从包头弱磁尾矿中回收稀土的研究
发布时间：2020-08-25 20:52
【摘要】：本论文针对目前包头弱磁尾矿中稀土资源不能有效回收从而造成大量稀土资源浪费的问题进行了详细的研究,由此提出了“浮选-钙化焙烧-浮选”的绿色环保的选冶联合新工艺流程。首先通过对尾矿选矿工艺学的研究得出用浮选法能够有效回收尾矿中稀土的结论,然后通过对尾矿中脉石矿物的选矿工艺学特性以及稀土元素的结构化学理论和地球化学上对元素的分类理论入手,选择具有代表性的羟肟酸类捕收剂(H205)为稀土矿物捕收剂,并对稀土矿的浮选机理做了系统研究。随后对弱磁尾矿中的稀土矿物做了浮选工艺研究,得到了稀土含量在50%(以REO计)以上的标准稀土精矿。再从浮选得到的稀土精矿入手,对所得精矿的钙化焙烧分解机理和分解工艺做了简单的研究。最后对焙烧生成的三种人造矿物的浮选分离做了大量的理论研究。运用矿相解离分析仪(MLA)、光学显微镜、矿相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、激光粒度测试、X射线荧光分析等现代分析测试技术,系统研究了包头弱磁尾矿的选矿工艺学特征。结果表明:弱磁尾矿中可供回收的主要元素是RE、Fe、Ca、Ba、F、P、Nb、Sc、Th等。尾矿中主要回收利用的目标元素RE(以REO计)品位达到了 9.60%,可以作为重要的回收稀土的矿物原料。尾矿中主要矿相组成为独居石、氟碳铈矿、萤石、赤铁矿、重晶石、磷灰石、钠闪石、钠辉石、白云石、方解石、石英等。该矿粒度小于74μm占90%以上,无需磨矿工艺,符合选矿工艺学上对粒度的要求。该矿中稀土矿物、萤石等主要矿物大部分都以单体解离的形式存在,稀土的单体解离度为87.28%。最后对弱磁尾矿中主要矿物的选矿学特性分析得出:用浮选药剂调节稀土矿物与萤石、重晶石、钠闪石和钠辉石等脉石矿物的可浮性,可将弱磁尾矿中的稀土矿物浮选出来。根据稀土元素的结构化学理论和地球化学上对元素的分类理论,分析得出稀土矿物是亲氧元素类的矿物,而含有配位氧元素的有机化合物是稀土矿物最良好的捕收剂,因此选择具有代表性的羟肟酸类捕收剂(H205)对稀土矿的浮选机理做了系统研究。研究结果表明,H205对稀土矿物具有良好的捕收性能,在pH=8～9的范围内均具有较好的可浮性,在pH约为9附近时稀土矿物的可浮性最佳。通过浮选溶液化学分析、动电位分析和红外光谱分析技术等得出,H205解离出来的羟肟酸阴离子会和矿物表面的稀土离子发生化学吸附反应,生成稳定的5原子环络合物,从而使稀土矿物疏水上浮。以性能更强的P8(此捕收剂中起捕收稀土作用的药剂主要是H205)为浮选稀土矿的捕收剂,以水玻璃为调整剂,松醇油为起泡剂,进行了稀土粗选条件实验。最后得到浮选的最佳条件是:矿浆浓度为30%、捕收剂用量为2.4kg/t、抑制剂用量为5.6kg/t、浮选温度为65℃、pH为8-9、起泡剂用量为0.36kg/t、浮选机通气量为200 L/h、抑制剂搅拌时间为6分钟、捕收剂搅拌时间为3分钟、起泡剂搅拌时间为3分钟、浮选刮泡时间为5分钟。在粗选条件实验的基础上,采用一次粗选、三次精选、一次扫选的开路实验和闭路流程实验,最终得到REO品位为50.3%,回收率为78.6%的合格稀土精矿和品位为2.8%,回收率为21.4%的稀土尾矿。采用热分析技术(TG-DTA)和XRD分析方法研究了 Ca(OH)2-NaOH焙烧分解浮选稀土精矿的反应过程。结果表明:添加Ca(OH)2-NaOH后,稀土精矿的分解过程分为两个阶段,第一阶段在350～500℃区间主要是氟碳铈矿的分解,稀土生成氧化物,氟以氟化钙的形式固定于焙烧产物中;第二阶段在500～650℃区间主要是Ca(OH)2、CaF2、NaOH分解独居石,生成稀土氧化物及氟磷酸钙。对Ca(OH)2加入量、NaOH加入量、焙烧温度和焙烧时间四个因素对稀土精矿分解的影响进行了研究,获得了优化工艺条件为:焙烧温度为630℃,氢氧化钙加入量为30%,氢氧化钠加入量为20%和焙烧时间30min。此条件下,稀土精矿的分解率达到97.7%。对浮选精矿钙化焙烧后的人造矿物进行了 XRD,SEM-EDS和激光粒度分析。结果表明,钙化焙烧浮选精矿主要生成稀土氧化物,氟化钙和氟磷酸钙等三种人造矿物,焙烧后的人造矿物粒度相比焙烧前的精矿基本上没有变化。用浮选药剂调节稀土氧化物与氟化钙、氟磷酸钙等的可浮性,有可能将焙烧精矿中的这三种人造矿物分选出来。浮选精矿钙化焙烧分解生成了 REO(稀土氧化物)、CaF2(人造萤石)和Ca5F(P04)3(人造氟磷灰石)等三种主要人造矿物。为了便于研究,并为这三种人造矿物的浮选分离提供科学的理论依据,本文模拟合成了这三种人造单矿物,然后通过大量的浮选试验,分别研究了三种人造矿物在两种捕收剂油酸钠和苯乙烯膦酸(SPA,其化学式为C8H7PO(OH)2)浮选体系下的可浮性,并考查了无机调整剂水玻璃、磷酸三钠和焦磷酸钠,有机小分子调整剂乳酸、酒石酸和柠檬酸及有机高分子化合物玉米淀粉、羧甲基淀粉钠和叔氨基阳离子醚化淀粉等调整剂对三种人造矿物可浮性的影响。试验结果表明,三种人造矿物在油酸钠为捕收剂时都有相似的可浮性,在pH=8～9时的可浮性最佳,其回收率都在90%以上。而在SPA浮选体系中,在整个浮选pH范围内,CaF2和Ca5F(P04)3基本不上浮,其最大回收率只有20%,但REO在pH=5左右时具有良好的可浮性,其回收率可以达到90%以上。在本文选择的具有代表性的三类抑制剂中,只有焦磷酸钠和柠檬酸对这三种人造矿物有较强的抑制作用。在单矿物浮选条件实验的基础上,对模拟焙烧混合矿物进行了浮选分离实验,其结果与单矿物浮选规律基本一致。通过浮选溶液化学、表面动电位测试、红外光谱以及X射线光电子能谱(XPS)分析等现代分析测试技术对捕收剂、有机抑制剂和无机抑制剂等作用后的三种人造矿物的浮选机理进行了研究。结果表明:在油酸钠浮选体系中,油酸钠的捕收作用主要是通过在人造矿物表面形成油酸盐沉淀而使矿物疏水易浮的,人造矿物与油酸钠发生了化学吸附。在SPA浮选体系中,当2.0pH7.0时,C8H7PO(OH)(O-)占优势,而此时REO表面带正电荷,会和SPA离子发生静电的物理吸附作用。pH7.0时,C8H7PO32-占优势,而此时REO表面带负电荷,由于要克服它们之间的静电排斥作用,而导致REO与SPA离子不会发生吸附作用。在抑制剂体系中,焦磷酸钠在溶液中与人造矿物表面的金属离子发生化学吸附而形成亲永的螯合物导致矿物受到抑制。柠檬酸在溶液中与人造矿物表面的金属离子发生化学吸附而形成亲水的螯合物导致矿物受到抑制。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF845
【图文】：
赋存状态以及矿相组成和含量做详细的研究。逡逑３．２．１包头弱磁尾矿的ＸＲＤ分析逡逑对包头弱磁尾矿进行ＸＲＤ分析，结果如图３．１所示。结果显示矿物主要由逡逑萤石、赤铁矿、氟碳铈矿、钠辉石、钠闪石、独居石、石英石、重晶石等组成。逡逑而磷灰石、磁铁矿、方解石、白云石、黄铁矿等含量相对较少，所以在ＸＲＤ图逡逑谱中没有明显的衍射峰出现。其中，l#碳铈矿和独居石为主要回收的稀土矿物，逡逑萤石、赤铁矿、钠辉石、钠闪石、石英石、重晶石等为主要的脉石矿物。逡逑１８－逦□逦0邋ＣａＦ，邋■ＢａＳＯ哢▲Ｆｅ２0；逡逑１６＿逦＊Ｓｉ0：邋？ＲＥ（ＣＯ＞）Ｆ逡逑０「逦似也办邋ＮａＦｅＳｉ：０６逡逑＿邋Ｍ邋－逦ａ邋ｓＮａＦｅ．ＳｉｔＯ，０＿，＇５Ｈ，Ｏ逡逑＾邋１２－逡逑ｏ逡逑３邋１０邋－逡逑ｆ邋８邋：；；逡逑２邋？邋%煎义希掊澹叮澹у澹垮义
本文编号：2804188
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF845
【图文】：
赋存状态以及矿相组成和含量做详细的研究。逡逑３．２．１包头弱磁尾矿的ＸＲＤ分析逡逑对包头弱磁尾矿进行ＸＲＤ分析，结果如图３．１所示。结果显示矿物主要由逡逑萤石、赤铁矿、氟碳铈矿、钠辉石、钠闪石、独居石、石英石、重晶石等组成。逡逑而磷灰石、磁铁矿、方解石、白云石、黄铁矿等含量相对较少，所以在ＸＲＤ图逡逑谱中没有明显的衍射峰出现。其中，l#碳铈矿和独居石为主要回收的稀土矿物，逡逑萤石、赤铁矿、钠辉石、钠闪石、石英石、重晶石等为主要的脉石矿物。逡逑１８－逦□逦0邋ＣａＦ，邋■ＢａＳＯ哢▲Ｆｅ２0；逡逑１６＿逦＊Ｓｉ0：邋？ＲＥ（ＣＯ＞）Ｆ逡逑０「逦似也办邋ＮａＦｅＳｉ：０６逡逑＿邋Ｍ邋－逦ａ邋ｓＮａＦｅ．ＳｉｔＯ，０＿，＇５Ｈ，Ｏ逡逑＾邋１２－逡逑ｏ逡逑３邋１０邋－逡逑ｆ邋８邋：；；逡逑２邋？邋%煎义希掊澹叮澹у澹垮义
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