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四川氟碳铈矿环境友好湿法冶炼工艺及理论研究

赵仕林  
【摘要】: 稀土是高新技术产业发展不可或缺的物质基础之一,基于目前氟碳铈矿湿法生产稀土工艺中,国内外都普遍存在着“片面资源观-氟非资源”和“化学材料利用率低,稀土生产环境污染严重”的两大缺陷,本文就四川氟碳铈矿湿法冶炼进行了环境友好工艺及理论的研究。创新性地提出了下列三种理论。 1.改变了只有稀土才是资源,而氟是杂质的传统观点。在氟碳铈矿中氟也是资源,只有将氟资源转化内化于稀土冶炼工艺中,成为不可缺少的一环,才能从根本上解决稀土生产的氟污染问题。 2.改变了把稀土生产系统独立于环境之外的传统观念。只有将资源转化的物质生产体系与自然环境的物质系统紧密相联,才能在稀土生产的过程中实现对环境的友好。 3.改变了只重视矿资源的转化,轻视化学材料的节约和循环利用,忽视资源转化过程对自然环境产生“负载”的传统生产观念。提出了资源转化过程的绿色化三原则: 1)资源转化的绿色化学充分条件。应是尽可能将反应物的全部原子转化成目标产物,实现资源转化的“零排放”。当其不能满足该条件时,则要求反应物中原子能循环利用或反应物的消耗量最小,逼近于“零排放”。 2)资源转化的再生循环原则。在资源转化系统中,单元工艺间尽可能构成“源”和“汇”的关系,从而实现资源转化系统的闭合循环。 3)资源转化的环境负载最小化原则。在资源转化的过程中,尽可能节约原材料和能源;减降废物的数量和毒性,使资源的物质生产系统对环境的影响最小。 这些理论不仅适用于稀土的冶炼,也广泛适用于湿法冶金。 根据国内外氟碳铈矿湿法生产稀土的现状,创新性地建立了以下三种环境友好湿法冶炼稀土工艺。 环境友好工艺(一)。针对现行四川氟碳铈矿湿法冶炼稀土的“三高”问题,用资源转化的绿色原则,对产生废物量最大的三个单元“分离工艺”、“除Fe、Th工艺”和“碱转工艺”进行了改造。筛选出绿色还原剂“LY”,使H_2SO_4和Na_2SO_4大部分循环利用,减少了在“分离工艺”中化学材料的使用和废弃物的排放; 四少11大学博士学位论文 新建了“络合除Fe、Th工艺”,并将该工艺与硫酸饰复盐沉淀的洗涤结合为一 步一。省去了原“盐酸优溶”和“碳按沉淀”两步工艺,免除了盐酸和碳按的大 量使用,提高了Ceo:的收率;根据碱转的动力学分析,对原碱转工艺参数进行 了研究,提出的新参数可使Na0H用量减少了5既,碱转时间由4h缩短为lh。 经绿色化改造后的新工艺,对年产50OtCeq的稀土厂,可节约原材料费用343.8 万元,削减排放废物58%以上,降低稀土精矿省耗率8%。对现行稀土厂不需进 行设备改造,即可应用环境友好工艺(一)进行生产,具有很高的工业应用价值。 环境友好工艺(二)。立足于矿中氟的资源回收,重新进行丁工艺原理的探 索和路线的设计,探索出一条湿法冶炼的新工艺。该工艺虽还处在理论探索的 阶段,但创新地实现了“矿中的氟也是资源,将氟的转化内含于稀土冶炼过程”; 同时,为配合工艺的需要,新建了三种测氟方法。 环境友好工艺(三)。根据本文提出的环境友好工艺新理论,进行了全面而 系统的实验探索。用氟化物分离硫酸介质中RE’+和Ce卜的理论和实验依据研究出 发,创新性地建立了“含氟稀土硫酸介质中Ce’+与RE3+的氟化物绿色分离方法” (中国发明专利,申请号01133722.2,公开号CN.362529A),并结合环境友好 工艺(一)的成果,即绿色还原剂“LY”、“络合除Fe、Th工艺”和“碱转新参数”, 系统性地研究了全部工艺过程的配套参数。最终创建了四川氟碳矿环境友好湿 法冶炼工艺。新工艺比之于现行工艺,把原需市购的7种化学材料减少为4种, 并且每种化学材料都大大减少了用量;缩短两步工艺步骤;提高Ce02收率25%, 降低矿耗23%;对年产500tCe02稀土厂可节约原材料费用543.28万元;并使整 个工艺系统形成闭合循环,从根本上减少了废弃物的排放,基本达到了稀土生 产对环境友好的目的。环境友好工艺(三),给四川稀土工业的可持续发展带来 了希望。 本文所建的三种环境友好湿法冶炼稀土的新工艺,尚未见国内外有关文献 报道。


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