粗铌精矿微波碳热还原－磁选富集铌的研究

铌是我国紧缺的稀有金属，广泛应用于冶金、航空航天、电子等领域。我国90%的铌资源储藏在白云鄂博矿，由于技术原因，一直未实现工业应用。技术难点之一是粗铌精矿中铌的富集，面临的主要任务是除铁去磷，得到适于铌铁冶炼的富铌精矿。.针对白云鄂博矿铌资源利用的难题，本课题提出粗铌精矿"微波碳热还原-磁选"富集铌的新思路：以微波为热源，纳米碳为还原剂、吸波剂，将粗铌精矿中的赤铁矿低温还原为磁铁矿，通过弱磁选除铁、强磁选除磷，获得高品位铁精矿、铌精矿。首先，采用试验与理论研究结合的手段，考察碳热还原过程的反应热力学、反应动力学和升温动力学，重点探讨微波作用、纳米碳对还原反应的影响，实现粗铌精矿的低温快速还原；然后，探索还原矿的磁选工艺，实现铌、铁、磷的高效分离和铌富集。本课题的实施对推动白云鄂博矿铌资源工业利用、促进低品位共生矿选冶技术创新具有重要的理论和现实意义。

针对白云鄂博粗铌精矿进行“微波还原焙烧—弱磁选”新工艺的实验研究，实现分离铁、富集铌。课题组自主研制了集温度、失重、功率、时间在线监测及气体保护于一体的多功能微波炉，搭建了矿物微波预处理-选矿试验平台，用于微波还原焙烧实验和磁选试验研究。本项目研究了纯Fe2O3 粉末和粗铌精矿在微波场中的升温特性及还原特性，探讨了纳米碳强化微波作用、“热失控”等特殊现象，揭示微波磁化焙烧的还原特性规律；基于还原焙烧热重实验，采用等温和非等温的热重分析方法计算了微波焙烧还原反应的动力学参数，并且与普通电加热磁化焙烧进行对比，从理论上阐明赤铁矿微波还原焙烧的反应动力学机理，同时确定了两种加热方式下纯Fe2O3还原焙烧在不同升温阶段反应的控制性环节，并且发现微波作用下的还原反应进程明显快于普通电加热，从而降低了相同控制性环节的反应温度；而且对含碳Fe2O3 样品在微波加热条件下的温度场分布及升温过程进行了数值模拟，优化了实验过程，而且测量了不同温度下微波还原矿的电磁参数，对Fe3O4样品的微波加热进行温度场与电磁场耦合的数值模拟；进行弱磁选工艺实验，获得高品位、低杂质的磁铁精矿和富铌尾矿。最终开发了“微波低温磁化焙烧-弱磁选-酸浸提铌”新工艺，为白云鄂博赤铁矿铁和铌的综合回收提供了新途径。