專利名稱：一種用于含鐵稀土原礦中鐵和稀土分離富集的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煉鐵領(lǐng)域，涉及轉(zhuǎn)底爐綜合利用含鐵稀土原礦的方法，用于含鐵稀土原礦的開發(fā)利用。
背景技術(shù)：
稀土是指化學(xué)元素周期表中的鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(ft·)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤 (Sm)、銪(Eu)、軋(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鈧(Sc) 和釔(Y) 17種元素。稀土礦床一般都含有多種有用組分，其中稀土、鈮、鐵等為主要的綜合回收對(duì)象。世界上許多大型鈮礦床、鐵礦床、磷礦床以及霞石礦床同時(shí)也是稀土礦床。白云鄂博鐵礦就是典型的稀土、鈮與鐵共生的獨(dú)特礦床。白云鄂博鐵礦有著得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)175種礦物，71種元素，具有或可能具有綜合利用價(jià)值的元素有沈種。稀土資源居世界第一位，鈮資源居世界第二位?，F(xiàn)在，主東礦設(shè)計(jì)產(chǎn)能1200萬(wàn)噸/ 年，稀土含量相近，約為6. 0%。目前主礦儲(chǔ)量1. 7億噸，東礦儲(chǔ)量0. 6億噸，以此計(jì)算主東礦在20年左右將會(huì)枯竭，因此對(duì)白云鄂博礦的綜合利用迫在眉睫。一般為節(jié)省冶煉的成本，須對(duì)含鐵稀土原礦進(jìn)行選礦處理再用于冶煉。但是對(duì)于含鐵稀土原礦，稀土礦物和其他礦物緊密鑲嵌，用普通的方法難以富集，雖然可以經(jīng)過(guò)弱磁-強(qiáng)磁-浮選工藝，得到鐵精礦和稀土精礦，但是鐵回收率為70 %，稀土回收率僅為 10%，造成了極大的資源浪費(fèi)。因此，有必要研發(fā)一種新的工藝流程，以實(shí)現(xiàn)其綜合利用?；鸱ǚ蛛x工藝主要是基于選擇性還原的原理，其中鐵氧化物較易還原，而稀土氧化物較難還原，用焦炭、還原性氣體或煤粉將鐵氧化物還原成金屬鐵，通過(guò)高溫熔分和破碎磁選實(shí)現(xiàn)稀土、鐵分離富集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的含鐵稀土原礦綜合利用的方法，開發(fā)低品位含鐵稀土原礦綜合利用的流程，從而充分利用我國(guó)鐵資源和稀土資源。本發(fā)明的特征在于以轉(zhuǎn)底爐為設(shè)備，利用稀土品位大于5.4%、鐵品位大于25%的含鐵稀土原礦和含碳還原劑、粘結(jié)劑、添加劑為原料，經(jīng)過(guò)磨礦、配料、混勻、造塊、還原熔分等工序制得碳含量為2. 0 4. 0%的珠鐵和稀土品位高于12%的稀土富渣?；驹頌楹F稀土原礦礦粉和含碳還原劑制成含碳球團(tuán)，當(dāng)爐內(nèi)溫度為1350 1450°C時(shí)， 礦粉中鐵的氧化物將優(yōu)先逐級(jí)還原出來(lái)。當(dāng)還原出來(lái)的金屬鐵滲碳量達(dá)到一定值，鐵開始熔化時(shí)，將有部分Nb2O5還原而進(jìn)入珠鐵，其余RE2O3和MgO、CaO、A1203、SiO2留在渣中。由于渣鐵在密度、表面張力、黏度方面的差異，實(shí)現(xiàn)渣鐵分離，生成珠鐵和稀土富渣。含碳球團(tuán)在還原熔分過(guò)程中發(fā)生的主要反應(yīng)如下(1)直接還原反應(yīng)3Fe203+C = 2Fe304+C0
ArG1 =120000-218.46T J/mol, Tb = 276. 15°C
Fe304+C = 3Fe0+C0
ArG20 =207510-217.62T J/mol, Tb = 680. 39°C
FeO+C = Fe+CO
ArG3e=158970-160.25T J/mol, Tb = 718. 86°C
l/4Fe304+C = 3/4Fe+C0
ArGf =171100-174.5TJ/mol, Tb = 707. 37°C
Nb205(s)+7C(s) = 2NbC(s)+5C0(g)
ArGf =1042485.44 -843.70T J/mol, Tb = 962. 46°C
(2)間接還原反應(yīng)
3Fe203+C0 = 2Fe304+C0
ArGg =-52131-41.OTJ/mol，該反應(yīng)理論上任何溫度均能發(fā)生
Fe304+C0 = 3Fe0+C02
ArG7e=35380-40.16TJ/mol, Tb = 607. 83°C
FeO+CO = Fe+C02
ArG^ =-22800+24.26TJ/mol, Tf = 566. 67°C
(3)碳的氣化反應(yīng)
C+C02 = 2C0
ArGg =166550-171TJ/mol, Tb = 700. 83°C
(4)滲碳反應(yīng)
間接滲碳2C0 = [C]+CO2
ArGf0 =-143960+128.7T J/mol, Tf = 845. 4°C
直接滲碳 C =[C]
ArGf1 =22590-42.26TJ/mol, Tb = 261. 4°C
Tb表示上述反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的反應(yīng)開始溫度，Tf表示在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的反應(yīng)終止
溫度。由上述反應(yīng)可以看出，鐵的氧化物優(yōu)先逐級(jí)還原出來(lái)，經(jīng)過(guò)滲碳而呈現(xiàn)熔融狀態(tài)，進(jìn)而形成珠鐵，鈮的氧化物在有鐵水存在的情況下，部分被還原，以NbC的形式進(jìn)入鐵相。在本發(fā)明中，鐵、渣并未達(dá)到完全熔化，流動(dòng)性較差，且渣與鐵接觸時(shí)間短、面積小，因此稀土的還原動(dòng)力學(xué)條件很差，未能還原的RE2O3和CaF2、CaO、SiO2、MgO、Al2O3形成渣相，從而實(shí)現(xiàn)鐵和稀土的分離。根據(jù)上述原理，本項(xiàng)發(fā)明以轉(zhuǎn)底爐為設(shè)備，具體的生產(chǎn)過(guò)程是原料條件為含鐵稀土原礦的全鐵含量在25 40%之間，RE2O3含量不低于5. 5%，礦粉的粒度達(dá)到90%以上-200目。煤粉中的固定碳在80%以上，灰分在10%以下，粒度達(dá)到90%以上-80目。粘結(jié)劑為潤(rùn)土、糖蜜、豆粉或糊精。添加劑為Ca0、Mg0、Ti02。工藝流程為
(1)將含鐵稀土原礦礦粉、含碳還原劑(煤粉、焦粉等)、粘結(jié)劑以及添加劑(CaO、 MgO、TiO2)用混料機(jī)混勻，其中還原劑的配入量為含鐵稀土原礦量的11 18%、粘結(jié)劑的配入量為含鐵稀土原礦量的2 3%、添加劑的配入量為含鐵稀土原礦量的0 5% ；(2)混合料的總水分為7 10%，經(jīng)混料機(jī)混勻后用造球機(jī)制成球團(tuán)，烘干備用；(3)在轉(zhuǎn)底爐爐底的耐火材料上鋪墊3 5mm厚的碳粉，然后將干燥后的球團(tuán)均勻的鋪在碳粉上，一般為1 2層。轉(zhuǎn)底爐內(nèi)的溫度為1350 1450°C，還原熔分時(shí)間為9 20分鐘。球團(tuán)排出后經(jīng)過(guò)冷卻、破碎、磁選，最終獲得碳含量為2. 0 4. 0%的珠鐵和稀土品位為12 20%的稀土富渣兩種產(chǎn)品。由于該工藝中含鐵稀土原礦、含碳還原劑帶入珠鐵中的硫較多，且反應(yīng)體系脫硫條件差，為保證珠鐵中硫含量相對(duì)合格，必須強(qiáng)化脫硫。如對(duì)礦粉進(jìn)行脫硫浮選、氧化焙燒脫硫、選擇含硫量低的還原劑、配加一定量的石灰、采取爐外脫硫等等。在稀土富渣中CaF2含量較高，可達(dá)30%以上，渣的熔點(diǎn)較低，為保證渣能有合理的流動(dòng)性以及避免對(duì)耐火材料的侵蝕熔，可配入MgO、CaO、TiO2來(lái)提高渣的熔化溫度。制得珠鐵和稀土富渣后，珠鐵可以代替廢鋼或作為煉鋼冷卻劑加入轉(zhuǎn)爐或電爐， 而稀土富渣中RE2O3含量可達(dá)到12 20%，由于經(jīng)過(guò)高溫熔融以及冷卻方式相對(duì)緩和，含 RE2O3的礦物結(jié)晶粒度較大，滿可以足下一步選礦的要求。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)使含鐵稀土原礦中的稀土、鐵等有價(jià)元素得以完全分離，進(jìn)而可為含鐵稀土原礦實(shí)現(xiàn)綜合利用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。(2)以煤為主要還原劑，符合我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)。(3)以轉(zhuǎn)底爐為主要設(shè)備進(jìn)行稀土、鐵分離，技術(shù)先進(jìn)、生產(chǎn)靈活、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)境友好、易于推廣，特別適合于建設(shè)在礦山附近，可以為稀土化工企業(yè)和鋼鐵企業(yè)節(jié)省大量的運(yùn)輸成本。(4)轉(zhuǎn)底爐稀土、鐵分離效果較好，可以得到珠鐵和稀土富渣，其中珠鐵質(zhì)量高，稀土富渣不僅含稀土品位高而且富集相的結(jié)晶粒度較大，能夠滿足下一步處理的要求。鐵和稀土的收得率較高，其中鐵的收得率可達(dá)97%，而稀土的收得率接近100%。


圖1為本發(fā)明工藝的流程。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將含鐵30. 20%、含RE2O3為5. 50 %的原礦礦粉與重量為含鐵稀土原礦重量13% 的煤粉以及重量為含鐵稀土原礦和煤粉總和2%的粘結(jié)劑經(jīng)過(guò)皮帶輸送至混料機(jī)混勻，并調(diào)節(jié)混勻料水分至7 %。將混合好的混勻料經(jīng)皮帶輸送至對(duì)輥壓球機(jī)制成含碳球團(tuán)，壓力為 15MPa，球團(tuán)尺寸為40X 30X 20mm枕狀橢球。在轉(zhuǎn)底爐爐底的耐火材料上鋪墊3 5mm厚的碳粉，將干燥后的球團(tuán)均勻的鋪在碳粉上，一般為1 2層。轉(zhuǎn)底爐內(nèi)的溫度為1400 1450°C，球團(tuán)在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)的停留時(shí)間為9 20分鐘，然后由出料機(jī)在出料口排出。排出的產(chǎn)品經(jīng)冷卻、粗破碎后送入磁選機(jī)磁選，選后強(qiáng)磁性物為珠鐵，非磁性和弱磁性物為稀土富渣。
表1第一種含鐵稀土原礦的化學(xué)成分％
權(quán)利要求
1.一種用于含鐵稀土原礦中鐵和稀土分離富集的方法，其特征在于利用含鐵稀土原礦、含碳還原劑、粘結(jié)劑和添加劑為原料，過(guò)程包括磨礦、配料、混勻、造塊、還原熔分、破碎、 磁選工序，可以制得珠鐵和稀土富渣兩種產(chǎn)品；主要生產(chǎn)工藝流程及參數(shù)為(1)將含鐵稀土原礦礦粉、含碳還原劑、粘結(jié)劑以及添加劑用混料機(jī)混勻，其中還原劑的配入量為含鐵稀土原礦量的1廣18%、粘結(jié)劑的配入量為含鐵稀土原礦量的2 3%、添加劑的配入量為含鐵稀土原礦量的(Γ5% ；所述含碳還原劑為煤粉或焦粉，固定碳含量在80%以上、灰分在10%以下、粒度90%以上小于80目；粘結(jié)劑為膨潤(rùn)土、糖蜜、豆粉或糊精；添加劑為 CaO, MgO, TiO2 ；(2)混合料的總水分為7 10%，經(jīng)混料機(jī)混勻后用造球機(jī)制成球團(tuán)，烘干備用；(3)在轉(zhuǎn)底爐爐底的耐火材料上鋪墊;T5mm厚的碳粉，然后將干燥后的球團(tuán)均勻的鋪在碳粉上，一般為廣2層，轉(zhuǎn)底爐內(nèi)的溫度為135(T1450°C，還原熔分時(shí)間為纊20分鐘，球團(tuán)排出后經(jīng)過(guò)冷卻、破碎、磁選，可以獲得含碳量為2. (Γ4. 0%的珠鐵和稀土品位高于1 的稀土富渣兩種產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于含鐵稀土原礦中鐵和稀土分離富集的方法，其特征在于所述的含鐵稀土原礦的RE2O3含量大于5. 4%，鐵品位大于25%，粒度經(jīng)過(guò)磨礦90%以上小于200目。
全文摘要
一種用于含鐵稀土原礦中鐵和稀土分離富集的方法，屬于煉鐵領(lǐng)域。涉及含鐵稀土原礦中稀土和鐵分離、富集的方法，用于含鐵稀土原礦的綜合利用。其特征在于利用含鐵稀土原礦、含碳還原劑、粘結(jié)劑和添加劑為原料，過(guò)程包括磨礦、配料、混勻、造塊、還原熔分、破碎、磁選工序，可以制得珠鐵和稀土富渣。生產(chǎn)出的珠鐵可作電爐或轉(zhuǎn)爐煉鋼的原料，稀土富渣可用來(lái)生產(chǎn)稀土硅鐵或經(jīng)過(guò)選礦而得到稀土精礦，從而可以充分利用鐵資源和稀土資源，實(shí)現(xiàn)含鐵稀土原礦的綜合利用。此方法可以滿足鋼鐵工業(yè)和稀土工業(yè)的需求，具有較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C22B59/00GK102199681SQ201110109178
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者丁銀貴, 王廣, 王靜松, 薛慶國(guó), 馬賽 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)