独居石稀土精矿的其它分解工艺技术

在200～240℃焙烧条件下，浓硫酸可以有效地分解独居石。分解产物中稀土、钍、铀分别以RE₂（SO₄）₃、Th（SO₄）₂、UO₂SO₄存在。碳酸钠与独居石混合，在600～700℃的温度下焙烧也可以使独居石分解。无论是碱分解还是硫酸焙烧分解方法，都存在着废水量大、化工原料消耗高等弊病。针对这些问题，近年出现了机械球磨和氧化钙加熔剂焙烧分解的方法、但是这两种方法仍处于试验研究阶段。

一、机械球磨分解独居石稀土精矿

机械球磨分解独居石矿物的原理是将对独居石有分解作的物质（例如CaO、CaCl₂、NaOH等）同独居石在球磨机中混合。在高速旋转的条件下，球－粉末－球和球－粉末－容器碰撞，独居石和分解剂粉末经历了反复的粉碎与冷焊接（cold  welding）过程，与这一过程进行的同时在焊接表面上发生了分解反应。机械球磨方法可以分解独居石稀土精矿的实质是在球磨机中，高速旋转产生的机械能通过碰撞作用传递给化学反应物质，并转变为化学能，使分解反应的速度得到了提高。

（一）机械球磨NaOH分解独居石稀土精矿

在溶积3.7L内装钢球的球磨机中进行了分解试验，球磨机的转速为100r·min^－1，精矿的粒度均为180μm左右，试验所用原料为某稀土冶炼厂生产所使用的独居石精矿，其化学成分如表1所示。

表1  试验所用原料成分     单位：%（质量）

实验中得到的如下结果。1、分解率随碱用量的增加而增加，但当碱用量为理论量的1.6倍时（精矿量的0.65倍）,分解率已达98.82%。2、温度升高，则分解率增高，在碱用量为理论用量的1.84倍（精矿量的0.75倍），温度为160℃时，3h内分解率能达到99.23%。3、在碱用量为理论量的2.08倍（精矿量的0.85倍），温度为160℃，保温时间对分解率有明显的影响，但当碱用量较高时，即使在2h内亦能达到较高的分解率。4、根据条件试验的结果，对表1中的几种不同的原料进行综合试验，其结果除朝鲜矿的分解率较低外，其他几种矿的分解率平均达到99.44%，说明该工艺对原料的适用应较强。同时，在使用车间磷酸三钠结晶时的返回碱液时，分解率也可达99.77%。

（二）机械球磨CaO、CaCl2分解独居石稀土精矿

在密封的钢罐内装入15个钢球（直径为15mm），然后按实验要求装入独居石、CaO、CaCl₂，在不同的气氛下进行分解试验。试验结束后，用X射线衍射分析独居石相，并以该相消失为独居石完全分解。实验中选用的是澳大利亚西部海滨砂独居石精矿，其独居石的纯度为98.5%，稀土含量为50.1%，钍含量为7.1%，精矿的粒度约为0.1mm。实验中得到了如下结果。1、在氩气氛下，球与物料的质量比为15∶1，独居石∶CaO∶CaCl₂=3∶2∶2（摩尔比）。当球磨时间达到12h时，独居石完全分解，分解产物是稀土氧化物、二氧化钍、稀土氯氧化物、氯磷灰石及未分解的其了矿物。2、在空气气氛下，其他条件与在氩气氛下相同。只有球磨时间达到24h以上时，独居石才完全分解。分解产物与在氩气氛下不同的是没有产生稀土氯氧化物。

二、氧化钙加熔剂焙烧分解独居石稀土精矿

独居石的热稳定性高，在空气中，1700℃下仍然不分解。CaO在700℃虽然可以分解独居石，但是分解率很低，没有工业意义。在分解过程中加入NaCl或其他低熔点的熔盐，例如NaCl－CaCl₂、NaCl－KCl、NaCl－CaCl₂－KCl等，均能提高分解率，并使分解温度降低。CaO－NaCl分解独居石的实验研究表明，加入NaCl与未加NaCl的相比，独居石的分解率由5%左右提高到78%。其原因主要有以下两个方面：1、NaCl以液相存在，促进固相反应间的传质过程，提高反应速度；2、NaCl参加分解反应，使固体单相变为有液相参加的两相反应，加快了反应速度，从而提高了CaO分解REPO₄的能力。在NaCl参加下，CaO分解独居石的反应除（1）式外，还存在NaCl和CaO共同作用分解独居石的反应式（2）。应当指出的是：在反应分解进行的同时，分解产物中的Ce₂O₃同时被氧化成CeO₂，其反应如式（3）。

3CaO＋2REPO₄=Ca₃（PO₄）₂＋RE₂O₃                          (1)

15CaO＋3NaCl＋10REPO₄=3Ca₅Cl（PO₄）₃＋Na₃PO₄＋5RE₂O₃      (2)

Ce₂O₃＋(1/2)O₂（空气）=2CeO₂                           （3）

在焙烧温度在670～870℃，CaO加入量为5%～45%的试验范围内，独居石的分解率随温度、CaO加入量、NaCl加入量的增加而增加。当焙烧温度为870℃，CaO、NaCl加入量均为45%时，独居石的分解率右达到78.39%。