一種高壓浸出包頭稀土礦的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高壓浸出包頭稀土精礦礦的方法，此技術(shù)屬于稀土濕法冶金技術(shù)領(lǐng)域。包頭混合稀土精礦是氟碳鈰礦與獨居石的混合礦，通過兩步壓力浸出能夠徹底將稀土礦分解，用酸浸液溶解堿餅后進(jìn)行稀土分離與提取。第一步鹽酸和易溶鋁鹽與稀土礦混合，在高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行加壓浸出，減壓過濾后，濾渣與堿液混合返回高壓反應(yīng)釜進(jìn)行二次壓力浸出，減壓過濾洗滌后，濾餅與一次壓力浸出液混合溶解后再進(jìn)行稀土分離。該方法在高壓密閉環(huán)境操作，環(huán)境污染小，酸堿度和鋁的濃度低，反應(yīng)速率快，大大降低能耗，經(jīng)濟(jì)效益高。
【專利說明】
一種高壓浸出包頭稀土礦的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓浸出包頭稀土礦的方法，屬于稀土濕法冶金技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]包頭稀土精礦是氟碳鈰礦與獨居石的復(fù)合礦物，氟碳鈰礦化學(xué)式可表示為REFCO3或REF3.RE2(CC>3)3，獨居石礦化學(xué)式表不為REPCU。氟碳鋪礦與獨居石礦的相對含量約為9:1?1:1，與稀土的品位無關(guān)。由于獨居石礦物與氟碳鈰礦相比化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，常溫下用酸很難分解，而且礦物中成分復(fù)雜，所以包頭稀土礦物被認(rèn)為是最難冶煉的稀土礦。
[0003]目前，工業(yè)上對于包頭稀土礦的分解方法僅限于硫酸焙燒法和氫氧化鈉分解法，硫酸焙燒法是工業(yè)廣泛采用的方法，如濃硫酸焙燒法，稀土精礦與硫酸混合后在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行焙燒，由于焙燒過程中氟碳鈰礦和硫酸分解易產(chǎn)生HF氣體、含硫氣體和硫酸酸霧，不僅污染環(huán)境而且對設(shè)備腐蝕性大，而且工藝流程長，原料消耗量大，該法已逐漸被淘汰。堿法是采用濃NaOH分解法和碳酸鹽分解法，NaOH分解法是采用濃NaOH分解礦物。碳酸鹽分解法通常采用堿金屬碳酸鹽，該方法可減輕氟對環(huán)境的污染。但堿法對礦物品位要求高，對設(shè)備耐腐蝕性要求嚴(yán)格，堿耗大，且產(chǎn)生大量含氟廢水，難于處理，該工藝目前已經(jīng)很少使用。
[0004]本專利是采用高壓浸出的方法，設(shè)計了一套兩步壓力浸出后產(chǎn)物合并提取工藝，只有嚴(yán)格按照權(quán)利要求書中設(shè)計的工藝條件進(jìn)行控制，稀土礦物的溶解率才能達(dá)到99.8%以上，不但能夠縮短分解時間，減小環(huán)境污染，而且生產(chǎn)成本較低，目前這套工藝設(shè)計未見類似相關(guān)報到。只是部分操作有相似之處，但是整體工藝操作及控制條件完全不同，例如:李梅等開發(fā)出了絡(luò)合浸出法分解氟碳鈰礦工藝，專利CN 201210434070.9公開了一種含氟碳鈰礦的稀土精礦絡(luò)合浸出及冰晶石制備方法，此方法是在常壓下，用鹽酸和氯化鋁絡(luò)合浸出氟碳鈰礦，并最終制備冰晶石，這種方法能夠有效將氟碳鈰礦浸出，但是要求酸度高，液固比高，反應(yīng)時間長。壓力浸出工藝在稀土礦物浸出領(lǐng)域也有應(yīng)用，例如:專利CN95110519.1公開了一種堿水熱法從稀土精礦分解制備氯化稀土的工藝及設(shè)備，在溫度為251-300 °C，壓力大于1.8MPa，氫氧化鈉與礦石重量比小于等于I，且大于0.8的條件下，分解3-4個小時，分解率達(dá)到98%以上。該方法采用的是一次壓力浸出，需要的分解溫度高，分解時間長，對設(shè)備的要求較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高壓浸出包頭稀土礦的方法，該方法是通過兩步壓力浸出徹底將稀土礦物分解，分解產(chǎn)物合并綜合提取，反應(yīng)過程在高壓密閉環(huán)境中完成，能源消耗小，反應(yīng)酸堿度低，對鋁的濃度要求降低，無環(huán)境污染，精礦分解率高，分解時間短，對包頭稀土精礦的冶煉具有重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟(jì)價值。
[0006]技術(shù)解決方案
本發(fā)明的技術(shù)方案按照如下步驟進(jìn)行: 首先將一定量的150目以上稀土氧化物含量大于55%的包頭稀土精礦與鋁鹽共同加入高壓反應(yīng)釜中，氟碳鈰精礦中氟元素與鋁鹽中鋁元素的總摩爾比為0.05?0.6，鋁鹽可以是A1C13、A13(S04)2、A1N03中的任何一種；然后加入H+濃度為I?3mol/L的HC1、H2S04、HN03中的一種，要求使用的無機(jī)酸與鋁鹽具有相同的陰離子?？刂埔汗瘫?mL:g)為(20?35): 1，浸出溫度為140?180°C，壓力為I?6MPa，勻速攪拌20min后減壓過濾。濾餅返回高壓反應(yīng)釜加入堿液進(jìn)行二次壓浸，堿溶液可以是NaOH、KOH中的一種，控制條件為:液固比[堿液體積(mL)與濾餅質(zhì)量(g)]為(3?10):1，浸出溫度為130?150°C，堿液濃度為30?60%，壓力為2?5MPa，勾速攪拌30?90min后減壓過濾，濾餅熱水洗滌三次后與一次壓浸的濾液混合、溶解、過濾后再進(jìn)行稀土的分離提取，最終使包頭稀土礦的浸出率達(dá)到99.6%以上。
[0007]在技術(shù)方案中，要求加入150目以上品位大于55%的包頭稀土礦的目的是使包頭稀土礦在設(shè)定時間內(nèi)能夠快速分解，同時考慮到后期稀土分離過程鈣元素的影響，所以對品位要求稀土氧化物含量大于55%，最終使稀土礦物的分解率達(dá)到99.6%以上，溶液的成分有利于稀土的萃取分離;礦物的顆粒越小，絡(luò)合分解反應(yīng)就越快，精礦的品位越高，分解反應(yīng)越容易發(fā)生。第一次高壓浸出加入鋁鹽是為了促進(jìn)氟碳鈰礦的分解，鋁與氟容易發(fā)生絡(luò)合，在酸性條件下，氟碳鈰礦易與Al3+和H+作用生成氟鋁絡(luò)合離子，從而使氟碳鈰礦分解。殘余渣主要是獨居石和部分未分解的氟碳鈰礦，進(jìn)入第二步堿法壓力浸出。
[0008]在技術(shù)方案中，使用的是HCl、H2SO4、HNO3中的一種，控制酸液初始H+濃度達(dá)到I?3mol/L，液固比(mL:g)為(20?35):1，第一壓力浸出加入過量的高濃度的酸既為了加速氟碳鈰礦的分解，同時又是為了與二次壓力浸出的濾餅混合時能有效溶解濾餅中的氫氧化稀土。第二次壓力浸出的目的是為了分解第一浸出渣中的獨居石和未分解的氟碳鈰礦。通過兩次壓力浸出能快速高效的分解混合型稀土礦，氟被溶解進(jìn)入溶液中，避免焙燒過程產(chǎn)生HF氣體，利用酸浸溶液溶解堿餅，實現(xiàn)了清潔高效分解，降低成本，節(jié)省資源。
[0009]在技術(shù)方案中，要求使用的無機(jī)酸與鋁鹽具有相同的陰離子，這是非常關(guān)鍵的一步，因為如果使用不同的陰離子的無機(jī)酸和鋁鹽雖然也能使礦物分解，但是會使浸出液中的陰離子種類增加，給后續(xù)稀土的分離和資源回收增加困難。
[0010]在技術(shù)方案中，第一次壓力浸出，要求控制高壓反應(yīng)釜內(nèi)溫度為160?260°C，壓力為I?6MPa，勻速攪拌20min后減壓過濾;第二次壓力浸出要求控制高壓反應(yīng)釜內(nèi)溫度為120?240 °C，堿液濃度為30?60%，壓力為2?5MPa，勻速攪拌30?90min后減壓過濾。
[0011]以上工藝和反應(yīng)條件是實踐探究出的結(jié)果，只有按照以上幾個給出的反應(yīng)條件操作，最終才能確保包頭稀土礦物的浸出率達(dá)到99.6%以上。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點:
相對于以往的包頭稀土礦的分解方法，其特點在于:省去了濃硫酸焙燒的過程，無氟化氫氣體的產(chǎn)生;采用分步壓力浸出法，根據(jù)氟鋁絡(luò)合原理，在高溫高壓條件下，加快了稀土礦的分解，提高了分解效率，比以往的絡(luò)合浸出法更節(jié)約成本，能耗小，利用酸浸液分解堿餅，大大節(jié)省了試劑消耗，降低了成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。該種分步壓力浸出方法工藝簡單，成本低，對設(shè)備要求低，礦物分解率高，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明流程圖。
【具體實施方式】
[0014]實施例1:
稱取150目以上稀土氧化物含量56.3%的包頭混合稀土精礦1000g，該稀土精礦的含氟量為7.4%，選用AlCl3.6H20為絡(luò)合劑，稀土精礦中氟元素與鋁鹽中鋁元素的總摩爾比為4，與稀土精礦共同加入高壓反應(yīng)釜中，然后加入3mol/L的HCl溶液25L，最后將高壓反應(yīng)釜迅速升溫到160°C后保溫20 min,壓力為1.5MPa，同時保持勻速攪拌，減壓過濾后濾餅返回高壓反應(yīng)釜，加入30%濃度的NaOH溶液2L，控制反應(yīng)溫度為180 °C，壓力達(dá)到4MPa，勻速攪拌50min后減壓過濾并用熱水洗滌濾渣3次，最終稀土礦物的溶解率達(dá)到99.7%。
[0015]實施例2:
稱取150目以上稀土氧化物含量58.1%的包頭混合稀土精礦100g，該稀土精礦的含氟量為7.5%，選用AlCl3.6H20為絡(luò)合劑，稀土精礦中氟元素與鋁鹽中鋁元素的總摩爾比為1.5，與稀土精礦共同加入高壓反應(yīng)釜中，然后加入2mol/L的HCl溶液35L，最后將高壓反應(yīng)釜迅速升溫到190°C保溫20 min,壓力為2MPa，同時保持勻速攪拌，減壓過濾后濾餅返回高壓反應(yīng)釜，加入50%濃度的NaOH溶液1L，控制反應(yīng)溫度為140 °C，壓力達(dá)到3MPa，勻速攪拌90min后減壓過濾并用熱水洗滌濾渣3次，最終稀土礦物的溶解率達(dá)到99.8%。
[0016]實施例3:
稱取150目以上稀土氧化物含量59.8%的包頭混合稀土精礦1000g，該稀土精礦的含氟量為7.6%，選用Al2(SO4)3.16H20為絡(luò)合劑，稀土精礦中氟元素與鋁鹽中鋁元素的總摩爾比為2.0，與稀土精礦共同加入高壓反應(yīng)釜中，然后加入1.5mol/U^H2S04溶液30L，最后將高壓反應(yīng)釜迅速升溫到220°C后保溫20 min,壓力為4MPa，同時保持勻速攪拌，減壓過濾后濾餅返回高壓反應(yīng)釜，加入40%濃度的NaOH溶液2L，控制反應(yīng)溫度為200°C，壓力達(dá)到4MPa，勻速攪拌60min后減壓過濾并用熱水洗滌濾渣3次，最終稀土礦物的溶解率達(dá)到99.7%。
[0017]實施例4:
稱取150目以上稀土氧化物含量61.3%的包頭混合稀土精礦100g，該稀土精礦的含氟量為7.5%，選用Al2(SO4)3.16H20為絡(luò)合劑，稀土精礦中氟元素與鋁鹽中鋁元素的總摩爾比為3.0，與稀土精礦共同加入高壓反應(yīng)釜中，然后加入ImolAJ^H2SO4溶液35L，最后將高壓反應(yīng)釜迅速升溫到240°C后保溫20 min,壓力為5MPa，同時保持勻速攪拌，減壓過濾后濾餅返回高壓反應(yīng)釜，加入60%濃度的NaOH溶液1.5L，控制反應(yīng)溫度為170 °C，壓力達(dá)到3.5MPa，勻速攪拌60min后減壓過濾并用熱水洗滌濾渣3次，最終稀土礦物的溶解率達(dá)到99.8%。
[0018]實施例5:
稱取150目以上稀土氧化物含量60.1%的包頭混合稀土精礦100g，該稀土精礦的含氟量為7.2%，選用Al(NO3)3.9H20為絡(luò)合劑，稀土精礦中氟元素與鋁鹽中鋁元素的總摩爾比為4.0，與稀土精礦共同加入高壓反應(yīng)釜中，然后加入3mol/L的HNO3溶液25L，最后將高壓反應(yīng)釜迅速升溫到260°C后保溫20 min,壓力為6MPa，同時保持勻速攪拌，減壓過濾后濾餅返回高壓反應(yīng)釜，加入40%濃度的NaOH溶液2.5L，控制反應(yīng)溫度為240°C，壓力達(dá)到5MPa，勻速攪拌30min后減壓過濾并用熱水洗滌濾渣3次，最終稀土礦物的溶解率達(dá)到99.85%。
【主權(quán)項】
1.一種高壓浸出包頭稀土礦的方法，其特征在于，方法步驟如下:首先將一定量的包頭稀土精礦與鋁鹽共同加入高壓反應(yīng)釜中，然后加入一定濃度的無機(jī)酸，在設(shè)定條件下開始反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束以后，對溶液進(jìn)行過濾，濾餅返回高壓反應(yīng)釜，加入一定量的強堿溶液，在設(shè)定條件下繼續(xù)反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，溶液過濾洗滌，濾餅與一次壓力浸出液按比例混合進(jìn)行反應(yīng)，溶液過濾后再進(jìn)行稀土分離提取。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓浸出包頭稀土礦的方法，其特征在于，包頭稀土精礦中稀土氧化物的含量大于55%，礦物的顆粒在150目以上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓浸出包頭稀土礦的方法，其特征在于，加入的鋁鹽可以是六1(:13^13(504)2或41勵3中的一種，精礦中氟元素與鋁鹽中鋁元素的總摩爾比為1.5?4。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓浸出包頭稀土礦的方法，其特征在于，絡(luò)合浸出所用的無機(jī)酸可以是HCl、H2S04或HNO3中的一種，要求使用的無機(jī)酸與鋁鹽具有相同的陰離子，溶液中H+摩爾濃度為I?3mol/L。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓浸出包頭稀土礦的方法，其特征在于，絡(luò)合浸出過程的控制條件為:液固比[酸液體積(mL):精礦質(zhì)量(g)] = (20?35):1，浸出溫度為160?2600C,壓力為I?6MPa，勻速攪拌20min后減壓過濾。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓浸出包頭稀土礦的方法，其特征在于，濾餅返回高壓反應(yīng)釜，加入的強堿溶液可以是NaOH或KOH中的一種，控制條件為:液固比[堿液體積(mL):濾餅質(zhì)量(g)]=(3?10):1，浸出溫度為120?240°C，堿摩爾液濃度為30?60%，壓力為2?5MPa，勻速攪拌30?90min后減壓過濾。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓浸出包頭稀土礦的方法，其特征在于，經(jīng)過兩次高壓浸出后，稀土礦物的浸出率達(dá)到99.6%以上。
【文檔編號】C22B3/06GK106011465SQ201610616440
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月1日
【發(fā)明人】張曉偉, 李梅, 王覓堂, 柳召剛, 胡艷宏, 胡家利
【申請人】內(nèi)蒙古科技大學(xué)