1、独居石稀土精矿的氢氧化钠分解工艺技术2009-6-12 15:30:36 中国选矿技术网 浏览 661 次 收藏 我来说两句独居石稀土精矿中含有磷、钍、铀成分，为了回收这些有价成分及防止放射性元素染产品和环境，在氢氧化钠分解独居石的流程中应包括氢氧化钠分解，磷碱液回收，稀土与杂质分离和钍、铀回收四个部分。图 1 是工业上所用的工艺流程。图 1 氢氧化钠分解独居石稀土精矿的工艺流程一、氢氧化钠分解独居石稀土精矿的化学反应独居石在氢氧化钠的溶液中加热至 140160时将发生如下的分解反应：REPO43NaOH=RE（OH） 3Na 3PO4 （1）Th3(PO4)412NaOH=3Th（OH） 4
2、4Na 3PO4 （2） 独居石中的 U3O8在搅拌的作用下与 NaOH 和空气中的 O2 发生反应：2 U3O8O 26NaOH=3Na 2U2O73H 2O （3）U3O8实际上是铀的四价和六价复合氧化物 UO2UO3，在 NaOH 溶液中未被 O2氧化的四价铀与 NaOH 作用，生成氢氧化物：UO24NaOH=U（OH） 42Na 2O （4）在 NaOH 过量很多的情况下 U（OH） 4以铀酰酸根的形态溶入碱液中：U（OH） 4OH =H3UO4 H 2O （5）同时，铁、钛、铝、锆、硅等矿物也被 NaOH 所分解：Fe2O32NaOH=2NaFeO 2H 2O （6）TiO22NaO
3、H=Na 2TiO3H 2O （7）Al2O32NaOH=2NaAlO 2H 2O （8）SiO22NaOH=Na 2SiO3H 2O （9）ZrSiO44NaOH=Na 2ZrO3Na 2SiO3H 2O (10) ZrSiO42NaOH=Na 2ZrSiO52H 2O (11)铁、钛、铝矿物及石英的分解产物均溶于碱溶液中，与难溶性氢氧化物存在的稀土和钍及重铀酸钠分离。二、影响精矿分解的因素氢氧化钠分解独居石的反应属于固液多相反应。分解反应首先在矿物的表面上进行，生成固体的氢氧化物膜。由于此固体膜致密，独居石的分解反应速度将受 NaON 在固相膜中的扩散速度际制，其分解率与温度、时间、NaO
4、N 浓度、精矿的粒度等工艺因素的关系可以用生成致密固体产物的动力学方程式表示：12/3x（1x）2/3=（2MDc/r 02）t （12）式中 x经过 t 时间后，稀土矿物的反应分数（表示稀土矿物的分解率）；M独居石矿物的分子量；独居石矿物的密度；cNaOH 溶液的浓度；r0精矿颗粒原始半径；化学计算因子；D反应物在溶液中的扩散系数。根据上碠的反应速度方程，可以对独居石稀土精矿分解的影响因素进行如下分析。（一）精矿粒度的影响在式（12）中分解率（x）与精矿粒度（r o）的平方成反比。可见，精矿的粒度是影响分解率的一处重要因素，因为粒度越大精矿与 NaOH 接触的表面积越小，反应的速度越慢。实际
5、上对于生成物在精矿表面上形成的致密膜而言，由于致密膜阻碍着 NaOH 向精矿的深部扩散，此条件下，精矿的粒度越大，随反应时间的延长，则在精矿表面的致密膜越厚，分解反应的速度越慢，由此而导致精矿的分解越不完全。生产实践证明，精矿的粒度在0.043mm 以下时，分解率可以达到 98%以上。在热球磨机内进行碱分解是一种解决粒度影响分解率的有效方法。例如，在密封的热球磨机中用 NaOH 分解粒度为 0.51.5mm 的独居石精矿，NaOH 浓度为 50%，反应温度为175，分解过程中借助钢球的撞击和摩擦力使矿物表面生成的氢氧化物掊落，不断露出新的表面，在 4.56h，独居石几乎全部分解。但是热球磨机的
6、损耗，以及动力消耗和生产能力小等问题限制了这种方法的应用。（二）反应温度与 NaOH 浓度的影响在生成致密膜的固液反应中涉及反应物在液相中和致密的固相膜中的扩散。在分解反应初期，在精矿表面的致密膜覆盖不完全或很蔳，此时扩散主要是在液相中进行，提高反应温度，可以使液相中的扩散系数增大，从而提高反应速度。但是随反应时间的加长，独居石稀土精矿分解过程中致密膜的厚度不断增加，扩散速度由液相中的扩散控制转变为主要受到致密膜中的扩散速度控制，此时提高反应温度，对固相中的扩散系数影响不大，如果反应温度过高还会引起反应器局部温度过热而使稀土和钍的氢氧化物脱水，降低它们在无机酸中的溶解性能，导致酸溶工序中稀土收
7、率下降。反应温度的确定与 NaOH 的浓度有关。因为 NaOH 的浓度与其溶液的沸点相关，如表 1所示。表 1 氢氧化钠溶液浓度与沸点的关系NaOH/% 37.58 48.30 60.13 69.97 77.53沸点/ 125 140 160 180 200为了获得高的分解率和保持分解过程中物料的流动性，生产中采用 NaOH 的浓度为55%60%，NaOH 的用量要超过理论计算量的 23 倍。如果 NaOH 的浓度过高，将使得碱液的黏度增加，流动性变差，物料在输送管路中结晶，影响生产的顺利进行。另外，NaOH 的浓度越高，铀进入磷酸钠中的也越多，使磷酸钠的提取工艺变得复杂。根据表 1 中的数据
8、，与此相应的温度应为 140150，高于此温度，碱液处于沸腾状态，容易造成溢槽。有时生产中，为了提高反应速度，缩短反应时间，在常压间歇反应槽中加固体的氢氧化钠提高溶液中的 NaOH 浓度，分解操作结束时，须加水稀释浓碱液以方便物料的输送。（三）反应时间与搅拌强度的影响由式（12）可知，分解率与反应时间成正比，延长反应时间会使分解增加，但是如前面所分析的，矿物的粒度较大时，随反应时间的延长，则在精矿表面的致密膜越厚，分解反应的速度越慢。提高搅拌强度，能增加固、液两相的接触机会，对表面生成的氢氧化物膜的剥离，促进分角反应的进行有一定的作用。搅拌在生产中另外的一个重要作用是保持碱分解矿浆的均匀性和流
9、动性，一定程度上可以防止物料在碱分解槽中结底和溢槽。综上所述，氢氧化钠分解独居石稀土精矿的过程是将一种难溶于碱液的稀土磷酸盐转化为另外一种难溶于碱液的稀土氢氧化物的过程。在精矿粒度为 0.043mm，NaOH 浓度为55%60%及与其相当的温度和一定的搅拌强度下，分解率可以达到 97%以上。三、从分解产物中提取稀土经氢氧化钠分解后得到的是由稀土、钍和大部分铀的氢氧化物沉淀以及未分解的矿物组成的碱溶饼和由磷及其他杂质的可溶性盐及过量的 NaOH 组成的碱溶浆。欲从碱溶饼中回收稀土，需要经过水洗分离碱溶性物质，盐酸溶解氢氧化物和氯化稀土溶液净化过程。（一）水洗分离碱溶性物质水洗过程属于液、固分离过
10、程。为了便于液、固分离，在澄清之前，首先应用水稀释碱溶浆并且在 70以上陈化 67h，使固体颗粒凝集长大，增加沉降速度。溶液澄清后从水洗罐的中部放出上清液（也可以采用虹吸的方法）。因为碱溶浆中的 NaOH 和 Na3PO4浓度很高，生产中通常用 10 倍于固体的水量，并将溶液加热至 6070，在搅拌的作用下，重复水洗过程 78 次，才能达到水洗液中 P2O51%，pH=78 的要求。前几次洗液中的NaOH 和 Na3PO4浓度很高，可用于回收 NaOH 和 Na3PO4。（二）盐酸溶解稀土氢氧化物浆浓盐酸缓慢加入水洗后的氢氧化物的浓浆中，稀土、钍和铀将溶解于盐酸溶液中：RE（OH） 33HCl
11、=RECl 32H 2O （13）Th（OH） 44HCl=ThCl 44H 2O (14)Fe（OH） 33HCl=FeCl 33H 2O (15)在酸溶过程中，Na 2U2O7也被盐酸分解，以 U4 和 UO22 存在溶液中。在 NaOH 分解过程中，铈磷酸盐被分解成三价氢氧化物的同时一部分三价铈与空气中的氧接触被进一步氧化成四价的氢氧化物。在酸性溶液中 Ce4 具有很强的氧化性，可以将Cl 氧化，而氯气的形式从溶液中逸出。Ce（OH） 44HCl=CeCl 34H 2O1/2(Cl 2) （16）四价铈的碱性较低，pH0.7 的条件下就开始水解，形成 Ce（OH） 4沉淀。生产中为了提高
12、铈的回收率，现将反应酸度控制在 pH=1.52.0 范围内，并加入少量的 H2O2还原四价铈为三价，以促进 Ce（OH） 4的充分溶解。（三）氯化稀土溶液的净化盐酸溶解时氢氧化物浓浆中的杂质，铁、钍、铀以及微量的镭进入氯化稀土溶液中。基本溶度积原理，依照试（17）和表 2 中的数据，调整溶液的 pH 值，使铁、钍、铀水解成氢氧化物沉淀，从溶液中除去。1014 /（K spRE(OH)3）/RE 3 1/3H 10 14 /（K spMe（OH） n/Men ）1/n （17）式中 Me代表 Fe、Th、U；K spMe（OH）n 的溶度积。表 2 RE（OH） 3，Th（OH） 4，Fe（OH
13、） 3，Fe（OH） 2沉淀 pH 值及溶度积氢氧化物 Ce（OH） 3 Th（OH） 4 Fe（OH） 3 Fe（OH） 2 UO2（OH） 2 U（OH） 4溶度积 Ksp 1.61020 4.01045 3.01039 8.01016 1.11022 1.01045沉淀 pH 值 6.838.03 4.15 3.68 9.61 6.17 9.25沉淀程度 开始沉淀 沉淀完全 沉淀完全 沉淀完全 沉淀完全 沉淀完全由表 2 可以看出，若将 pH 值控制在 4.5 左右，Th 4 和 Fe3 能够较完全的除去，但是Fe2 仍然保留在溶液中。为此可以向溶液中加入适量的 H2O2，使 Fe2 氧
14、化成 Fe3 之后，再通过水解除去。在 pH2 的条件下，存在溶液中的 U4 和 UO22 开始一级水解，生成 U（OH） 3 和UO2（OH） ；随 pH 值升高，U（OH） 3 进一步水解成具有胶体性质的聚合氢氧化物U（OH） 4n，而 UO2（OH） 则需在更高的 pH 值条件下，才能生成铀酸及多铀酸的氢氧化物沉淀。胶体性质的铀氢氧化物吸附于氢氧化铁和氢氧化钍的颗粒表面而沉淀。在生产实践中，常用水洗后的氢氧化物的浓浆或碳酸稀土，将酸浸溶液的 pH 值由12 调至 4.5 左右，并加入少量凝聚剂，使呈悬浮状态的水解产物迅速凝聚沉淀。经澄清、过滤得到的滤渣中含放射性元素钍较高，可以作为提取钍
15、的原料或封存，滤液可供生产混合结晶氯化稀土或萃取分离的料液，这一生产过程，在工业中称为“盐酸优溶”、由此获得的渣称为“优溶渣”。镭和钡硫酸盐的溶度积分别是 4.21011 和 1.1010 ，属于难溶性物质。而且镭离子半径（1.42）和钡的离子半径（1.38 ）差别小，在两种离子共存的条件下，能形成类质同晶共沉淀。根据这一原理，向热的稀土氯化物溶液（7080）中加入硫酸铵和氯化钡则可以借助 BaSO2晶体的载带作用，将溶液中微量的镭除去。（四）由氯化稀土溶液制备混合稀土产品净化后的氯化稀土溶液可以作为稀土分离的原料进入萃取车间逐一分离单一稀土。根据需要也可以制成结晶混合氯化稀土和混合碳酸稀土。
16、1、制备结晶氯化稀土氯化稀土溶液一般含有 REO 为 200280g/L，经蒸发后 REO 浓缩至 450g/L 左右，冷却可得到结晶 RECl3nH2O 产品。生产上为了提高蒸发的速度，通常采用减压浓缩的方式。利用水流喷射器将蒸发罐内的真空度保持在 6104Pa 时，稀土氯化物溶液的沸点可降低14左右。2、制备碳酸稀土向含 REO 为 4060g/L 的氯化稀土溶液中加入碳酸氢铵（固体或液体均可）将按反应式（18）产生碳酸稀土沉淀。沉淀出的碳酸稀土用水洗除去吸附的硫酸盐，过滤后制备得的 RECl3nH2O 产品。2RECl33NH 4HCO3=RE2（CO 3） 33NH 4Cl3HCl （
17、18）四、从优溶渣中回收钍、铀和稀土优溶渣中的主要化学成分是稀土、钍、铀的氢氧化物和少量的硅酸盐以及未分解的矿物。优溶渣用水洗去除氯离子（Cl 0.6g/L）后，通常采用硝酸溶解的方法溶出稀土、钍、铀。溶解反应是放热反应，溶解的过程中向溶液释放大量的热，使其温度升高。如采用浓硝酸直接溶解优溶渣，可以使溶液的温度急剧升至 120以上。这样做有利于硅溶解后而产生的硅胶凝聚，在此同时加入聚丙酷胺可以使硅胶凝聚的速度加快，增加溶液的澄清效果。不溶的残渣中的主要化学成分是金红石（TiO 2）、钛铁矿（FeOTiO 2）、锆英石（ZrSiO 4）、石英（SiO 2）以及其他未分解的矿物经过滤或分离除去。酸
18、溶过程中的主要化学反应为：氟碳铈矿-独居石混合稀土精矿的硫酸强化焙烧工艺实例2009-6-9 16:14:43 中国选矿技术网 浏览 245 次 收藏 我来说两句图 1 中所示的是生产中的强化高温硫酸焙烧分解混合型稀土精矿的前处理原则工艺流程。在生产过程中使用的主要设备和技术条件如下。图 1 高温硫酸焙烧混合稀土精矿及前处理原则工艺流程一、硫酸焙烧焙烧过程的主要设备是钢板卷制、内衬防腐耐火砖的回转窑。窑头砌燃烧室，燃料可用重油、煤炭。物料在窑内的焙烧时间长短和窑的长度、转数、坡度相关。生产中的技术条件为：矿酸（硫酸浓度为 92%）=1（1.21.4）；窑头温度 700800；窑尾温度 2202
19、70；精矿分解率约 93%。二、浸出和净化从回转窑出来的热焙烧产物在调浆槽内用一次洗渣液调成浆状，同时加入 FeCl3溶液，然后经泵转入浸出槽。在浸出槽中搅拌浸出同时加入 MgO 中和残余酸，至 pH=3.54.0，用板框式压滤机分离渣和浸出液。为了提高稀土收率，浸出渣须经过二次洗渣操作。生产中的技术条件为：固液比（质量体积）=1（1015）；Fe/P=23；浸出时间 23h；浸出温度 常温；中和 pH 值 3.54.5。净化后浸出液的技术要求：REO=2540g/L；Fe2O30.05g/L；PO43 0.005g/L；ThO20.001g/L。三、溶剂萃取转型采用二（2乙基已基）磷酸（即
20、P204）萃取剂将硫酸溶液中的稀土全部萃入有机相，而后以盐酸为反萃取液，可以将稀土硫酸溶液转化为稀土盐酸溶液。在萃取转型的过程中可以从萃余液中排除 Ca2、Mg2、Fe2等杂质，并且通过控制反萃取剂浓度和流量使稀土溶液的浓度得到富集。工业上根据用户对产品的要求，有时在转型前首先用与前同样的萃取剂进行钕钐分组，分组的萃余液中稀土元素是 LaNd 。反萃溶液中稀土元素是钐后的中重稀土元素，用草酸或碳酸氢铵沉淀后，可直接回收钐、铕、钆富集物。LaNd 元素的萃余液再进入萃取转型工序。钕钐分组和萃取转型均用分馏萃取方式，主要技术条件如下。钕钐分级级数：萃取洗涤反萃取=7 级13 级8 级=28 级有机
21、相组成：1mol/L P 204煤油反萃取剂酸度：6mol/L 盐酸LaNd 萃取转型级数：级数：萃取澄清反萃取=7 级2 级6 级=15 级有机相组成：同钕钐分组LaNd 料液酸度：pH=14.5反萃剂及酸度：6mol/LHCl反萃液的质量要求：REO=250270g/L、SO420.179g/L、Fe2O30.418g/L 如果萃取液中 SO42 不符合要求，可以定量加入 BaCl2除去。四、蒸发浓缩蒸发浓缩过程在蒸汽夹套加热、内衬搪瓷的蒸发罐内进行。蒸发过程的技术参数如下：罐内真空度 610 4Pa；蒸发温度 108115；蒸气压力 0.30.4MPa。五、碳酸稀土制备浸出液加入碳酸氢铵可以直接制备碳酸稀土，生产中主要技术条件如下：浸出液稀土浓度 REO=3050g/L；沉淀温度 4060；搅拌转速 6080r/min；碳酸稀土要求 REO43%，Fe 2O30.5%，SO 42 2%。
