CaO-CaCl2/MgCl2分解包头混合型稀土精矿的基础研究

包头混合型稀土精矿是我国重要的稀土资源，其目前主要采用的硫酸分解工艺存在HF和含S废气污染及含ThO2放射性废渣难以处理，且有价元素氟、磷、钍等综合利用不充分的问题。同时针对本课题组前期研究CaO-NaCl-CaCl2分解包头混合型稀土精矿过程中，存在Na、Ca废水污染，且分解过程有价元素矿相转变规律不明确，造成该工艺无法应用的问题。本课题依据工艺中钙能够以羟基磷酸钙形式回收，拟通过研究低用量CaO-CaCl2/MgCl2分解包头混合型稀土精矿中有价元素磷、氟、钙、钍在分解过程中的分解机理及矿相的变化规律，掌握CaO、CaCl2/MgCl2在包头混合型稀土精矿分解过程中的机理，建立包头矿焙烧的工艺理论。其目的是：为开展可回收稀土、氟、磷、钙、钍等有价元素而无有害废物产生的稀土精矿绿色分解方法的研究提供理论依据。

采用DSC-TG热分析及XRD分析方法研究了Ca(OH)2-NaOH分解包头混合稀土精矿的热分解机理，结果表明：Ca(OH)2与矿物中的氟碳铈矿及独居石反应生成稀土氧化物，同时矿物中氟以氟磷酸钙的形式被固定于焙烧产物，而加入NaOH可降低Ca(OH)2分解稀土精矿的温度。. 采用二次回归正交试验方法研究了包头混合稀土精矿分解过程的影响因素，获得了优化的分解工艺条件为：Ca(OH)2加入量23%(以精矿质量为基数)，NaOH加入量 15%，630℃焙烧30min，此焙烧条件下包头混合稀土精矿的分解率可达98.11%。.采用MLA（矿物综合测试仪）、SEM、EDS等测试方法研究了Ca(OH)2-NaOH分解包头混合稀土精矿过程中有价元素钙、磷、氟、稀土的矿相的组成和微观形貌变化，结果表明： . （1）独居石：独居石的分解过程中，分布在独居石周围的氢氧化钙及萤石中的钙、氟元素向独居石内部迁移形成氟磷灰石；而独居石中的稀土元素向独居石外部迁移，在独居石的颗粒外部形成解离的稀土氧化物。. （2）氟碳铈矿：由于氟碳铈矿分解较快，仅在1min的分解时间内，氟碳铈矿已分解并主要形成了稀土氧化物和氟化钙。另外，由于氟碳铈矿分解过程中释放部分二氧化碳，故分解后的表面呈多孔状。. （3）磷灰石：磷灰石石的分解过程中，分布在独居石周围的氢氧化钙和萤石中的钙、氟元素向磷灰石内部迁移形成氟磷灰石；而部分与磷灰石连生的独居石中的稀土元素向独居石外部迁移，在磷灰石的颗粒外部形成解离的稀土氧化物。. （4）焙烧时间：随着焙烧时间的增加扩散层厚度明显增加，说明独居石越来越少，分解生成的氟磷酸钙越来越多，Ca、F向内扩散和RE向外扩散的越明显。焙烧30min时，独居石基本反应完全，扩散层基本消失，扩散基本完成，能分解的矿物基本分解完全，白色物质明显增多，说明分解产生的稀土氧化物增多，未能分解矿物仍然继续保持原来的形貌。. 对焙烧反应的动力学研究表明：NaOH能降低矿物分解反应的表观活化能，有利于矿物的分解。焙烧反应速度处于三个阶段：反应处于500-650℃时，反应速度受化学反应速度控制；温度处于455-500℃时，反应处于混合区，受化学反应速度和扩散速度混合控制；当反应处于350-455℃时，反应速度受扩散速度控制。