转底炉珠铁法综合利用白云鄂博稀土复合铁矿工艺基础研究

The Bayan Obo has a giant reserve of complex iron ore with rare earth in Baotou in Inner Mongolia area. Its rare earth resource accounts for 30% of the world proven reserves, which is more than 80% of total reserves in China. It is significant to develop a comprehensive utilization technology of rare earth iron ore for efficient recovery of rare earth and comprehensive utilization of iron ore . In this program, a new process of complex iron ore with rare earth comprehensive utilization is built up based on rotary hearth furnace direct reduction technology, which contains efficient reduction and melting of ore and rare-earth -rich slag activity control. Around the process route our research is conducted about carbon-thermal reduction mechanism of iron oxides in the carbon-bearing pellets, law of mine phase reconstruction during the direct reduction and melting process, law of rare-earth-rich slag crystallization behavior, separation of Fe-C and melting slag, sub-equilibrium distribution law of P and S and leaching process of rare-earth-rich slag. In general our research aims to provide a scientific basis for technology development and verify the technical principles feasibility of iron bead and rare-earth -rich slag preparation with direct reduction .

内蒙古包头地区白云鄂博稀土复合铁矿储量巨大，稀土资源占世界已探明储量的30%、我国总储量的80%以上。开发稀土铁矿综合利用技术对于解决我国高效回收稀土资源和综合利用铁矿资源具有重要意义。本项目基于转底炉直接还原工艺构建了稀土复合铁矿高效原熔分和富稀土渣活性控制为核心的稀土复合铁矿综合利用新工艺，针对该工艺路线中各关键技术环节，重点开展如下研究内容：稀土铁矿含碳球团中铁氧化物碳热还原机理，稀土铁矿直接还原和熔分过程中的矿相重构规律，富稀土渣的结晶行为规律，Fe-C熔体与熔渣的分离以及硫和磷的亚平衡分配规律，富稀土渣浸取分离过程的物理化学方面等基础研究，以期为工艺技术开发提供科学依据并验证直接还原制备珠铁和富稀土渣的技术原理可行性。

本报告进行了直接还原-熔分工艺处理稀土复合铁矿回收有价元素的研究。.采用大样热重设备在氮气气氛保护下将石墨和稀土复合铁矿混匀压块，然后在1273-1523K条件下对其直接还原过程进行研究。通过改变原还原温度、还原时间和碳氧比研究了各工艺参数对稀土铁矿的还原度、金属化率和稀土相的转变过程。实验结果表明当温度高于1323K时，还原进行到30min时试样金属化率即可达到平台期，基于转底炉工艺为参考得出较优还原工艺参数是碳氧比为1.0，还原温度1523K，还原时间20min，在此条件下球团金属化率可达85.06%。通过XRD检测，发现稀土复合铁矿中稀土相的转变路径是：.CeCO3F→CeOF→Ce4.667(SiO4)3O和Ca3Ce2[(Six,P1-x)O4]3F3(1-x),（0<x<1）.用纯物质模拟稀土富渣，结果表：当R<0.5时，稀土富集相的结晶过于细小，基本以雏晶为主；当R>2.0时，稀土元素以氧化物的形式单独存在，也没有被富集；当碱度适中时，稀土富集相晶粒粗大，基本以长杆状形式存在。碱度为1.0时，渣中稀土元素主要存在于氟铈硅磷灰石相中，等积圆直径平均值达100μm以上，渣中无P2O5时，其分子式为RE3Ca2(SiO4)3F，渣中有P2O5时，其分子式为(RE,Ca)5 (SiO4,PO4)3F。.在稀土复合铁矿中配加高品位铁精矿，可以达到在不大幅度降低渣中稀土氧化物含量同时，降低稀土渣中的硫磷，为后续稀土渣湿法提取稀土提供质量保证。稀土复合铁矿含碳球团还原熔分过程磷、硫的分配走向是可以通过配加高品位铁精粉和加入添加剂Na2CO3进行控制。.直接还原熔分过程未添加CaCO3获得的稀土渣其稀土相以Ce4.667(SiO4)3O析出，当配加5%的CaCO3时，稀土富集相转变为铈磷灰石(Ca3Ce2[(Si,P)O4]3F)。将获得富稀土渣磨碎至-200目并置于盐酸中浸出，实验结果表明在盐酸浓度1mol/L、浸出时间2h、固液比为1:14和环境温度50℃时，稀土浸出率均能达到95%以上，还原熔分过程未添加CaCO3设定还原时间12min和15min或还原熔分过程加入5%CaCO3还原时间12min，富稀土渣中钍的浸出率从21.92%分别增加到31.43%和51.58%。