[发明专利]一种氟碳铈矿和独居石混合稀土精矿的清洁冶炼工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种氟碳铈矿和独居石混合稀土精矿的清洁冶炼工艺，具体地，本发明涉及氟碳铈矿和独居石混合稀土精矿中稀土、氟、磷、钍等资源的清洁冶炼方法。

背景技术

包头白云鄂博矿主要由氟碳铈矿和独居石组成，其比例约为6:4，其中铈组元素约占矿物稀土元素总量的98%。除稀土外，精矿中含有大量的非稀土有价元素，如：氟、磷及放射性元素钍（0.2～0.3%），都值得作为资源回收。钍是一种放射性元素，又是一种很有用的再生核燃料，无论对于资源利用还是环境保护而言，回收的意义都很重大。目前包头稀土矿主要采用浓硫酸强化高温焙烧技术，铁、磷、钍大部分被“烧死”在渣中，含钍放射性废渣及含氟、硫废气对环境污染严重，有价元素未得到综合利用，造成资源浪费。

浓硫酸高温焙烧已经应用在包头稀土冶炼中有近30年的历史，对包头矿资源尤其是生产适合国家需求的稀土产品起了重要作用。焙烧流程如图1所示：首先对包头稀土精矿通过浓硫酸强化焙烧（800℃左右高温下），焙烧产物进行水浸，中和除杂后得到放射性废渣以及硫酸稀土溶液，将硫酸稀土溶液经磷酸二辛酯萃取分离。在浓硫酸强化焙烧过程中产生尾气，对其中的氟、硫进行回收。

该工艺产生的含钍放射性废渣及含氟、硫废气对环境污染严重，有价元素氟、磷、钍一直未得以综合回收，加之酸气腐蚀设备严重，环保困难，产生的“三废”污染问题随着稀土生产的加大日益突出。近年来研制的各种冶炼方法，包括烧碱法焙烧、浓硫酸低温焙烧和碳酸钠焙烧方法由于各种因素，大多处于实验室阶段，并未得到工业应用。发展基于碱法的集成焙烧新技术，仍是解决包头矿焙烧污染以及资源综合回收的最有效方法之一。其中，碳酸钠焙烧法被认为是较为清洁的冶炼流程。然而碳酸钠焙烧法在焙烧阶段存在的一个突出的技术瓶颈就是焙烧过程中的结块问题，另外就是后续的分离流程中，无法分别回收氟和磷的问题。

本发明人在前期的研究工作中从焙烧方式和设备角度，已经开发了一系列解决碳酸钠焙烧过程中结块问题的方法，例如：本发明人在先申请的CN102494535A公开了一种防结圈焙烧回转窑及焙烧方法，回转窑的内部放置有研磨体，并设置有螺旋式带形导轨；带形导轨内部中空，外沿与回转窑内壁紧密贴合。在焙烧过程中，物料与回转窑内部的研磨体一同焙烧，与此同时研磨体对物料进行研磨，随着回转窑的旋转，研磨体与物料沿带形导轨向出料端移动，最终出料。在先申请的CN102424912A公开了一种矿粉包埋熔剂制备球团的方法，即首先制备得到熔剂球团；然后进行第二次造球，使矿粉包埋熔剂球团；再进行干燥、焙烧，得到球团，缩短了焙烧时间，减少了能耗，并且解决了球团在焙烧过程中容易粘结的问题。

以上都是从设备或焙烧方式的角度解决碳酸钠焙烧的结块问题。迄今为止，尚没有报道从焙烧流程设计的角度解决该问题。关于氟碳铈矿和独居石混合稀土精矿的焙烧冶炼流程的设计中，都是直接酸或碱焙烧，然后浸出。如浓硫酸低温焙烧如图2所示：首先对包头稀土精矿通过浓硫酸低温（230～300℃）焙烧，焙烧产物进行水浸，得到水浸渣和水浸液，将水浸液用伯胺萃取分离钍得到钍产品，再通过萃取分离得到稀土产品。

这一流程针对目前运行的浓硫酸高温焙烧法而言，虽然解决了废气中氟以及废渣中钍的污染，但是也未能实现有价元素磷的回收。另外，到目前为止，没有一个有效的萃取流程可以实现回收稀土的同时，有效回收氟、磷和钍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氟碳铈矿和独居石混合稀土精矿的清洁冶炼工艺。所述工艺可以实现大部分氟和磷分流，且氟、磷、钍和稀土可以有效回收。

本发明着眼于焙烧流程，旨在解决氟碳铈矿和独居石混合稀土精矿在碳酸钠焙烧过程中的结块问题，并在此基础上同时兼顾稀土矿中氟、磷和钍的有效便捷回收。本发明所述混合稀土精矿可选择包头稀土精矿。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种氟碳铈矿和独居石混合稀土精矿的清洁冶炼工艺，所述清洁冶炼工艺包括以下步骤：

（1）将氟碳铈矿和独居石混合稀土精矿进行焙烧；将焙烧产物进行酸浸，得到含F^-、Ce⁴⁺、Th⁴⁺和三价稀土的硫酸浸出液和浸取渣；

（2）将步骤（1）的浸取渣水洗到中性并干燥后，与碳酸钠一起焙烧；将焙烧产物水洗，得到水洗液和水洗渣；

（3）将步骤（2）的水洗渣进行酸浸，得到含少量F^-、Ce⁴⁺、Th⁴⁺和三价稀土的硫酸浸出液；