稀土精矿分解过程的实验研究

稀有金属冶金实验

8.1稀土精矿分解过程的实验研究 8.1.1 实验目的

1、了解独居石、氟碳铈矿、混合型稀土精矿分解的原理。 2、掌握独居石、氟碳铈矿、混合型稀土精矿的分解工艺。

3、掌握独居石、氟碳铈矿、混合型稀土精矿的分解反应过程的物相变化。

4、掌握独居石、氟碳铈矿、混合型稀土精矿焙烧分解产物提取稀土元素的过程及方法。 5、掌握分析稀土矿物分解过程中各稀土物相中稀土元素含量的方法。

8.1.2 实验原理

包头混合型稀土精矿作为世界储量最丰富、产量最大的稀土资源，其主要由氟碳铈矿（REFCO3）和独居石（REPO4）组成，由于其成分复杂(主要成分列于表8.1-1)，且含有的独居石既在高温下难以分解又不能常温下直接溶于酸或碱溶液，因此被世界公认为难冶炼矿种。同时此矿物分解过程中氟碳铈矿中的氟形成废气排出，既浪费资源又污染环境。

表8.1-1混合型稀土精矿的主要化学成分

物质 含量(wt%)

RE2O3 51.66

CaO 13.15

SiO2 1.38

TFe 2.46

P2O5 8.74

F 9.83

为了将矿物中的稀土较完全回收，必须先将转化为氧化物，而此转化的效果被称为分解率。CaO添加助剂的多元焙烧体系分解包头稀土精矿的方法可以有效分解独居石，提高稀土矿物的分解率，且分解过程中氟能以固态形式留于焙烧产物中避免环境的污染。

上述方法基于加入的CaO在高温下能有效分解稀土混合精矿。其中CaO与独居石、氟碳铈矿相互作用，生成稀土氧化物、磷酸钙、氟磷酸钙、氯磷酸钙及氟化钙等，其主要化学反应方程如下：

2REFCO3+CaO=CaF2+RE2O3+2CO2↑ (8.1-1) REFCO3=REOF+CO2↑ (8.1-2) Ce2O3+1/2O2=2CeO2 (8.1-3) CaO+2REOF=RE2O3+CaF2 (8.1-4) 2REPO4+3CaO=Ca3(PO4)2+RE2O3 (8.1-5) 9CaO+CaF2+6REPO4=3RE2O3+2Ca5F(PO4)3 (8.1-6) 9CaO+CaCl2+6REPO4=3RE2O3+2Ca5Cl(PO4)3 (8.1-7)

由上述反应可见，稀土元素分解后形成稀土氧化物，而为提取回收稀土元素，分解产物用H2SO4溶液浸出，为了提高稀土的浸出率，先用9NH2SO4浸出，然后在90℃水浴加热，同时加水稀释溶液，以降低浸出液的酸度。此过程的反应为：

RE2O3+3H2SO4=RE2(SO4)3+3H2O (8.1-8)

CaF2+ H2SO4=CaSO4+2HF (8.1-9) Ca3(PO4)2+ 3H2SO4=3CaSO4+2H3PO4 (8.1-10)

8.1.3 实验设备及仪器

SKZ13型旋转管式加热炉；XPM型行星式混料机；抛光机；XTP型偏光显微镜；电子天平；恒温水浴箱；SH-4型双显双控恒温磁力搅拌器；烘箱；漏斗；烧杯；三角瓶。

焙烧设备如图8.1-1所示。

图8.1-1 焙烧装置示意图

物料 加热体 控温仪 炉体 铌钢炉管 控温仪

变频器

8.1.4 实验原料及试剂

包头混合型稀土精矿；分析纯CaO、NaCl、CaCl2；EDTA；六次甲基四胺；二甲酚橙；六水合硫酸亚铁铵；环氧树脂；分析纯磷酸、高氯酸、硫酸；分析纯二氧化铈。

8.1.5 实验步骤

1、称取一定量的包头混合稀土精矿按照矿物：CaO：NaCl：CaCl2=100：15：4：6的比例，分别加入一定量的CaO、MgO、NaCl，采用XPM型行星式混料机将物料混匀。

2、将步骤1中混好物料以及混合型稀土精矿，放入SKZ13型旋转管式加热炉内，分别在600℃、700℃、800℃下焙烧1小时。按此步骤制备出焙烧样品。

3、将步骤2中的焙烧样品，采用定铈法分别测定焙烧产物的分解率3次。此方法在测分解率过程中，利用测定Ce的氧化率来代替稀土精矿的分解率，在保证测试结果准确的同时，可以提高测试速度。

4、根据步骤3的测试结果，选择分解率最高的焙烧矿，将此焙烧矿以及焙烧前的粉末分别经环氧树脂粘结后，磨平抛光。

5、将步骤4中所获得的样品在XTP型偏光显微镜上观察焙烧前后矿物物相的变化，并结合X衍射图了解包头混合稀土精矿焙烧分解过程及分解反应产物。

6、根据步骤3的测试结果，分别计算出3个焙烧矿浸出稀土所需的H2SO4量（9N），

并向焙烧样中加入所需的H2SO4，在SH-4型双显双控恒温磁力搅拌器上搅拌1h，此后静置20分钟。

7、在步骤5中所得处理后矿中加入适量的水，放入水浴加热器中，90℃加热搅拌1小时，趁热过滤，收集滤液，滤渣用水洗3次，洗液用于配制9N H2SO4循环使用。

8、对步骤6中的滤液采用EDTA滴定法进行稀土含量分析，算出稀土浸出率。 9、按步骤6~8重复3次实验，以确定最终3个焙烧矿中稀土浸出率。

8.1.6 数据整理与分析

1、混合型稀土精矿焙烧过程分解率测试方法的基本原理：

稀土矿物中的Ce都以三价存在，所以只要检测到Ce4+,一定是分解后的产物，由于稀土氟氧化物中Ce为三价，按照此定义，它不属于最终分解产物。用硫酸亚铁铵标定法测Ce4+含量，测总铈含量前用高氯酸把Ce3+完全氧化成Ce4+。

分解率计算式为：Ce4+／Σ(Ce3++ Ce4+)＝分解率（％）。 2、稀土浸出率的测试方法

焙烧矿物采用H2SO4浸出方法溶解稀土元素，并采用EDTA滴定法测试浸出溶液中稀土元素的含量。

此分析方法提要：含稀土的溶液调节pH=5.5，以六次甲基四胺为缓冲剂，二甲酚橙为指示剂，Fe等元素以抗坏血酸掩蔽，用EDTA滴定，溶液由玫瑰红变为亮黄色为终点。

用此方法测得浸出液中的稀土含量与焙烧后混合稀土精矿物中的稀土含量之比即为稀土浸出率。

浸出率计算式为：REO（浸出液）/REO（焙烧矿）=浸出率（%）。

3、详细记录每个步骤的实验条件以及所得到的试验数据，保存好原始记录。并计算稀土精矿的分解率以及稀土的浸出率。

表8.1-2 实验记录表

4、混合型稀土精矿分解前后的矿物经采用环氧树脂制样、磨平、抛光后，采用XTP型偏光显微镜观察分解前后矿物颗粒形貌变化，并熟悉设备使用。

5、实验结束后，写出实验报告，回答思考题。

8.1.7 注意事项

1、使用SKZ13型旋转管式加热炉后，务必保证炉管温度降低到200℃以下才可以停止

其旋转，以避免炉管弯曲变形。

2、使用XTP偏光显微镜时，注意物镜与试样保持距离，避免误伤物镜。 3、显微镜试样需要抛光良好，以免显微照片不清晰。

8.1.8 思考题

1、根据焙烧和浸出过程的反应分析CaO多元焙烧体系分解包头稀土精矿避免污染的途径？

2、分析包头稀土精矿焙烧过程中矿物物相的变化？

3、影响矿物分解率以及稀土浸出率的因素有哪些，并对如何提高矿物的分解率提出自己的建议？

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1tox.html