本發(fā)明涉及有價(jià)金屬分離回收技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種低溫分離稀土礦還原礦中鐵、渣及稀土相的裝置及方法。
背景技術(shù)：
白云鄂博礦床位于我國(guó)內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市，系沉積變質(zhì)——熱液交代的世界罕見(jiàn)中國(guó)獨(dú)有的巨大的鐵、稀土、鈮等多金屬多元素共生的大型礦床。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有71種元素，170種礦物，其稀土儲(chǔ)量居世界第一位，稀土礦的組成元素繁多，其中TFe品位較低(30％左右)、ReO含量較高(6％左右)、Nb等元素含量在0.1％左右，且礦物相組成、結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，各礦物相的結(jié)晶粒度極為細(xì)小。這使得當(dāng)前的選礦冶煉技術(shù)一直未能解決稀土礦中各元素有效分選的難題。
國(guó)內(nèi)外科研單位及工作者對(duì)白云鄂博鐵礦資源的開(kāi)發(fā)利用進(jìn)行了大量的研究，經(jīng)過(guò)多年的探索和實(shí)踐，研發(fā)出了一系列的工藝及方法：
在選礦方面，提出了氧化礦和磁鐵礦分別處理的選礦工藝流程。對(duì)于氧化礦選礦，研究并確定出了弱磁選-強(qiáng)磁選-反浮選的綜合回收鐵、稀土的選礦新工藝。其中，為了提鐵降氟降鉀鈉實(shí)現(xiàn)精料方針，將弱磁選精礦與強(qiáng)磁選精礦由混合反浮選改為分別單獨(dú)浮選；對(duì)強(qiáng)磁選精礦先采用堿性反浮選降氟、而后在弱酸性介質(zhì)中正浮選提鐵降鉀鈉。對(duì)于磁鐵礦選礦，設(shè)計(jì)并改進(jìn)了連續(xù)磨礦-弱磁選-浮選(選稀土)的流程，但其間由于稀土選礦工藝的改造，該流程停止了稀土精礦的生產(chǎn)，最終形成了連續(xù)磨礦-弱磁選-反浮選(除螢石)的工藝流程。對(duì)于稀土礦物選礦，其亟待解決的問(wèn)題是稀土礦物與鐵礦物、鈮礦物、硅酸鹽礦物以及含鈣、鋇等礦物的有效分離。目前回收白云鄂博礦中的稀土礦物采用的方法主要是浮選工藝，含稀土的入選原料經(jīng)由一粗二精一掃浮選工序就可生產(chǎn)出50％ReO的混合稀土精礦，如果需要60％ReO的精礦，則需增加一道精選工藝。
在冶煉方面，白云鄂博稀土精礦多采用高溫硫酸強(qiáng)化焙燒水浸稀土(“三代”酸法)工藝，即混合稀土礦物與硫酸混合，經(jīng)加熱反應(yīng)全部生成稀土硫酸鹽后進(jìn)入水浸液，釷則在高溫強(qiáng)化焙燒時(shí)生成不溶于水的焦磷酸鹽(或磷酸鹽)留在水浸渣中，這種渣因含放射性釷而被專(zhuān)門(mén)堆存。白云鄂博鐵精礦多采用傳統(tǒng)的，也是較成熟的燒結(jié)-高爐-轉(zhuǎn)爐流程回收鐵。但是，由于鐵精礦磨礦粒度細(xì)，容易造成燒結(jié)礦、球團(tuán)礦的質(zhì)量差；其次由于氟、鈉、鉀等有害元素在高爐中存在及作用，導(dǎo)致該礦的高爐利用系數(shù)長(zhǎng)期以來(lái)處于較低水平。此外，高爐冶煉后稀土元素全部進(jìn)入高爐渣中，只有小部分高爐渣用于制取稀土中間合金，大部分堆存廢棄，不僅造成資源浪費(fèi)，而且還污染環(huán)境。
大量研究工作提出采用直接還原工藝處理稀土礦，該工藝可使礦中的鐵元素在較低的溫度下被還原成金屬態(tài)。但關(guān)于還原鐵與脈石相的分離，目前仍依賴(lài)于傳統(tǒng)的選礦工藝，但由于復(fù)雜的礦物相結(jié)構(gòu)使得鐵、脈石間的分離難以達(dá)到理想的效果。近年來(lái)，有研究工作指出采用直接還原——高溫熔分工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)稀土礦中液態(tài)鐵相與渣相間的分離，但該工藝需要1550℃以上的高溫，在如此高的溫度下不僅大量的雜質(zhì)元素和共生元素會(huì)滲入到鐵液之中，造成鐵液成分的不可控；而且由于稀土礦中還含有大量的CaF2，其在成渣以后會(huì)對(duì)爐襯造成嚴(yán)重的腐蝕。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在低于鐵熔點(diǎn)、以及稀土相成渣溫度的條件下，將稀土礦還原礦中鐵相與渣相予以分離，不僅能有效阻止礦中稀土元素及雜質(zhì)元素向鐵相中的滲入，最大限度的提高鐵相的純度；而且，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)稀土相在渣中的富集。
為此，本發(fā)明的目的在于提出一種低溫分離稀土礦還原礦中鐵、渣及稀土相的裝置及方法。該裝置包括電極加熱裝置，橢圓形反應(yīng)器、反應(yīng)器支撐系統(tǒng)、軸承、傳動(dòng)軸、調(diào)速電動(dòng)機(jī)、反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和下水口；電極加熱裝置從橢圓形反應(yīng)器頂部伸入橢圓形反應(yīng)器內(nèi)，橢圓形反應(yīng)器安置在反應(yīng)器支撐系統(tǒng)上，反應(yīng)器支撐系統(tǒng)正下方通過(guò)傳動(dòng)軸與調(diào)速電動(dòng)機(jī)連接，反應(yīng)器支撐系統(tǒng)安置在反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，反應(yīng)器支撐系統(tǒng)和反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)平臺(tái)之間設(shè)置軸承，橢圓形反應(yīng)器下部開(kāi)有下水口。調(diào)速電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)橢圓形反應(yīng)器與反應(yīng)器支撐系統(tǒng)在反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上高速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)離心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超重力實(shí)現(xiàn)熔融渣相與固態(tài)鐵相間的分別富集。
采用該裝置進(jìn)行分離的方法，具體包括如下步驟：
(一)將稀土礦的直接還原礦加入橢圓形反應(yīng)器中，并通過(guò)電極加熱裝置加熱至1050-1300℃，使得渣相熔融，而鐵相保持固態(tài)；
(二)開(kāi)啟調(diào)速電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)橢圓形反應(yīng)器在水平方向上高速旋轉(zhuǎn)、產(chǎn)生水平向外的超重力場(chǎng)，促使固態(tài)鐵相沿超重力方向向橢圓形反應(yīng)器內(nèi)壁一側(cè)富集；而熔融渣相則沖破鐵相阻隔、并沿超重力反方向遷移聚集至橢圓形反應(yīng)器中心區(qū)域；
(三)待分離完成后關(guān)閉調(diào)速電動(dòng)機(jī)，橢圓形反應(yīng)器停止旋轉(zhuǎn)，開(kāi)啟下水口，使富集至橢圓形反應(yīng)器中心區(qū)域的熔融渣相經(jīng)下水口排出，而富集至橢圓形反應(yīng)器內(nèi)壁一側(cè)的固態(tài)鐵相停留在橢圓形反應(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)熔融渣相與固態(tài)鐵相的高效分離。
其中，稀土礦包括稀土礦原礦、含稀土礦鐵精礦。步驟(二)中的超重力系數(shù)為100-600g，分離時(shí)間控制在7-15min。
本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：
上述方案中，利用超重力實(shí)現(xiàn)了稀土礦還原礦中鐵相與渣相在低于鐵熔點(diǎn)、以及稀土相成渣溫度條件下的富集與分離，這不僅能有效阻止礦中稀土元素及雜質(zhì)元素向鐵相中的滲入，最大限度的提高鐵相的純度；而且，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)稀土相在渣中的富集。經(jīng)大量試驗(yàn)證明發(fā)現(xiàn)經(jīng)超重力低溫分離后可以同時(shí)得到MFe(金屬鐵)含量高于98％的鐵相，以及富含稀土元素的渣相。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的低溫分離稀土礦還原礦中鐵、渣及稀土相的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
其中：1-電極加熱裝置；2-橢圓形反應(yīng)器；3-反應(yīng)器支撐系統(tǒng)；4-軸承；5-傳動(dòng)軸；6-調(diào)速電動(dòng)機(jī)；7-反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)平臺(tái)；8-下水口；9-熔融渣相；10-固態(tài)鐵相。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
本發(fā)明提供一種低溫分離稀土礦還原礦中鐵、渣及稀土相的裝置及方法。
如圖1所述，為該裝置結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置中，電極加熱裝置1從橢圓形反應(yīng)器2頂部伸入橢圓形反應(yīng)器2內(nèi)，橢圓形反應(yīng)器2安置在反應(yīng)器支撐系統(tǒng)3上，反應(yīng)器支撐系統(tǒng)3正下方通過(guò)傳動(dòng)軸5與調(diào)速電動(dòng)機(jī)6連接，反應(yīng)器支撐系統(tǒng)3安置在反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)平臺(tái)7上，反應(yīng)器支撐系統(tǒng)3和反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)平臺(tái)7之間設(shè)置軸承4，橢圓形反應(yīng)器2下部開(kāi)有下水口8。
使用該裝置進(jìn)行分離稀土礦還原礦中鐵、渣及稀土相時(shí)，將稀土礦的直接還原礦加入橢圓形反應(yīng)器2中，并通過(guò)電極加熱裝置1加熱至1050-1300℃，使得渣相熔融、而鐵相保持固態(tài)。然后，開(kāi)啟調(diào)速電動(dòng)機(jī)6，驅(qū)動(dòng)橢圓形反應(yīng)器2在水平方向上高速旋轉(zhuǎn)、產(chǎn)生水平向外的超重力場(chǎng)，促使固態(tài)鐵相10沿超重力方向向橢圓形反應(yīng)器2內(nèi)壁一側(cè)富集；而熔融渣相9則沖破鐵相阻隔、并沿超重力反方向遷移聚集至橢圓形反應(yīng)器2中心區(qū)域。待分離完成后，關(guān)閉調(diào)速電動(dòng)機(jī)6，橢圓形反應(yīng)器2停止旋轉(zhuǎn)，同時(shí)開(kāi)啟反應(yīng)器下水口8，使富集至橢圓形反應(yīng)器2中心區(qū)域的熔融渣相9經(jīng)反應(yīng)器下水口8排出，而富集至橢圓形反應(yīng)器2內(nèi)壁一側(cè)的固態(tài)鐵相10停留在橢圓形反應(yīng)器2內(nèi)。最終，實(shí)現(xiàn)熔融渣相9與固態(tài)鐵相10的高效分離。
以下結(jié)合具體實(shí)例予以闡述。
實(shí)施例1：
取白云鄂博礦區(qū)的稀土礦進(jìn)行氣基還原，然后將20kg稀土礦還原礦加入橢圓形反應(yīng)器2中，然后加熱升溫至1200℃至渣相熔融。隨后，啟動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)6驅(qū)動(dòng)橢圓形反應(yīng)器2在水平方向上旋轉(zhuǎn)、并調(diào)整重力系數(shù)為400g，恒溫超重力分離7min后關(guān)閉調(diào)速電動(dòng)機(jī)6、并進(jìn)行取樣分析。根據(jù)所取樣品的宏觀圖可知，采用超重力方法實(shí)現(xiàn)了稀土礦還原礦中渣相與鐵相在1200℃的有效分離，固態(tài)鐵相10沿超重力方向富集至橢圓形反應(yīng)器2內(nèi)壁，而熔融渣相9則沿反方向富集至橢圓形反應(yīng)器2中心區(qū)域。進(jìn)一步對(duì)分離后的固態(tài)鐵相10與熔融渣相9分別進(jìn)行化學(xué)分析與XRF分析，發(fā)現(xiàn)固態(tài)鐵相10中MFe(金屬鐵)的含量高達(dá)98.54％，并且稀土相全部進(jìn)入渣中，渣中稀土含量達(dá)到14.50％，可見(jiàn)采用超重力方法能夠顯著提高鐵相的純度，且同時(shí)將稀土相富集至渣中，實(shí)現(xiàn)了稀土礦中鐵與稀土元素的有效分離。
實(shí)施例2：
取白云鄂博礦區(qū)的稀土礦進(jìn)行氣基還原，然后將20kg稀土礦DRI加入橢圓形反應(yīng)器2中，然后加熱升溫至1100℃至渣相熔融。隨后，啟動(dòng)調(diào)速電動(dòng)機(jī)6驅(qū)動(dòng)橢圓形反應(yīng)器2在水平方向上旋轉(zhuǎn)、并調(diào)整重力系數(shù)為600g，恒溫超重力分離15min后關(guān)閉調(diào)速電動(dòng)機(jī)6、并進(jìn)行取樣分析。根據(jù)所取樣品的宏觀圖可知，采用超重力方法同樣實(shí)現(xiàn)了稀土礦還原礦中熔融渣相9與固態(tài)鐵相10在1100℃的有效分離，固態(tài)鐵相10沿超重力方向富集至橢圓形反應(yīng)器2內(nèi)壁，而熔融渣相9則沿反方向富集至橢圓形反應(yīng)器2中心區(qū)域。進(jìn)一步對(duì)分離后的熔融渣相9與固態(tài)鐵相10分別進(jìn)行化學(xué)分析與XRF分析，發(fā)現(xiàn)固態(tài)鐵相10中MFe(金屬鐵)的含量達(dá)到98.02％，稀土相全部進(jìn)入渣中，且渣中稀土含量達(dá)到14.74％，可見(jiàn)采用超重力方法能夠顯著提高鐵相的純度，且同時(shí)將稀土相富集至渣相之中，實(shí)現(xiàn)了稀土礦中鐵與稀土元素的有效分離。
以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。