉(zhuǎn)鼓小端，轉(zhuǎn)鼓大端為液體出料口，轉(zhuǎn)鼓小端為固體出料口。
[0015]本發(fā)明第三目的還在于提出一種超重力分離稀土渣中稀土資源的離心分離設(shè)備，離心分離設(shè)備包括給料口、轉(zhuǎn)鼓(8)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)，其特征在于，調(diào)速電動(dòng)機(jī)與轉(zhuǎn)鼓相連，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)安裝有多孔陶瓷過濾器，多孔陶瓷過濾器的孔徑小于100微米；所述稀土渣經(jīng)離心分離后，渣液經(jīng)由所述多孔陶瓷過濾器外壁流出，固體經(jīng)由過濾器內(nèi)壁輸出。
[0016]基于本發(fā)明的技術(shù)方案，在對(duì)稀土渣處理后可以得到鈰氟硅石品位在80-93%的稀土精礦，精礦中稀土的回收率可以達(dá)到85-90%。尾礦中主要物相是氟化鈣與含稀土鋇氟金云母，能夠代替部分螢石用于回收氟化鈣，同時(shí)尾礦可以直接作為濕法提Sc203、Eu2O3的原料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用超重力實(shí)現(xiàn)了稀土渣中細(xì)小、分散的鈰氟硅石定向富集，提高了產(chǎn)品Ce2O3的收得率與質(zhì)量，同時(shí)回收了尾礦中的螢石、Sc2O3及Eu203。不但解決了稀土渣的環(huán)境負(fù)荷問題，而且實(shí)現(xiàn)了稀土渣資源的綜合利用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明高溫超重力分離稀土渣中鈰氟硅石相流程圖。
[0018]圖2為本發(fā)明中高溫超重力分離稀土渣中鈰氟硅石系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]1-高爐，2-魚雷罐車，3-渣罐，4-加熱系統(tǒng)，5-加料系統(tǒng)，6_底吹系統(tǒng)，7_鈰氟硅石晶粒，8-轉(zhuǎn)鼓，9-輸料內(nèi)螺旋陶瓷質(zhì)內(nèi)襯，10-尾渣熔體，11-軸承，12-聯(lián)軸器，13-電動(dòng)機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示本發(fā)明中超重力分離稀土渣中稀土資源的方法包括以下兩個(gè)步驟: 步驟一、稀土渣中鈰氟硅石的選擇性析出與長大:將熔融稀土渣在1300-1150°C溫度
區(qū)間以小于2V /min的冷卻速率冷卻，獲取熱處理稀土渣。
[0021]為了保證含稀土渣的有效分離首先需要對(duì)稀土渣進(jìn)行預(yù)處理。稀土爐渣出爐時(shí)，通過熔融爐渣成分實(shí)時(shí)檢測，迅速得知爐渣中堿度、粘度信息；并利用在線紅外測溫儀檢測爐渣實(shí)時(shí)溫度。[0022]若爐渣二元堿度(本發(fā)明指爐渣中CaO和SiO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比:Ca0/Si02)小于1.5，出渣完畢后立即向爐渣中添加CaO調(diào)整堿度(Ca0/Si02)至1.5-2.0之間；反之，若爐渣堿度(Ca0/Si02)大于2.0，則出渣完畢后立即向爐渣中添加SiO2調(diào)整堿度(Ca0/Si02)至
1.5-2.0之間。同時(shí)為保證熔渣的流動(dòng)性，需要將熔渣粘度控制在一定的范圍，因此可以向渣中添加螢石，使熔渣中CaF2的質(zhì)量百分比含量達(dá)到16%左右，如15-17%。
[0023]預(yù)處理后立即將爐渣進(jìn)行熱處理。熱處理設(shè)備相當(dāng)于一個(gè)精煉爐，采用底吹氣體攪伴均勻爐內(nèi)熔渣溫度，并用石墨電極加熱調(diào)整和控制熔渣緩冷速度，以確保爐渣在1300-1150°C之間以小于2°C /min速度緩慢冷卻。最后再將熔渣進(jìn)行回溫，使其溫度調(diào)整為1200°C左右，例如1190-1210°C，然后立即進(jìn)行步驟二的離心超重力分離。
[0024]步驟二、稀土渣中鈰氟硅石相離心超重力分離。
[0025]將回溫后的熔渣緩慢的加入到離心分離機(jī)，通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生超重力，離心超重力系數(shù)大于100g，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有陶瓷材質(zhì)輸料內(nèi)螺旋內(nèi)襯，其旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)鼓相同，含有析出鈰氟硅石懸浮顆粒的熔渣從進(jìn)料管進(jìn)入離心分離機(jī)內(nèi)，在離心力的作用下，熔渣中固相鈰氟硅石被沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，由輸料螺旋推送到轉(zhuǎn)鼓小端，從固體出口排出，渣液從轉(zhuǎn)鼓大端溢流口流出。
[0026]離心超重力分離可以為恒溫離心，保持離心分離機(jī)內(nèi)熔渣在預(yù)定的溫度，持續(xù)離心預(yù)定的時(shí)間；離心超重力分離也可以是條件性離心，在離心過程中，控制離心分離機(jī)內(nèi)熔渣的冷卻速度，當(dāng)熔渣的溫度降低到預(yù)定范圍時(shí)，結(jié)束離心。
[0027]實(shí)施本發(fā)明上述方法的系統(tǒng)包括主要熱處理設(shè)備和離心分離設(shè)備。
[0028]其中，熱處理設(shè)備包括渣罐(3)、加熱系統(tǒng)(4)、加料系統(tǒng)(5)和底吹系統(tǒng)(6)。
[0029]離心分離設(shè)備包括給料口`、轉(zhuǎn)鼓(8 )、調(diào)速電動(dòng)機(jī)(13 )，調(diào)速電動(dòng)機(jī)(13 )通過聯(lián)軸器(12)和軸承(11)與轉(zhuǎn)鼓(8)相連，轉(zhuǎn)鼓上固定有輸料內(nèi)螺旋陶瓷質(zhì)內(nèi)襯，所述輸料內(nèi)螺旋陶瓷質(zhì)內(nèi)襯旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)鼓相同，轉(zhuǎn)鼓兩端分別為口徑不同的轉(zhuǎn)鼓大端和轉(zhuǎn)鼓小端，轉(zhuǎn)鼓大端為液體出料口，轉(zhuǎn)鼓小端為固體出料口。
[0030]離心分離設(shè)備進(jìn)行的離心超重力分離可以是連續(xù)性處理，即在持續(xù)性從給料口向轉(zhuǎn)鼓注入熔體的同時(shí)進(jìn)行離心超重力分離，不停機(jī)地從出料口獲取分離物。也可以是間歇性批處理操作，即熔體一次性從給料口注入轉(zhuǎn)鼓(8)，然后啟動(dòng)離心分離設(shè)備旋轉(zhuǎn)5-30min或旋轉(zhuǎn)至熔體達(dá)到預(yù)定的溫度后，停機(jī)自然冷卻。
[0031]結(jié)合圖2所示對(duì)本發(fā)明的高溫超重力分離稀土渣中鈰氟硅石系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖予以說明。
[0032]含稀土的熔渣出爐裝入渣罐(3)以后，從加料系統(tǒng)(5)向熔渣中加入CaO或SiO2將渣堿度調(diào)整為1.5-2.0，隨后向渣中添加螢石，使熔渣中CaF2的質(zhì)量百分比含量達(dá)到15-17%，以提高熔渣的流動(dòng)性；同時(shí)打開底吹系統(tǒng)(6)底吹氣體進(jìn)行攪拌，促進(jìn)添加劑的熔化和熔渣溫度均勻；當(dāng)熔渣溫度降到1300°C溫度左右時(shí)，控制冷卻速度，以小于2°C /min的冷卻速率緩冷至1150°C，促使稀土渣渣中的稀土元素向鈰氟硅石相富集；再利用加熱系統(tǒng)
(4)將熔渣加熱到1200°C左右，以保證熔渣具有較好的流動(dòng)性；將熱處理后的熔渣緩慢加入到離心機(jī)給料口，通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心超重力，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有輸料內(nèi)螺旋陶瓷質(zhì)內(nèi)襯，其旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)鼓相同，在離心力的作用下，熔體中固相鈰氟硅石晶體被沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，由輸料螺旋推送到轉(zhuǎn)鼓小端，從固體出口排出，渣液從轉(zhuǎn)鼓大端溢流口流出。
[0033]可替換地，在離心設(shè)備中，可以將內(nèi)螺旋陶瓷質(zhì)內(nèi)襯更換為多孔陶瓷過濾器，多孔陶瓷過濾器的孔徑應(yīng)小于100微米。在內(nèi)置多孔陶瓷過濾器情況下，渣液由經(jīng)由過濾器外壁流出，而過濾物鈰氟硅石經(jīng)由過濾器內(nèi)壁輸出。
[0034]以下結(jié)合實(shí)例予以闡述。
[0035]實(shí)施例1:
取lOkgl#包鋼高爐富稀土渣，將其研磨至200目以下，經(jīng)檢測，其二元堿度Ca0/Si02為1.28，CaF2含量為稀土渣的13%，因此向渣中配加0.5kgCa0與CaF2質(zhì)量比為1:1的混合物料，使其堿度調(diào)整為1.7，CaF2含量達(dá)到稀土渣的16%，混勻后加熱至1400°C保溫30min，確保成分混合均勻，隨后迅速冷卻至1300°C，然后以0.50C /min的冷卻速率在溫度區(qū)間1300-1150°C促使稀土渣中的稀土元素向鈰氟硅石相富集，最終以鈰氟硅石晶體的形式析出并長大。爐渣熱處理完畢后，調(diào)整爐渣溫度至1200°C后立即開啟內(nèi)置陶瓷材質(zhì)輸料內(nèi)螺旋內(nèi)襯的離心機(jī)，調(diào)整離心機(jī)轉(zhuǎn)速使重力系數(shù)為300g，恒溫離心分離30min后，關(guān)閉離心機(jī)。將轉(zhuǎn)鼓小端固體出口的試樣磨成粉末進(jìn)行XRD分析。不同實(shí)驗(yàn)條件下所得轉(zhuǎn)鼓小端富鈰氟硅石料成分和稀土資源的回收率如下表所示。
【權(quán)利要求】
1.一種超重力分離稀土渣中稀土資源的方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟一、將熔融稀土渣在1300-1150°c溫度區(qū)間以小于2°C /min的冷卻速率冷卻，獲取熱處理稀土渣； 步驟二、對(duì)所述熱處理稀土渣進(jìn)行離心超重力分離。
2.如權(quán)利要求1所述的超重力分離稀土渣中稀土資源的方法，其特征在于，步驟二中所述離心超重力分離過程中，離心超重力系數(shù)大于100g，溫度范圍為1100-1200°C。
3.如權(quán)利要求1所述的超重力分離稀土渣中稀土資源的方法，其特征在于，步驟二中所述離心超重力分離過程為恒溫離心，離心時(shí)間為5-30min ;或者所述離心超重力分離過程是以1_5°C /min的速度冷卻至1100°C后，結(jié)束離心。
4.如權(quán)利要求1所述的超重力分離稀土渣中稀土資源的方法，其特征在于，步驟一中所述熔融稀土渣 的二元堿度值范圍為1.5-2.0, CaF2質(zhì)量百分比含量為熔融稀土渣的15-17% ;其中所述二元堿度為熔融稀土渣中CaO和SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比。
5.如權(quán)利要求1所述的超重力分離稀土渣中稀土資源的方法，其特征在于，步驟一前還包括向所述熔融稀土渣中加入添加劑，所述添加劑為CaO ,SiO2和螢石中的一種或多種。
6.如權(quán)利要求1所述的超重力分離稀土渣中稀土資源的方法，其特征在于，步驟一和步驟二之間還包括將所述熱處理稀土渣回溫，回溫溫度范圍為1190-1210°C ;步驟二是將回溫后的熱處理稀土渣進(jìn)行離心超重力分離。
7.如權(quán)利要求1所述的超重力分離稀土渣中稀土資源的方法，其特征在于:所述的稀土渣包括高爐富稀土渣、高爐轉(zhuǎn)型稀土渣與熔分稀土渣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述超重力分離稀土渣中稀土資源的方法，其特征在于:所述離心超重力分離為連續(xù)處理或間歇性批處理。
9.一種超重力分離稀土渣中稀土資源的離心分離設(shè)備，離心分離設(shè)備包括給料口、轉(zhuǎn)鼓(8 )、調(diào)速電動(dòng)機(jī)，其特征在于，調(diào)速電動(dòng)機(jī)與轉(zhuǎn)鼓相連，轉(zhuǎn)鼓上固定有輸料內(nèi)螺旋陶瓷質(zhì)內(nèi)襯，所述輸料內(nèi)螺旋陶瓷質(zhì)內(nèi)襯旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)鼓相同，轉(zhuǎn)鼓兩端分別為口徑不同的轉(zhuǎn)鼓大端和轉(zhuǎn)鼓小端，轉(zhuǎn)鼓大端為液體出料口，轉(zhuǎn)鼓小端為固體出料口。
10.一種超重力分離稀土渣中稀土資源的離心分離設(shè)備，離心分離設(shè)備包括給料口、轉(zhuǎn)鼓(8)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)，其特征在于，調(diào)速電動(dòng)機(jī)與轉(zhuǎn)鼓相連，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)安裝有多孔陶瓷過濾器，多孔陶瓷過濾器的孔徑小于100微米；所述稀土渣經(jīng)離心分離后，渣液經(jīng)由所述多孔陶瓷過濾器外壁流出，固體經(jīng)由過濾器內(nèi)壁輸出。
【文檔編號(hào)】C22B59/00GK103451442SQ201310416337
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】郭占成, 李軍成, 高金濤 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)