白云鄂博轻稀土储量居世界首位,并伴生有数量可观的Ca、Sc、Th、K、P、F等有价资源,其稀土供需关系直接影响着我国乃至全球稀土产业链的有序发展。目前,处理该稀土矿物的工艺主要为浓硫酸焙烧法和烧碱法,但二者存在伴生资源浪费、环境污染严重或部分工艺环节高能耗等亟需解决的实际问题。因此,如何从根本上突破制约白云鄂博稀土提取过程中的关键技术瓶颈,提升稀土浸出效率、有价组分选择性分离及资源综合利用等都具有重要的战略意义。本文围绕白云鄂博混合稀土精矿及共伴生资源清洁高效提取过程中的一些关键技术问题展开论述,主要通过XRD、BPMA、激光粒度仪、XPS、化学分析等多种技术表征手段,充分了解目标矿物的本质特性,预测和构建氟碳铈矿的焙烧反应模型;以此为理论基础,提出了3种钠化焙烧分解混合稀土精矿的处理工艺,并对其存在的部分关键科学问题做了进一步的探索,其主要研究成果如下所述:(1)白云鄂博混合稀土精矿主要由稀土矿物、脉石矿物、铁矿物、铌矿物、钛矿物、锰矿物等组成,且以粒径范围在+0.005～-0.038mm内的细粒矿物或矿物集合体形式存在,颗粒占有率达到89.87%;各矿物之间嵌布关系较为复杂,除稀土矿物与脉石矿物集合体的连生体以富连生体的形式存在外,其余矿物均以中贫连生的形式存在。氟碳铈矿和独居石不仅是提取稀土的主要目标矿物,亦为F-、PO43-、CO32-以及Th4+等资源的重要载体。通过SEM-EDS进一步分析发现,发现了化学成分符合光卤石特征的矿物,由于找到的样本较少,所以仍需要大量的工作予以确认。(2)采用O2/Ar气氛焙烧分解混合稀土精矿以及将Ar气氛焙烧后的产物作为中间体,再次进行氧化焙烧,最终得到3种焙烧产物。通过对焙烧产物物相组成、官能团特征、化学键断裂等多方面分析,深入探究了主要稀土矿物的热分解特性、Ce3+/Ce4+的氧化还原规律及氟的逸出机制等多个科学问题。结果表明:独居石在不同焙烧气氛下均未发生明显变化;而氟碳铈矿热分解过程是分2个阶段进行,第一阶段:氟碳铈矿受热分解为REOF和CO2,同时会吸附大量的自由基O·,促使Ce3+向Ce4+转变,并释放出一定的热量,进而降低氟碳铈矿分解温度;第二阶段:随着反应温度的逐渐升高(≤1000℃),少量F开始以OF2的形式逸出,并继续分解为O2和F2。当焙烧温度上升至1100℃～1500℃范围内时,F含量明显降低,且La/Ce也出现了明显分馏;当有Na3PO4介入时,La/Ce的分离效率可达99%以上。(3)基于上述结果,研究了 NaOH直接焙烧分解混合稀土精矿的工艺路线。通过对其矿相演变及稀土元素浸出规律的研究表明,由于没有H2O的大量参与,传统碱分解的部分弊端从根本上得到了解决,不仅反应温度大幅提高,分解过程也由液-固反应向固-固反应转变,而且得到的目标产物为RE2O3(CeO2),这也是有别于传统碱分解的重要特征之一;动力学研究分析发现,随着浸出温度不断升高,其化学反应过程的控速机制也会发生相应的变化,当浸出温度在40℃～70℃时,其化学反应过程受产物穿越惰性物质残留层扩散控制,当浸出温度为75℃～90℃时,其化学反应过程受跨越产物层的界面转移(产物层界面传质)和扩散共同控制;最终,在最优试验条件下,稀土浸出率可达到92.5%。(4)以进一步缩减NaOH用量为出发点,采用氧化与钠化两段焙烧来选择性分解混合稀土精矿,并围绕其矿相转变、水洗机理、酸浸机制等关键技术环节开展深入探究。实验结果表明,相比液碱分解与NaOH直接焙烧分解工艺,该工艺的NaOH用量可分别降低73.2%、55.4%,水洗次数则缩短至3次,而F、P的水洗除去率可达63.21%和17.24%;结合XRD、SEM-EDS和疏水性测试等结果,证实了该工艺焙烧后的矿物表面未出现被针状钠盐所包裹的现象,亲水性较强,故水洗效率高,水用量少。HCl浸出焙烧矿过程符合产物层扩散动力学模型,其反应速率受跨越产物层的界面转移和扩散共同控制。(5)针对稀土碱性废水处理难度大、能耗高等现实问题,探索了NaOH-Al(OH)3混合焙烧分解机理及废水资源化的技术路线,并系统研究和揭示了其焙烧、酸浸、水洗等工艺环节中各有价元素的迁移规律与作用机制。整个工艺充分利用Al3+与F-的络合能力强的特性,从多方面、多角度实现F、Al资源的选择性转化与稀土的高效浸出,不仅从源头缩减F、CO2污染,而且Al3+、F-、CO32-最终可转化为铝工业生产原料NaF、Na3AlF6、Na2CO3,处理后的废液亦可循环再利用,这为实现白云鄂博稀土资源的液碱分解、NaOH焙烧分解等工艺的推广及碱性废水的资源化转变提供了另一思路。