本發明涉及稀土冶金技術領域，特別涉及一種處理稀土精礦的系統和方法。

背景技術：

我國的稀土儲量為世界首位，然而在已探明的稀土礦中，大都成分復雜、稀土含量少，不利于工業直接應用。目前用于工業生產的混合稀土精礦的品位一般為50％～60％，而原礦的稀土含量則遠低于此水準，故需將稀土原礦中的脈石礦物及有害雜質成分有效去除，即經選礦處理獲得稀土精礦后，再提取稀土。但混合型稀土礦物中含有的稀土磷酸鹽礦物(獨居石)即使在高溫條件下也十分穩定，在常溫下更是難以用酸分解，雖然已有的硫酸焙燒和燒堿分解這兩種方法技術成熟，并在工業上大量應用，但在環保、節能方面存在弊端。

稀土精礦濃硫酸高溫焙燒時焙燒溫度一般在600～800℃之間，會產生大量含氟化硅、氟化氫、二氧化硫、三氧化硫等的強酸性廢氣和高放廢渣，目前還沒有經濟有效、為企業所能接受的處理方法，日積月累對環境產生的危害越來越不容忽視。

用燒堿分解稀土礦物是一種經典的分解方法，燒堿法分解混合型稀土精礦與獨居石相同，也需要用高品位的稀土精礦作原料。由于分解過程中無酸性有害氣體產生，故無須龐大復雜的廢氣處理設備，因此這一工藝已經得到了較快推廣。但由于燒堿價格的上漲，且后續工藝需要大量的酸進行溶解，嚴重的影響了生產廠家的經濟效益。

氯化氨焙燒分解混合型稀土精礦提取稀土工藝，是一種通過NH₄Cl在一定溫度條件下分解成HCl使礦物中的稀土氯化為稀土氯化物的方法。該方法需要采用兩次焙燒，第一次，用碳酸鈉與包頭混合型稀土精礦混勻焙燒使混合型稀土精礦中的獨居石和氟碳鈰礦分解成稀土氧化物和氟化鈉，水洗分離得到的稀土氧化物進行第二次焙燒，用氯化氨將在第一次焙燒中生成的稀土氧化物氯化為稀土氯化物，再經水洗得到稀土氯化物。如果能克服上述工藝中需要兩次焙燒、兩次水洗等缺點，該工藝將是真正的高效、清潔、資源綜合利用的冶煉工藝。

在專利號為ZL201010145840.9的中國專利中公開了“一種混合稀土精礦液堿焙燒分解提取工藝”，其提出了一種新的分解工藝，將稀土精礦與氫氧化鈉溶液混合，在回轉窯中焙燒分解，分解后的礦物綜合提取稀土、氟、磷和鈣等資源，工藝過程無廢氣、廢渣。該技術的關鍵是稀土精礦與氫氧化鈉溶液混合后在回轉窯中的焙燒分解過程。

但由于料漿進入回轉窯后水分很快蒸發，稀土礦和氫氧化鈉在窯頭低溫段會形成硬塊并結圈，稀土礦和氫氧化鈉結圈形成的硬塊硬度很高，常規的刮板結構設計回轉窯無法將形成的結圈刮下來，使焙燒無法連續進行。

公告號為CN102706141A的中國專利公開了“一種防止回轉窯結圈的工藝方法”，其解決稀土精礦硫酸高溫焙燒時結圈，該方法通過在回轉窯的低溫段設置回料孔，在高溫段設置反料孔，回料孔和反料孔在回轉窯外部用輸料管連接，使高溫段的焙燒礦部分返回低溫段重新參與焙燒，通過這樣的方式解決了結圈問題。但在濃硫酸高溫焙燒稀土精礦過程中，主要由于礦酸比失調等原因造成回轉窯內部結圈現象發生，其通過將高溫段物料部分返回，緩解礦酸比失調，以解決結圈問題。這與稀土礦燒堿焙燒分解的結圈原理不同，因此上述方法對稀土礦燒堿焙燒分解的結圈問題不適用。

公告號為CN101824531A的中國專利公開了“一種混合稀土精礦液堿低溫焙燒分解工藝”，其實現了堿分解混合稀土礦的連續化生產，工藝過程無廢氣和氨氮廢水，實現了清潔生產和資源綜合利用。但上述方法堿用量過高，氫氧化鈉用量高達稀土精礦質量的50％，甚至150％。而燒堿價格較高，導致該工藝生產成本增加，因此經濟效益較差。

技術實現要素：

對于現有技術中存在的上述問題，發明人提出了一種處理稀土精礦的系統和方法。解決了稀土精礦現有技術中存在“三廢”嚴重、燒堿用量大成本高、后續工藝需要大量酸溶解等問題。

為了實現上述目的，本發明公開了一種處理稀土精礦的方法，包含以下步驟：

步驟一：在配料裝置中將稀土精礦、碳酸鈉、氯化劑、硫化劑以及粘結劑按重量比例進行配料并混勻，獲得混合物料；

步驟二：在成型裝置中將混合物料制備成稀土生球團；

步驟三：將稀土生球團送入旋轉床進行焙燒，得到熱態球團；

步驟四：將熱態球團水淬，加入氯化鈣在磨礦裝置中進行濕式磨礦，得到礦漿；

步驟五：在固液分離淋洗裝置中將礦漿過濾或抽濾，得到濾渣和氯化稀土溶液。

進一步地，步驟一中稀土精礦、碳酸鈉、氯化劑、硫化劑以及粘結劑的配料重量比為100:5-35:30-100:2-30:0.5-10。

進一步地，步驟一中的稀土精礦為磷酸鹽礦稀土精礦、氟碳酸鹽礦稀土精礦或混合型稀土精礦。燒堿或純堿能有效分解該類礦物的稀土精礦。優選地稀土精礦中REO的含量為30％以上；稀土精礦粒度優選為0.074mm以下占60％以上。當REO低于30％時，精礦中雜質含量過高，影響反應進行，且加入的各種添加劑相對較多，導致成本升高。進一步地，步驟一中稀土精礦、碳酸鈉、氯化劑、硫化劑以及粘結劑的配料重量比為100:5-35:30-100:2-30:1-10。

進一步地，碳酸鈉為含水結晶碳酸鈉和/或無水碳酸鈉，氯化劑為氯化鹽，優選為氯化鈉固體或溶液。硫化劑為硫磺或硫化礦精礦，優選為硫磺。

進一步地，粘結劑為腐殖酸鈉、改性淀粉、羧甲基纖維素鈉、果膠、瓜爾膠、糖漿、糊精中的一種或多種。

進一步地，步驟二中稀土生球團粒徑為6-16mm，球團粒徑過小，影響旋轉床處理量；球團粒徑過大，影響球團受熱均勻，球團外層已經完全反應，而球團內核可能為未反應。

進一步地，步驟三中稀土生球團不經過烘干直接送入旋轉床內焙燒。含水生球團直接入爐焙燒，省去烘干工藝，進一步的節能降耗。直接入爐的稀土生球團含水量優選為2-4％。如果稀土球團含水不足，爐內水蒸氣不足，不利于焙燒反應。稀土生球團含水過高，可能使得球團在旋轉床內開裂。

進一步地，步驟三中的焙燒在600-900℃的溫度范圍內進行，球團在旋轉床內焙燒時間為30-80min。溫度焙燒溫度過低，焙燒反應不發生或者反應速率較慢。焙燒溫度過高，能耗高不經濟，且影響設備長期的有效運行。

進一步地，步驟四的濕式磨礦過程中加入的氯化鈣質量與熱態球團的質量比例為1:100-20:100。磨礦過程中鈣離子與礦漿F-、PO₄^3-、SO₄^2-等離子反應生成沉淀，進入濾渣中。磨礦過程中礦漿濃度為45％-85％。

進一步地，步驟四中礦漿的細度為0.074mm以下大于80％。

進一步地，稀土精礦經旋轉床焙燒后，生成易溶于水的稀土氯化物，水洗過程中富集進入水溶液，實現與鈣、鋁、鐵、硅、磷、鎂、硫等雜質的分離。

此外，本發明還提供了一種使用前述方法處理稀土精礦的系統，包括配料裝置、成型裝置、旋轉床焙燒裝置、水淬裝置、磨礦裝置以及固液分離淋洗裝置。

稀土精礦在配料裝置中完成配料獲得混合物料后將混合物料送入成型裝置，由成型裝置將其制備成稀土生球團。隨后，稀土生球團被送入旋轉床進行焙燒。

旋轉床具有環形爐底、外殼、螺旋給料裝置以及出料口，環形爐底與外殼形成焙燒腔，在環形爐底的正上方均勻布置有熱輻射管，采用輻射管進行加熱。輻射管優選為蓄熱式燃氣輻射管，即可燃氣體在輻射管能燃燒放熱，進行熱輻射，同時熱輻射管兩端連接有兩個蓄熱體以預熱氣體，進行蓄熱式燃燒加熱。采用蓄熱式燃燒方法加熱，對降低焙燒工藝的能耗和提高加熱溫度均具有重要意義。所用可燃氣體可為低熱值的燃氣如高爐煤氣、煤制氣等，優選的氣體熱值最低可達700～800大卡。通過螺旋給料裝置送料時采用給料堆積法對進料口進行密封；旋轉床出料口直接連接水淬裝置，以防止爐內氣體從進料口、出料口逸出污染環境。在環形爐膛的外側壁，環形的近給料口位置設置有煙道出口，煙氣由引風機導出，可調整引風機功率調節爐膛內氣壓為微負壓(例如-5pa～-50pa)。在環形爐膛的側壁，環形的中間位置設置有進氣口，根據焙燒反應狀態，適時補入少量空氣或氧氣。旋轉床焙燒區別于回轉窯、隧道窯等其他設備焙燒。旋轉床采用燃氣輻射管加熱，焙燒空間為密閉式空間，將爐內焙燒氣氛與燃燒氣體或外界空氣有效隔開，減少對爐內氣氛的攪動與稀釋，更有利于焙燒反應的順利進行，可有效減少氯化劑與硫化劑用量。密閉的焙燒空間，加強了對焙燒過程中產生的廢氣和有害氣體的控制和處理，避免了氣體泄漏污染周圍空氣，所以采用旋轉床進行焙燒環保指標量良好。

稀土生球團均勻平鋪于旋轉床環形爐底隨爐底進行旋轉，由于受熱輻射管加熱，溫度逐漸升高，球團中的水分與結晶水蒸發產生水蒸氣。升溫過程中，當溫度達到600℃左右時，稀土精礦在碳酸鈉的作用下開始分解生成稀土氧化物，同時氯化劑在硫化劑、氧氣、水蒸氣等作用下經過一系列復雜反應形成大量HCl與Cl₂混合氣體。稀土氧化物或稀土精礦在HCl與Cl₂混合氣體的作用下反應生成為稀土氯化物，而此時鈣、鋁、硅、鎂等雜質反應困難，幾乎不發生反應，因此為后續稀土氯化物被水洗溶于水溶液，與鈣、鋁、硅、鎂、鐵等雜質分離提供了良好的前提條件。

經過焙燒獲得的熱態球團直接進入到水淬裝置進行水淬并加入氯化鈣在磨礦裝置中進行濕式磨礦得到礦漿，隨后送入固液分離淋洗裝置中將礦漿過濾或抽濾并淋洗，獲得濾渣和氯化稀土溶液。

本發明的處理稀土精礦的系統與方法具有以下有益效果：

(1)本發明中采用旋轉床進行密閉式焙燒，能有效控制煙塵產生，對焙燒過程中產生的有害氣體也能進行有效控制防治外逸，具有重要的環保意義；

(2)本發明中采用旋轉床采用蓄熱式燃氣熱輻射管進行加熱，一方面節能降耗，另一方面焙燒氣氛與燃氣、外界分離，減少了對焙燒氣氛的稀釋，更有利于反應的進行，同時還減少了加入劑的加入量，降低消耗成本；

(3)本發明中無需大量燒堿焙燒，焙燒產物又不需大量酸溶解，也無需多次焙燒、水洗，直接進行一步焙燒-水洗，即可稀土氯化物產品，工藝簡單，成本較低，經濟效益較好。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點在與附圖結合對實施例進行的描述中將更加明顯并容易理解，其中：

圖1示出了根據本發明的處理稀土精礦的方法的流程示意圖。

圖2示出了根據本發明的處理稀土精礦的系統的結構框圖。

具體實施方式

應當理解，在示例性實施例中所示的本發明的實施例僅是說明性的。雖然在本發明中僅對少數實施例進行了詳細描述，但本領域技術人員很容易領會在未實質脫離本發明主題的教導情況下，多種修改是可行的。相應地，所有這樣的修改都應當被包括在本發明的范圍內。在不脫離本發明的主旨的情況下，可以對以下示例性實施例的設計、操作條件和參數等做出其他的替換、修改、變化和刪減。

實施例一

參考圖1和圖2，將REO含量為20％的磷酸鹽礦稀土精礦、碳酸鈉、氯化鈉、黃鐵礦精礦(硫化劑)、腐殖酸鈉(粘結劑)的按重量比例100：20：30：2：5在配料裝置S100中配料混勻并在成型裝置S200中制備球團，制得粒徑為12mm-16mm的稀土生球團，球團含水2％。稀土生球團采用旋轉床焙燒裝置S300進行焙燒，焙燒溫度為900℃，球團在旋轉床焙燒裝置S300內停留時間為30min。旋轉床焙燒裝置S300采用燃氣輻射管進行密閉式輻射加熱，控制爐內氣壓控制為微負壓-30pa～-50pa。焙燒后熱態球團從旋轉床焙燒裝置S300直接送入水淬裝置S400進行水淬，添加熱態球團1％重量的氯化鈣在磨礦裝置S500中進行濕式磨選，磨礦過程中礦漿濃度為60％，得到細度為0.074mm以下占80％的礦漿。隨后送入固液分離淋洗裝置S600對礦漿抽濾，并將濾餅加水淋洗，得到氯化稀土溶液和濾渣。稀土總收率達83.4％。

實施例二

參考圖1和圖2，將REO含量為48％的氟碳酸鹽礦稀土精礦、碳酸鈉、氯化鈉、硫磺(硫化劑)、腐殖酸鈉(粘結劑)的按重量比例100：5：100：30：7在配料裝置S100中配料混勻并在成型裝置S200中制備球團，制得粒徑為8mm-12mm的稀土生球團，球團含水3％。稀土生球團采用旋轉床焙燒裝置S300進行焙燒，焙燒溫度為800℃，球團在旋轉床焙燒裝置S300內停留時間為60min。旋轉床焙燒裝置S300采用燃氣輻射管進行密閉式輻射加熱，控制爐內氣壓控制為微負壓-10pa～-20pa。焙燒后熱態球團從旋轉床焙燒裝置S300直接送入水淬裝置S400進行水淬，添加熱態球團5％重量的氯化鈣在磨礦裝置S500中進行濕式磨選，磨礦過程中礦漿濃度為45％，得到細度為0.074mm以下占85％的礦漿。隨后送入固液分離淋洗裝置S600對礦漿抽濾，并將濾餅加水淋洗，得到氯化稀土溶液和濾渣。稀土總收率達90.4％。

實施例三

參考圖1和圖2，將REO含量為60％的混合稀土精礦、碳酸鈉、氯化鈉、硫磺(硫化劑)、改性淀粉(粘結劑)的按重量比例100：35：100：30：10在配料裝置S100中配料混勻并在成型裝置S200中制備球團，制得粒徑為6mm-10mm的稀土生球團，球團含水4％。稀土生球團采用旋轉床焙燒裝置S300進行焙燒，焙燒溫度為600℃，球團在旋轉床焙燒裝置S300內停留時間為80min。旋轉床焙燒裝置S300采用燃氣輻射管進行密閉式輻射加熱，控制爐內氣壓控制為微負壓-5pa～-10pa。焙燒后熱態球團從旋轉床焙燒裝置S300直接送入水淬裝置S400進行水淬，添加熱態球團15％重量的氯化鈣在磨礦裝置S500中進行濕式磨選，磨礦過程中礦漿濃度為85％，得到細度為-200目占95％的礦漿。隨后送入固液分離淋洗裝置S600對礦漿抽濾，并將濾餅加水淋洗，得到氯化稀土溶液和濾渣。稀土總收率達95.4％。

實施例四

參考圖1和圖2，將REO含量為60％的混合稀土精礦、碳酸鈉、氯化鈉、硫磺(硫化劑)、羧甲基纖維素鈉(粘結劑)的按重量比例100：25：30：2：0.5在配料裝置S100中配料混勻并在成型裝置S200中制備球團，制得粒徑為6mm-10mm的稀土生球團，球團含水3％。稀土生球團采用旋轉床焙燒裝置S300進行焙燒，焙燒溫度為700℃，球團在旋轉床焙燒裝置S300內停留時間為70min。旋轉床焙燒裝置S300采用燃氣輻射管進行密閉式輻射加熱，控制爐內氣壓控制為微負壓-5pa～-20pa。焙燒后熱態球團從旋轉床焙燒裝置S300直接送入水淬裝置S400進行水淬，添加熱態球團20％重量的氯化鈣在磨礦裝置S500中進行濕式磨選，磨礦過程中礦漿濃度為70％，得到細度為0.074mm以下占90％的礦漿。隨后送入固液分離淋洗裝置S600對礦漿抽濾，并將濾餅加水淋洗，得到氯化稀土溶液和濾渣。稀土總收率達93.2％。

以上僅為本發明的較佳實施例，并非用來限定本發明的實施范圍；如果不脫離本發明的精神和范圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明權利要求的保護范圍當中。