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包頭稀土精礦處理現(xiàn)狀及建議

文檔作者：杜長順，李梅，柳召剛，常宏濤，胡艷宏文檔來源：內(nèi)蒙古科技大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月06日
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第29卷第1期(總第113期)
2010年3月
濕法冶金
Hydrometallurgy of China
V01．29 No．1(Sum．113)
Mar．2010
包頭稀土精礦處理現(xiàn)狀及建議
杜長順，李梅，柳召剛，常宏濤，胡艷宏
(內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，內(nèi)蒙古自治區(qū)高校稀土現(xiàn)代冶金新技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，
內(nèi)蒙古包頭014010)
摘要：包頭稀土礦世界最大，在我國乃至世界稀土工業(yè)占據(jù)舉足輕重的地位。綜述了包頭稀土精礦工業(yè)提取
工藝及存在的問題，介紹了處于實(shí)驗(yàn)室研究階段的其他提取工藝，對包頭稀土精礦的處理提出了幾點(diǎn)建議。
關(guān)鍵詞：包頭稀土礦；提取工藝；現(xiàn)狀；建議
中圖分類號：TF803．1；TF845 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009—2617(2010)01一o001一04
具有4，電子層的稀土元素由于其獨(dú)特的結(jié)
構(gòu)而擁有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如磁性、發(fā)光性、
激光性、超導(dǎo)性等，被廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、石
化、建材、化工、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)以及熒光、
永磁、特種玻璃、精密陶瓷、超導(dǎo)材料之中，被稱為
工業(yè)味精、工農(nóng)業(yè)的維生素和戰(zhàn)略金屬。
包頭稀土礦是目前世界上探明儲量及開采量
最大的輕稀土礦床，其稀土產(chǎn)量占我國稀土總量
的70％以上。包頭稀土礦是由氟碳鈰礦及獨(dú)居
石組成的混合礦，其氟碳鈰礦與獨(dú)居石的質(zhì)量比
為1：0．1～1：0．5，稀土元素的配分主要以輕稀土
(La～Nd)為主，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)占稀土總量的98％，中
重稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為2％，屬典型的輕稀土礦。
我國稀土工業(yè)起步于19世紀(jì)50年代，經(jīng)過
近50多年的發(fā)展，已達(dá)到世界先進(jìn)水平，特別是
對稀土礦物的處理已達(dá)到了世界最先進(jìn)水平。包
頭稀土礦的處理工藝主要有濃硫酸高溫強(qiáng)化焙燒
法、燒堿法，其次有濃硫酸低溫焙燒法、碳酸鈉焙
燒法、氯化法、氯化銨焙燒法、CaO焙燒法等。文
章概述了包頭稀土精礦處理現(xiàn)狀，對包頭稀土礦
今后的發(fā)展提出了幾點(diǎn)建議。
l 包頭稀土精礦工業(yè)提取工藝
1．1 濃硫酸高溫強(qiáng)化焙燒法
北京有色金屬研究總院從20世紀(jì)70年代開
始研發(fā)以濃硫酸焙燒法冶煉包頭混合型稀土精
礦，相繼開發(fā)了第1代、第2代、第3代硫酸
法[1。2]，其中濃硫酸高溫強(qiáng)化焙燒法(“三代”酸法)
從20世紀(jì)80年代開始投入使用，已成為處理包
頭稀土精礦的主導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。目前，90％的包
頭稀土精礦均采用濃硫酸高溫強(qiáng)化焙燒法處理。
先用外熱式回轉(zhuǎn)窯烘干精礦；在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，稀
土精礦與濃硫酸混合，在一定溫度(500～600℃)
下反應(yīng)，稀土精礦全部分解，生成稀土硫酸鹽；用
冷水浸出稀土硫酸鹽使稀土進(jìn)入溶液；用鐵粉去
除磷酸根，用氧化鎂或方解石調(diào)整pH值，得到較
純凈的硫酸稀土溶液；最后用碳酸銨沉淀法得到
混合碳酸稀土，或通過萃取轉(zhuǎn)型為氯化稀土，或根
據(jù)需要進(jìn)行萃取分離[3]。釷在高溫強(qiáng)化焙燒時生
成不溶于水的焦磷酸鹽(或磷酸鹽)留在水浸渣中。
該工藝的優(yōu)點(diǎn)是對精礦品位要求不高，工藝
連續(xù)易控制，試劑消耗少，運(yùn)行成本較低，易于大
規(guī)模生產(chǎn)。缺點(diǎn)是釷以焦磷酸鹽形式進(jìn)入渣中，
無法回收，造成放射性污染和釷資源的浪費(fèi)；含氟
和硫的廢氣以及工業(yè)廢水污染環(huán)境。
稀土生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的“三廢”，早在上世紀(jì)
80年代就引起了廣泛關(guān)注。濃硫酸高溫強(qiáng)化焙
燒工藝所產(chǎn)生的廢氣主要是含有硫酸和氫氟酸的
酸霧及少量氟硅酸焙燒尾氣；廢水主要是稀土精
礦處理過程中和萃取分組過程中產(chǎn)生的銨鹽廢
收藕日期：2009—10一22
基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(20966007)；內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目(20080404ZDlO)。
作者簡介：杜長順(1985一)。男，陜西寶雞人，碩士研究生，主要從事稀土冶金工藝方面的研究。
萬方數(shù)據(jù)
· 2 · 濕法冶金2010年3月
水，其成分主要是硫酸銨和氯化銨；廢渣主要含
鐵、磷、鈣化合物及釷，這種渣會產(chǎn)生長期的放射
性污染。針對這些“三廢”，有關(guān)專家提出了一些
治理建議，如包頭市和發(fā)稀土集團(tuán)公司的王俊蘭
提出了根據(jù)各主要污染物的特性、以回收利用為
目標(biāo)進(jìn)行分流分治的方法[4]。對于焙燒產(chǎn)生的尾
氣采用三步法處理：采用冷卻、噴淋吸收法凈化，
得到冷凝酸液和噴淋酸液一混合稀酸液通過加熱
濃縮、分離得到濃硫酸和含氟液體一含氟液體采
用合成法處理，得到氟鹽，這樣可使尾氣達(dá)標(biāo)排
放，同時也消除了尾氣凈化廢水的污染，還可得到
生產(chǎn)稀土所用的濃硫酸和鋁冶煉工業(yè)需要的冰晶
石；對于銨鹽廢水，主要是對酸法稀土冶煉產(chǎn)生的
含雜質(zhì)較少的硫酸銨、氯化銨廢水，采用電滲析、
反滲透法增濃至12％～14％，然后采用常規(guī)的三
效蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶法獲得合格的氯化銨、硫酸銨產(chǎn)
品，這樣既可以治理銨鹽廢水，又可以回收大量的
硫酸銨和氯化銨，對于含釷廢渣，通過低溫焙燒，
分離水浸渣與中和渣，得到富集釷的中和渣，再采
用伯胺萃取分離技術(shù)，使釷轉(zhuǎn)化為硝酸釷產(chǎn)品。
1．2 燒堿法
燒堿法最早始于印度。1952年，印度在阿爾
沃耶(Alwaye)首先建立了一座燒堿法分解獨(dú)居
石、設(shè)計(jì)能力為1 500 t／a的工廠，之后，美國、巴
西、馬來西亞和我國相繼開始了采用燒堿法處理
獨(dú)居石礦[5]。20世紀(jì)70年代，我國開始用燒堿
法處理包頭的獨(dú)居石一氟碳鈰礦混合型稀土精礦。
首先用酸浸泡，通過化學(xué)選礦法去除鈣并提高稀
土精礦品位，所產(chǎn)出的精礦用燒堿分解使稀土生
成易溶于無機(jī)酸的氫氧化物，氟與磷酸根則與堿
生成可溶于水的氟化鈉和磷酸鈉，與稀土分開。
堿分解后的產(chǎn)物用水洗滌，氫氧化稀土不溶于水
而與雜質(zhì)分離。洗滌后的氫氧化稀土用鹽酸溶解
即得氯化稀土溶液，經(jīng)除雜、蒸發(fā)濃縮即得混合氯
化稀土晶體產(chǎn)品；經(jīng)過分離，溶液經(jīng)萃取分離后即
可得單一稀土、或分組稀土產(chǎn)品L6]。
該流程的主要優(yōu)點(diǎn)是精礦分解設(shè)備簡單，容
易加工制造，基建投資成本低；精礦分解時，不產(chǎn)
生含氟廢氣，所產(chǎn)生的“三廢”較濃硫酸高溫強(qiáng)化
焙燒法的容易處理，適于環(huán)保要求嚴(yán)格的人口較
稠密的地區(qū)建廠。其缺點(diǎn)是燒堿價格高，用量大，
運(yùn)行成本高；稀土、釷、氟等比較分散，稀土收率約
85％；另外，不太適于處理稀土品位較低
(硼(REO)<50％)的混合稀土精礦[7]。目前，僅
有10％的包頭礦采用該工藝處理。
相對于濃硫酸高溫強(qiáng)化焙燒工藝，燒堿法的
污染比較小，其主要污染物是廢堿液。一般采用
濃縮一苛化法處理[81：先濃縮使Na：C0。、Na。P0。
與NaF結(jié)晶析出，過濾，分離Na0H溶液與晶
體；用水溶解晶體，加入石灰苛化后返回使用。
1．3 包頭稀土精礦提取其他工藝
1．3．1濃硫酸低溫焙燒法
針對濃硫酸高溫強(qiáng)化焙燒工藝的缺點(diǎn)，為減
少包頭稀土礦分解過程中產(chǎn)生的“三廢”，稀土生
產(chǎn)企業(yè)和研究院所相繼開展了稀土低溫焙燒新工
藝研究，獲得了許多階段性成果，如20世紀(jì)70年
代，北京有色金屬研究總院、哈爾濱火石廠等開發(fā)
了低溫硫酸焙燒一復(fù)鹽沉淀法冶煉混合型稀土精
礦工藝(一代酸法)；長春應(yīng)用化學(xué)研究所研究了
低溫硫酸焙燒一水浸液直接伯銨萃取釷的技術(shù)；包
頭稀土高科研究所與長春應(yīng)用化學(xué)研究所合作完
成的濃硫酸低溫靜態(tài)焙燒一伯銨萃取釷一P 204全萃
取一P 507萃取轉(zhuǎn)型生產(chǎn)混合氯化稀土工藝。其中
包頭稀土研究院的稀土精礦濃硫酸低溫焙燒分解
工藝(專利號ZL02144405．6)效果最為理想。該
工藝是將稀土精礦與濃硫酸按質(zhì)量比1：1．1～
1：1．7混合均勻并放人馬弗爐中于150～330℃
下焙燒2 h后，焙砂用水浸出，過濾后得到水浸液
和水浸渣。將水浸液中的釷用萃取法提取，分離
后得到稀土產(chǎn)品[9]。稀土浸出率為95％～98％，
釷浸出率大于95％；水浸渣中稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于
3％，釷質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于3％，總比放小于7．4×104
Bq／kg，且渣量很少。
與高溫濃硫酸焙燒工藝相比，該工藝大大降
低了廢水、廢氣和放射性廢渣的排放量，降低了生
產(chǎn)成本；稀土浸出率達(dá)到96％以上，氟回收率達(dá)
到95％以上；排放的尾氣中氟體積質(zhì)量<2
mg／m3，浸出渣中釷質(zhì)量分?jǐn)?shù)

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