氟碳铈矿浸出过程配位离子对氟化稀土沉淀-溶解平衡影响机理研究

The existence of fluorine is a fundamental cause of environmental pollution and resources waste in bastnaesite smelting separation process. Based on atom economy, this project aims for achieving the comprehensive utilization of fluorine associated in bastnaesite, explores the effect of [CeFx]4-x, [AlFx]3-x coordination chemical reaction on chemistry of rare earths fluoride precipitation-dissolution equilibrium, and obtains the best coordination by applying coordination chemistry to bastnaesite hydrochloric acid leaching process. Based on the simulation of bastnaesite low temperature roasting-coordination leaching process, this project obtains both the reaction process and dominant factor controlling, and uses Mineral Liberation Analyser (MLA) and electrochemical methods for model validation. This project is studied to reveal the mechanism of low temperature roasting-coordination leaching process. The project will provide a theoretical basis for the comprehensive utilization of bastnaesite resources.

氟元素是氟碳铈矿冶炼分离过程中产生环境污染、影响稀土回收率及分离效果的根本原因，而且难以回收利用。本课题将配位化学应用于氟碳铈矿盐酸浸出过程中，探索[CeFx]4-x、[AlFx]3-x等配位化学反应对氟化稀土沉淀-溶解平衡的影响，获得最佳配位反应体系；基于热力学原理进行氟碳铈矿低温焙烧-配位浸出过程模拟计算，获得过程反应历程及控制主导因素，并采用Mineral Liberation Analyser (MLA)工艺矿物学参数测试系统以及电化学方法等进行模型验证，揭示低温焙烧-配位浸出过程机理。该项目的开展将为氟碳铈矿中稀土高效提取及氟伴生资源综合利用提供理论依据。

氟元素是传统氟碳铈矿湿法冶金过程中产生环境污染、影响稀土回收率及分离效果的根本原因，而且难以回收利用。针对上述问题，本课题组系统研究了氟碳铈矿精矿热分析动力学，La-、Nd-、Ce-和Th-(Cl)-(F)-H2O体系的Eh-pH图，不同气氛下氟碳铈矿精矿低温焙烧过程中的物相转变规律、变价稀土元素的价态变化规律，不同配位浸出体系中Ce、非铈稀土及F的浸出机理，以及不同浸出体系所得浸出液还原沉淀过程中Ce、非铈稀土及F的沉淀规律。.（1）热分析动力学表明，氟碳铈矿精矿热分解过程受三维扩散控制；Eh-pH图研究表明，氟碳铈矿焙烧矿在非还原性酸浸出过程中，被浸出的RE3+、Th4+会优先与F-结合生成氟化物进入渣中，当溶液pH<0，氟会与Ce4+一起以[CeF3]+的形式被浸出；在Cl-存在的条件下，[CeF3]+能被Cl-还原生成CeF3。.（2）焙烧过程研究表明，当氟碳铈矿精矿在氮气气氛下焙烧，且焙烧温度高于500℃时，由于分解产物中的CeOF可被CO2气体部分氧化，导致Ce的氧化率为19.8%~26.8%。剩余未被氧化的Ce可进一步在空气及室温条件下被逐渐氧化（放置7天时，Ce氧化率可增至80%以上），这与内部形貌的改变促进空气扩散和CeOF氧化活性的增加有关。氟碳铈矿精矿在氧气气氛中的起始分解温度较氮气气氛下低150℃。.（3）配位浸出过程研究表明，采用盐酸配位浸出处理氟碳铈矿焙烧矿时，由于Ce4+可与F-配位形成[CeFx]4-x配合物，通过控制浸出条件，稀土和F可同时被有效浸出。优化条件下，稀土和F的浸出率分别可达96.0%以上和66.6%。由于较高温度下[CeFx]4-x配合物可被Cl-还原，所得浸出液可采用还原沉淀处理回收氟化稀土。优化条件下，>99.9%的F被沉淀，沉淀母液中F元素含量低于2 mg/L。此外，28.1%的Ce和5.1%的非铈稀土也在此过程中沉淀下来，所得沉淀产物为近球形的(La,Ce)F3颗粒，平均粒径约为5.5 μm。. 上述研究成果为基于含氟废水近零排放的氟碳铈矿焙烧矿绿色冶炼工艺的开发提供基础数据和理论支撑。