稀土生产与分离
概述
稀土市场是一个多元化的市场,它不只是一个产品,而是15个稀土元素和钇、钪及其各种化合物从纯度46%的氯化物到99.9999%的单一稀土氧化物及稀土金属,均具有多种多样的用途.加上相关的化合物和混合物,产品不计其数.首先从最初的矿石开采起,我们逐一介绍稀土的分离方法和冶炼过程.
稀土选矿
选矿是利用组成矿石的各种矿物之间的物理化学性质的差异,采用不同的选矿方法,借助不同的选矿工艺,不同的选矿设备,把矿石中的有用矿物富集起来,除去有害杂质,并使之与脉石矿物分离的机械加工过程. 当前我国和世界上其它国家开采出来的稀土矿石中,稀土氧化物含量只有百分之几,甚至有的更低,为了满足冶炼的生产要求,在冶炼前经选矿,将稀土矿物与脉石矿物和其它有用矿物分开,以提高稀土氧化物的含量,得到能满足稀土冶金要求的稀土精矿. 稀土矿的选矿一般采用浮选法,并常辅以重选、磁选组成多种组合的选矿工艺流程. 内蒙古白云鄂博矿山的稀土矿床,是铁白云石的碳酸岩型矿床,在主要成分铁矿中伴生稀土矿物(除氟碳铈矿、独居石外,还有数种含铌、稀土矿物). 采出的矿石中含铁30%左右,稀土氧化物约5%.在矿山先将大矿石破碎后,用火车运至包头钢铁集团公司的选矿厂.选矿厂的任务是将Fe2O3从33%提高到55%以上,先在锥形球磨机上磨矿分级,再用圆筒磁选机选得62～65%Fe2O3（氧化铁）的一次铁精矿.其尾矿继续进行浮选与磁选,得到含45%Fe2O3（氧化铁）以上的二次铁精矿.稀土富集在浮选泡沫中,品位达到10～15%.该富集物可用摇床选出REO含量为30%的粗精矿,经选矿设备再处理后,可得到REO60%以上的稀土精矿.
稀土冶炼方法
稀土冶炼方法有两种,即湿法冶金和火法冶金. 湿法冶金属化工冶金方式,全流程大多处于溶液、溶剂之中,如稀土精矿的分解、稀土氧化物、稀土化合物、单一稀土金属的分离和提取过程就是采用沉淀、结晶、氧化还原、溶剂萃取、离子交换等化学分离工艺过程.现应用较普遍的是有机溶剂萃取法,它是工业分离高纯单一稀土元素的通用工艺.湿法冶金流程复杂,产品纯度高,该法生产成品应用面广阔. 火法冶金工艺过程简单,生产率较高.稀土火法冶炼主要包括硅热还原法制取稀土合金,熔盐电解法制取稀土金属或合金,金属热还原法制取稀土合金等.火法冶金的共同特点是在高温条件下生产.
稀土精矿的分解
稀土精矿中的稀土,一般呈难溶于水的碳酸盐、氟化物、磷酸盐、氧化物或硅酸盐等形态.必须通过各种化学变化将稀土转化为溶于水或无机酸的化合物,经过溶解、分离、净化、浓缩或灼烧等工序,制成各种混合稀土化合物如混合稀土氯化物,作为产品或分离单一稀土的原料,这样的过程称为稀土精矿分解也称为前处理. 分解稀土精矿有很多方法,总的来说可分为三类,即酸法、碱法和氯化分解.酸法分解又分为盐酸分解、硫酸分解和氢氟酸分解法等.碱法分解又分为氢氧化钠分解或氢氧化钠熔融或苏打焙烧法等.一般根据精矿的类型、品位特点、产品方案、便于非稀土元素的回收与综合利用、利于劳动卫生与环境保护、经济合理等原则选择适宜的工艺流程. 目前,虽然已发现有近200种稀散元素矿物,但由于稀少而未富集成具有工业开采的独立矿床,迄今只发现有很少见的独立锗矿、硒矿、碲矿,但矿床规模都不大.
碳酸稀土和氯化稀土的生产
这是稀土工业中最主要的两种初级产品,一般地说,目前有两个主要工艺生产这两种产品. 一个工艺是浓硫酸焙烧工艺,即把稀土精矿与硫酸混合在回转窑中焙烧.经过焙烧的矿用水浸出,则可溶性的稀土硫酸盐就进入水溶液,称之为浸出液.然后往浸出液中加入碳酸氢铵,则稀土呈碳酸盐沉淀下来,过滤后即得碳酸稀土. 另一种工艺叫烧碱法工艺,简称碱法工艺.一般是将60%的稀土精矿与浓碱液搅匀,在高温下熔融反应,稀土精矿即被分解,稀土变为氢氧化稀土,把碱饼经水洗除去钠盐和多余的碱,然后把水洗过的氢氧化稀土再用盐酸溶解,稀土被溶解为氯化稀土溶液,调酸度除去杂质,过滤后的氯化稀土溶液经浓缩结晶即制得固体的氯化稀土.
