白云鄂博稀土铁矿准熔融态还原分离及电磁作用研究

For the utilization of Bayan Obo iron-REE deposit, efficient separation of Rare Earth and iron and the qualities of separated products for further process are the key problems. In order to efficiently utilize Bayan Obo complex ore and overcome the current problems, a new process is proposed for the separation of Rare Earth elements and iron based on carbon-bearing pellet reduction and iron and slag separation technology in quasi-molten state, based on rotary hearth furnace technology and electromagnet interaction, which is a kind of low CO2 emission, economical and environmental friendly innovative technology. The influences of temperature and time on the reduction and melting behavior of carbon-bearing pellets will be investigated; and Microstructure evolution, Phase Interprovincial Migration and separating characteristics will be determined with the help of Laser scanning confocal microscope, XRD, SEM-EDS and chemical analysis. Finally, the interaction of electromagnet field, gravity field, temperature field and chemical reaction will be clear and the object of the efficiently separation of iron and slag and the recovery of Rare Earth will come true. This study will provide metallurgical foundation for efficiently utilization of Bayan Obo complex deposit.

针对白云鄂博稀土铁矿综合利用率低、有效组分利用不均衡、资源保护手段缺乏问题，本项目以多元多相高温冶金反应体系为理论基础，引入电磁作用，将稀土铁矿直接还原与准熔融态下渣金分离相结合，一步实现较低温度快速还原、较高温度熔融渗碳与渣铁分离，并使稀土高效富集于渣中，寻求构建一个低碳、高效、环境友好的共生矿冶金新途径。研究从矿物微观结构、矿物表面/界面结构演变与共生元素相际迁移及其对准熔融态还原分离过程动力学的影响出发，结合电磁作用分析，探讨电磁场-重力场-温度场与化学作用的交互作用，明晰电磁作用下稀土铁矿准熔融态高效分离机理，实现共生矿中铁组分高效还原分离与稀土组分高效富集的双重目标，为白云鄂博复杂共生矿物资源高效综合利用的现代冶金技术开发提供理论基础。

针对白云鄂博稀土铁矿中共伴生元素协同高效利用问题，以多元多相高温冶金反应体系为基础，以白云鄂博铁精矿、铌精矿、富铌矿和富稀土矿等为研究对象，综合运用了热分析-质谱、高温原位在线观察、化学分析、物相分析、相平衡和微观动力学等手段和方法，研究了稀土铁矿固相还原动力学特征及显微结构演变规律，探讨了矿物中钾、钠、氟的存在对固相还原的影响规律，发现了铁、磷、铌、钛等共伴生元素的选择性还原机理；研究了白云鄂博稀土铁矿固相还原产物准熔融态分离特征，建立了渣金分离的概念模型，摸清了铌、钛、稀土等共伴生元素在渣金熔分中的行为及其分配规律，发现铌、钛均可实现矿物直接合金化，铌的收得率可达80%，金属中铌含量6%以上，多以微米尺寸碳化物形式析出，同时稀土多以粗大长条状Ca2RE8(SiO4)6O2和Ca3RE2[(Si,P)O4]3F矿物在渣中富集，探讨了磷对稀土相矿重构的影响机制；研究了稀土氧化物体系等温相图和相平衡关系，发现了Ce9.33-xCax(SiO4)6O2-δ和Ca2-xCexSiO4+δ两个新固溶相，研究了稀土氧化物的活度及其规律，并探讨了稀土氧化物熔体在连续冷却和恒温冷却过程中的相结晶动力学规律，发现稀土相优先结晶，呈现细长针状或短棒状，结晶体为中空六棱柱状，其相组成为Ca2Ce8O2(SiO4)6；引入电磁理论，自主设计了准熔融态渣金分离电磁强化装置，研究了电磁场作用下渣金熔分规律及电磁强化特征，发现准熔融态渣金分离的电磁强化效果显著，初步探讨了电磁强化与熔分过程的重力场、温度场及化学反应的交互作用，初步掌握了在电磁作用下渣金熔分过程中碳化铌的行为。项目研究为白云鄂博复杂矿中铁、铌、钛、稀土等共伴生元素的协同高效利用和火法冶金提供了理论基础。