氟碳铈矿焙烧脱氟过程的研究

摘要

氟碳铈矿是我国第二大稀土资源，对我国的稀土工业发展有着极其重要的意义。目前氟碳铈矿焙烧分解主要采用氧化焙烧法，该工艺在生产过程中，一部分氟随尾气直接排出，污染环境;另一部分则留在物料中，在后续生产过程的萃取环节生成氟化稀土固相，这不仅影响萃取效果，而且增加成本。为了开发氟碳铈矿清洁冶炼工艺，并对氟碳铈矿中的氟综合回收利用，本论文创新性提出了在饱和水蒸汽气氛下焙烧氟碳铈矿的新工艺，使氟完全脱出并进行集中处理。同时，研究了焙烧脱氟的工艺条件和脱氟过程中氟的行为规律。具体内容如下:
　　(1)通过研究氟碳铈矿在静态空气中焙烧的TG-DSC曲线，确定了焙烧温度为600℃～1000℃。并对氟碳铈矿在饱和水蒸汽气氛下焙烧脱氟的主要影响因素进行了系统的研究，得出氟碳铈矿的脱氟率随焙烧温度的升高、焙烧时间的延长和物料粒度的减小而增大。采用正交设计实验优化工艺参数，得出最佳工艺参数:焙烧温度1000℃、焙烧时间3h、粒度-200目，按此工艺参数进行多次验证实验，脱氟率均在99.7％以上。
　　(2)为研究氟碳铈矿焙烧热分解过程、脱氟过程中氟的行为规律，论文首先研究单一氟化物(LaF3)和氟氧化物(LaOF)在饱和水蒸汽气氛下的焙烧分解过程，推测出氟碳铈矿热分解的生成物为REF3和RE2O3。然后分析了氟碳铈矿在不同气氛下焙烧产物的XRD图，并对饱和水蒸汽气氛下焙烧前后的物料进行了微区分析，进一步确定了氟碳铈矿热分解过程及焙烧过程中氟的行为规律。
　　(3)分别研究用水和NaOH溶液对焙烧过程产生的含氟尾气进行吸收，继而研究了吸收剂种类(H2O和NaOH溶液)、吸收剂浓度、吸收级数对吸收效果的影响，得出最佳吸收条件为:尾气流速为100L/min、NaOH溶液浓度0.02 mol/L、级数3级。此条件下的吸收率达99.87％。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 稀土元素及性质

1．2 稀土元素的应用

1．3 稀土资源分布概况

1．3．1 国外稀土矿物资源分布状况

1．3．2 中国稀土矿物资源分布及开发状况

1．4 稀土精矿分解方法的现况

1．4．1 浓硫酸焙烧法

1．4．2 烧碱法

1．4．3 苏打焙烧法

1．4．4 氧化焙烧法

1．4．5 氯化法

1．5 氟的危害及治理

1．5．1 氟的性质及对环境的影响

1．5．2 工业氟污染的治理

1．6 本论文研究的内容和意义

第2章 实验方法

2．1 实验原料

2．2 实验装置

2．3 实验过程

2．3．1 样品预处理和称量

2．3．2 焙烧及气体吸收

2．3．3 分析检测

2．4 化学试剂

2．5 分析方法

2．5．1 物相分析—XRD

2．5．2 微区分析—FESEM

2．5．3 差热分析—-DSC

2．5．4 固体中氟的测定方法—EDTA法

2．5．5 液体中氟的测定方法—氟离子选择电极法

第3章 氟碳铈矿焙烧过程脱氟条件的研究

3．1 脱氟率

3．2 焙烧条件的确定

3．3 矿物粒度对脱氟率的影响

3．4 焙烧时间对脱氟率的影响

3．5 焙烧温度对脱氟率的影响

3．6 通饱和水蒸汽下焙烧的最优脱氟条件

3．6．1 氟碳铈矿焙烧脱氟的正交优化试验

3．6．2 优化条件验证

3．7 本章小结

第4章 氟碳铈矿焙烧过程脱氟机理

4．1 氟化镧和氧化镧反应过程研究

4．2 氟化镧和氟氧化镧通饱和水蒸汽焙烧反应过程研究

4．2．1 在饱和水蒸汽气氛下氟化镧焙烧产物的XRD分析

4．2．2 在饱和水蒸汽气氛下氟氧化镧焙烧产物的XRD分析

4．2．3 氟化镧和氟氧化镧焙烧产物中氟的测定

4．3 氟碳铈矿粉末XRD分析

4．4 氟碳铈矿在氩气气氛下焙烧反应机理

4．4．1 氩气气氛下600℃焙烧产物XRD分析

4．4．2 氩气气氛下700～1000℃焙烧产物XRD分析

4．5 氟碳铈矿在空气中焙烧反应机理

4．5．1 空气气氛下600℃焙烧产物XR分析

4．5．2 空气气氛下700℃和800℃焙烧产物XRD分析

4．5．2 空气气氛下900℃和1000℃焙烧产物XRD分析

4．6 氟碳铈矿通饱和水蒸汽焙烧反应机理

4．6．1 饱和水蒸汽气氛下600℃和700℃焙烧产物XRD分析

4．6．2 饱和水蒸汽气氛下800℃焙烧产物XRD分析

4．6．3 饱和水蒸汽气氛下900℃焙烧产物XRD分析

4．6．4 饱和水蒸汽气氛下1000℃焙烧产物XRD分析

4．7 在饱和水蒸汽气氛下焙烧过程中物料的微区分析

4．8 本章小结

第5章 尾气处理

5．1 实验原理

5．2 实验方案

5．3 实验结果

5．4 吸收效果数据分析

5．4．1 气体流量对吸收的影响

5．4．2 吸收剂类别对吸收效果的影响

5．4．3 吸收剂浓度对吸收的影响

5．4．4 吸收级数对吸收的影响

5．5 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢