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在湿法提取稀土工艺中,比较成熟的工艺为碱法工艺和“三代”硫酸法工艺。碱法主要针对高品位稀土精矿,虽然氢氧化钠溶剂的成本较高,但降低了“三废”污染;而针对低品位稀土精矿开发的“三代”硫酸法工艺流程短,所需要的成本比较低,整个工艺过程中稀土的机械损失小,并且具有较高的回收率,但是在提取稀土精矿的过程中,氟总是以气相形式逸出,既污染环境又浪费资源。 本文采用“微波辅助氟碳铈矿固氟焙烧-酸浸”工艺,借助微波加热速度快、效率高等优点,提高了氟碳铈矿的分解速率,缩短了焙烧时间。在固氟焙烧过程中使氟碳铈矿快速分解成稀土氧化物,而氟以氟化钙的形式留在焙烧矿中;采用盐酸-柠檬酸混合酸对焙烧矿进行酸浸,稀土被浸到浸出液中,氟以氟化钙的形式留在浸出渣中,最终实现稀土和氟化钙的分离。 本文基于微波加热氟碳铈矿升温特性研究的基础上,借助 XRD、SEM和 EDS以及化学检测等手段,研究了焙烧温度、保温时间、CaO的加入量、CaCl2-NaCl的加入量对氟碳铈矿分解率及矿物组成的影响;确定了最佳焙烧工艺条件为:焙烧温度为700℃、保温时间为20min、CaO加入量15%、CaCl2-NaCl加入量8%时,在此条件下,分解率达到95.88%,固氟率为97.57%;焙烧矿主要含有氟碳铈矿分解产物CeO2、RE2O3、固氟产物 CaF2以及少量未分解的 CaCO3、BaSO4、CaO和低熔点复合物3CaO·SiO2。采用混合酸浸出此焙烧矿中稀土的最佳浸出条件为:盐酸的浓度为3mol/L、柠檬酸浓度为1mol/L、浸出时间为90min、浸出温度为50℃、液固比为15:1;在此条件下,稀土的浸出率为95.19%,固氟率为88.74%;大部分稀土被浸出到浸出液中,固氟产物留在浸出渣中,酸浸渣中主要包括CaF2和少量的BaSO4、SiO2。 本文利用氟碳铈矿微波固氟焙烧反应的升温曲线和失重曲线,采用Achar-Brindley-Sharp-Wendworth微分法和一般积分法计算了不同温度段的反应动力学参数,确定了反应动力学模型。计算结果表明:在200℃-400℃,表观活化能为38.95kJ/mol和39.15kJ/mol,符合Avrami-Erofeev方程,属于随机成核和随后长大的反应控制。在400℃-700℃,表观活化能为63.93kJ/mol和69.01kJ/mol,符合G-B方程,属于化学反应控制。