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稀土“浮团聚磁选”成套新技术实现成果转化

——成都综合利用所探索稀土高效利用新技术纪实

来源:地调局成都综合利用所 作者:袁波 发布时间:2019-06-18

由于受到技术的局限,稀土在开发利用的过程中往往存在利用率低、冶炼成本高、环境污染大等问题。作为关键战略资源,当前低成本稀土清洁生产技术已成为世界性难题,是各国竞争拼抢的行业制高点。

由自然资源部中国地质调查局成都矿产综合利用研究所稀土资源绿色高效利用创新团队首次提出的稀土“浮团聚磁选”成套新技术日前在国内成功实现成果转化,并应用于国外稀土矿山项目的开发。该技术通过浮选工艺来控制稀土矿物团聚程度,最终将有用矿物提取分离,以此来提高稀土精矿的品位和回收率。

稀土“浮团聚磁选”成套新技术,不仅实现了稀土矿低碳高效开发利用,还使我国在稀土选矿富集分离核心技术方面保持了国际领先地位。

破解制约稀土综合开发利用瓶颈

何为“稀土”?事实上,稀土是镧、铈、钕、钇等17种金属元素的总称。其中,镧、铈、镨、钕被称为“轻稀土”,其他元素为“中重稀土”。每种元素有着不同的用途,如镧能够应用于制备有机化工产品的催化剂中以及转换农用薄膜;铈可以用来制造喷气式推进器零件;钕作为钕铁硼永磁材料,广泛用于电子、机械等行业。同时,稀土还可以作为优良的荧光、激光和电光源材料以及彩色玻璃、陶瓷的釉料。此外,铈、钇则可作为反应堆燃料的稀释剂。

目前,我国和世界上其他国家开采出来的稀土矿石中稀土氧化物的含量只有百分之几,有的甚至更低。传统的稀土分离提纯技术存在采选回收率低、固体废物数量大、综合利用程度不高等技术难题,成为制约稀土资源综合开发利用的“拦路虎”。

为了满足稀土冶炼生产要求,需要不断改进稀土选矿技术方法,提高稀土氧化物含量,以得到满足冶金要求的稀土精矿。然而,由于稀土元素的性质极其相似,又多以氧化物混合物的形式存在于各种复杂的矿物中,因此稀土元素的分离和提纯是一项极其困难的事情。

如何有效破解制约稀土资源综合开发利用的瓶颈?成都矿产综合利用研究所以满足国家需求为目标,重点开展了稀土综合利用共性、关键性技术研究,通过选矿并行技术工艺的改进,有力提高了稀土精矿产品的纯度,不仅能降低稀土冶炼成本,还使稀土分离富集效率得到成倍提升。

稀土“浮团聚磁选”成套新技术面世

“简单来说,稀土‘浮团聚磁选技术’是以稀土捕收剂绿色分子设计为基础,利用稀土与干扰矿物之间的物化差异,建立低碳短流程富集工艺的技术方法。”自然资源部高层次杰出青年、中国地质调查局优秀地质人才、成都矿产综合利用研究所稀土创新团队学科带头人熊文良研究员告诉记者。

然而,团聚体控制技术是浮团聚磁选的核心技术之一。它是通过浮选工艺来控制稀土矿物团聚体的团聚程度,在获得有效浮选团聚体的前提下,使稀土在浮选作业的回收率最大化。

该项技术最大的优点在于,有效利用捕收剂选择性团聚作用,提高细粒矿物磁选效率,从而提高稀土精矿品位。同时加入自主研发的绿色RF系列稀土浮选药剂,大幅降低了难降解组分含量,实现零加温浮选,减少了产品能耗和冶炼成本。

成套技术在四川德昌大陆槽和冕宁牦牛坪稀土矿选矿工业试验表明,应用该套技术缩短了选矿富集过程,使稀土回收率由原来的20%提高至55%以上,精矿品位由55%提高到65%以上,并综合回收了铅、萤石、锶钡等伴生资源。同时,可降低每吨精矿碳排放量30%左右,减少了环境污染。

稀土分离提纯关键核心技术国际领先

不同国家、不同地区、不同类型的稀土资源成分差异较大,需要加大对稀土共性、个性、关键性技术问题的研究,制订解决方案 “对症下药”。为此,成都矿产综合利用研究所针对国内外不同类型的稀土矿开展了技术攻关。

微细粒级稀土矿物常与其他矿物密切共生,采用传统磨矿方式难以单体解离,无法得到高品质稀土精矿。研究团队提出化学解离-物理分离的新思路,攻克了美国Pea ridge铁-稀土共生矿和澳大利亚Nolans稀土矿等多个难选稀土矿的高效利用难题,既得到了合格的稀土精矿,还实现了共伴生有价元素的综合利用。

格陵兰Kvanefjeld属于少见的磷-硅酸盐型稀土矿,主要含稀土矿物与脉石矿物的物理化学性质相近,分选异常困难。研究团队在详细研究矿物组分及性质基础上,采用新型浮选捕收剂RFS强化矿物表面性质差异,在常温条件下得到矿物纯度大于80%的稀土精矿,较国外科研机构提出的工艺流程得到的精矿品位更高,作业流程更简化,投资及运行成本大幅降低。

美国芒廷帕斯稀土矿是全球第二大稀土矿山,却由于生产成本过高,于2015年再度破产。研究团队先后3次赴美国矿山现场考察及调试,最终确定的选矿技术大幅降低了生产成本,为中资企业的进入奠定了基础,在稳定提升生产指标方面提供了技术支撑。

在此基础上,研究团队还针对四川地区氟碳铈型稀土矿特点,研发出盐酸直接浸出技术。稀土氯化物、氧化物、氟化物、碳酸稀土、高纯金属、稀土硅化物等六大系列30余种规格。研究团队开发的系列稀土产品技术指标达到了国际先进水平,逐步形成以稀土新材料为主体的科技成果转化示范基地。

目前,凭借多年来对国内外不同类型的稀土矿资源开展的绿色提取与综合利用研究,成都矿产综合利用研究所联合盛和资源等企业,已在稀土研发方面获得国家发明专利125项,美国、加拿大专利各1项;获省部级科技进步一等奖1项、二等奖4项,使我国稀土绿色清洁高效利用得到大幅提升,多项优势核心技术具备国际领先地位。