Способ и система для обработки концентратов редкоземельных элементов

Группа изобретений относится к обработке концентратов руд редкоземельных элементов. Концентрат руды редкоземельных элементов смешивают с концентрированной серной кислоты с получением смеси в виде суспензии и первого фторсодержащего газа. Полученную суспензию смешивают с жидкостью-инициатором для осуществления реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой с получением в результате клинкера и второго фторсодержащего газа. После чего клинкер выщелачивают водой с получением в результате выщелоченной суспензии. Выщелоченную суспензию разделяют на твердую и жидкую фазы с получением в результате фильтрата и выщелоченного шлака. Выщелоченный шлак возвращают для повторной реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой. Изобретения позволяют увеличить степень вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов при низком потреблении энергии и непрерывным производственным циклом. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 пр., 6 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области производства редкоземельных элементов, в частности, к способу и системе обработки концентратов руд редкоземельных элементов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Одним из основных источников редкоземельных элементов в Китае является смешанная бастнезит-монацитовая (фосфатная цериево-лантановая руда / фосфатный лантан-цериевый камень) месторождения Баотоу, и бастнезитовая руда. С учетом характеристик смешанной руды месторождения Баотоу, известным промышленным способом ее вскрытия является обжиг с концентрированной серной кислотой. Этот процесс является непрерывным и контролируемым, он может быть применен при крупносерийном производстве. Однако в таком процессе смешанная руда вскрывается при высокой температуре, и содержащийся в руде торий переходит в шлак в виде пирофосфата тория, что приводит к радиоактивному загрязнению и потере тория. Кроме того, в таком процессе трудно вернуть в процесс фтор и серу, содержащиеся в отходящих газах. С учетом характеристик бастнезитовой руды, для ее вскрытия применяется известная реакция между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной кислотой, такая как окислительный обжиг с растворением в соляной кислоте. Такой способ менее затратный, но его нельзя выполнять непрерывно. Кроме того, торий и фтор, содержащиеся соответственно в шлаке и сточных водах, трудно вернуть в процесс, что приводит к загрязнению окружающей среды. Таким образом, очевидно, что обработка смешанной или бастнезитовой руды при высоких температурах может приводить к бесполезной растрате ресурсов тория и загрязнению окружающей среды отходящими газами. В этой связи исследовательскими институтами предложена технология вскрытия руд редкоземельных элементов путем обжига с концентрированной серной кислотой при низких температурах. Концентрат руды редкоземельных элементов можно обжигать при низких температурах (например, от 150°C до 300°C) со степенью вскрытия редких земель более 95%. При этом более 90% тория остается в выщелачивающем растворе, благодаря чему торий можно эффективно извлекать из концентрата руды редкоземельных элементов. Однако технология процесса до сих пор не разработана на должном техническом уровне, из-за чего ее трудно использовать в непрерывном динамичном производстве.

Следовательно, существующая технология обработки концентратов руд редкоземельных элементов нуждается в дальнейшем усовершенствовании.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение направлено на хотя бы частичное решение хотя бы одной из вышеуказанных технических проблем. Соответственно, задачей настоящего изобретения является создание способа и системы для обработки концентрата руды редкоземельных элементов. Данный способ позволяет перерабатывать бастнезитовые и смешанные бастнезит-монацитовые руды с низким потреблением энергии и непрерывным производственным циклом. Способ позволяет также эффективно извлекать из руды торий и значительно увеличить степень вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов, которая может достигать, например, 96%.

В одном из аспектов настоящее изобретение представляет собой способ обработки концентрата руды редкоземельных элементов в различных вариантах его осуществления, включающий:

(1) смешивание концентрата руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислоты с получением в результате смеси в виде суспензии и первого фторсодержащего газа;

(2) смешивание суспензии и жидкости-инициатора для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой с получением в результате клинкера и второго фторсодержащего газа;

(3) выщелачивание клинкера водой с получением в результате выщелоченной суспензии;

(4) разделение выщелоченной суспензии на твердую и жидкую фазы с получением в результате фильтрата и выщелоченного шлака и возвращение выщелоченного шлака на стадию (2) для повторной реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой.

Предлагаемый в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения способ обработки концентрата руды редкоземельных элементов позволяет быстро и эффективно смешать концентрат руды редкоземельных элементов с концентрированной серной кислотой с помощью мешалки в смесительном устройстве, чтобы частицы концентрата в достаточной степени пропитались концентрированной серной кислотой без образования комочков для предотвращения агломерации в последующем процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой и создания благоприятных условий для массопереноса в процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой. При этом смесительное устройство имеет рубашку с проточным водяным охлаждением на наружной стенке, чтобы можно было поддерживать температуру внутри нее на постоянном уровне и тем самым предотвратить разложение руды редкоземельных элементов при высоких температурах и сохранить возможность извлечения тория. Процессы старения и прокаливания в настоящем изобретении могут быть совмещены, т.е. протекать в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой одновременно, что значительно сокращает время реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой концентрата руды редкоземельных элементов. Соответственно, в процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой будут иметь место значительные изменения вязкости по мере перехода содержащихся в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой материалов из жидкого состояния в полусухое, а затем в сухое с образованием клинкера. Устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой может эффективно справляться с происходящими изменениями характеристик вышеуказанных материалов. Далее, в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой предусмотрен перемешивающий пропеллер для ускорения протекания реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой и нагревательное устройство на наружной стенке для поддержания оптимальной для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой температуры. Поскольку температура на протяжении всего процесса реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой поддерживается низкая, предотвращается переход тория в шлак, что может вызвать радиоактивное загрязнение и потерю тория, а кроме того, предотвращается образование серосодержащего газа при разложении концентрированной серной кислоты, что позволяет вернуть в процесс второй фторсодержащий газ. В процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой содержащийся в концентрате руды редкоземельных элементов торий превращается в соль ториевой кислоты, которая переходит в выщелоченную суспензию во время выщелачивания. Тем самым обеспечивается переработка и утилизация тория, что устраняет опасность радиоактивного заражения окружающей среды. Выщелоченную суспензию далее подвергают разделению на твердую и жидкую фазу, и полученный выщелоченный шлак возвращают в процесс реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, что дополнительно повышает степень извлечения тория и степень вскрытия руды редкоземельных элементов. Таким образом, настоящий способ обладает преимуществами возможности приспособления к самому различному сырью, низкого энергопотребления и непрерывности производства. Одновременно он обеспечивает эффективное извлечение тория и значительное повышение степени вскрытия руды редкоземельных элементов, которая может достигать, например, 96%.

Кроме того, способ обработки концентрата руды редкоземельных элементов в вышеупомянутых вариантах его осуществления по данному изобретению может дополнительно иметь следующие технические признаки.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения предлагаемый способ перед смешиванием концентрата руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислоты дополнительно включает: (5) шаровой помол концентрата руды редкоземельных элементов с получением в результате измельченного концентрата руды редкоземельных элементов; (6) просеивание измельченного концентрата руды редкоземельных элементов с получением в результате ситового остатка и мелкой фракции, возвращением ситового остатка на шаровой помол и направлением мелкой фракции на смешивание с концентрированной серной кислотой. Это позволяет дополнительно повысить степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения способ и система обработки концентрата руды редкоземельных элементов дополнительно включают: (7) распыление в первый фторсодержащий газ и второй фторсодержащий газ жидкости для распыления с получением в результате фторсодержащей суспензии. Это позволяет извлечь фторсодержащий газ и тем самым уменьшить загрязнение окружающей среды отходящими газами.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения концентрат руды редкоземельных элементов на стадии (1) имеет размер частиц в диапазоне от 80 до 320 меш. Это позволяет дополнительно повысить степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения массовое отношение концентрата руды редкоземельных элементов к концентрированной серной кислоте на стадии (1) находится в интервале 1 : (1,2÷1,5). Это позволяет дополнительно повысить степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения на стадии (1) смешивание проводят при температуре не выше 30°С в течение периода времени от 5 до 15 минут. Это позволяет дополнительно повысить степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения концентрированная серная кислота на стадии (1) имеет массовую концентрацию не менее 93 вес.%. Это позволяет дополнительно повысить степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения реакцию между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой на стадии (2) проводят при температуре в интервале от 150°С до 300°С в течение периода времени от 1 до 4 часов. Это позволяет дополнительно повысить степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения жидкость-инициатор на стадии (2) представляет собой одну или обе жидкости, выбранные из технической воды и фильтрата, полученного на следующей стадии. Это позволяет дополнительно повысить степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения период выщелачивания на стадии (3) длится от 0,5 до 1 часа. Это позволяет дополнительно повысить степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения массовое отношение воды к клинкеру на стадии (3) находится в интервале (8÷12):1. Это позволяет дополнительно повысить степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения жидкостью для распыления на стадии (7) является одна или обе жидкости, выбранные из воды и щелочного раствора. Это выгодно в плане повышения степени извлечения фторсодержащего газа.

В другом аспекте настоящее изобретение представляет собой систему осуществления вышеописанного способа обработки концентрата руды редкоземельных элементов в различных вариантах ее осуществления, включающую:

смесительное устройство, имеющее вход для концентрата руды редкоземельных элементов, вход для концентрированной серной кислоты, выход для суспензии и выход для первого фторсодержащего газа, при этом внутри смесительного устройства установлена мешалка, а на наружной стенке смесительного устройства размещена рубашка водяного охлаждения;

устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, имеющее вход для суспензии, вход для жидкости-инициатора, выход для клинкера и выход для второго фторсодержащего газа, вход для суспензии которого соединен с выходом для суспензии смесительного устройства, при этом внутри устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой установлен перемешивающий пропеллер, а на наружной стенке устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой размещено нагревательное устройство;

устройство для выщелачивания, имеющее вход для клинкера, вход для воды и выход для выщелоченной суспензии, вход для клинкера которого соединен с выходом для клинкера, и

сепаратор твердой и жидкой фаз, имеющий вход для выщелоченной суспензии, выход для фильтрата и выход для выщелоченного шлака, вход для выщелоченной суспензии которого соединен с выходом для выщелоченной суспензии, а выход для выщелоченного шлака соединен с устройством для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой.

Предлагаемая в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения система обработки концентрата руды редкоземельных элементов позволяет быстро и эффективно смешать концентрат руды редкоземельных элементов с концентрированной серной кислотой с помощью мешалки в смесительном устройстве, чтобы частицы концентрата в достаточной степени пропитались концентрированной серной кислотой без образования комочков для предотвращения агломерации в последующем процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой и создания благоприятных условий для массопереноса в процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой. При этом смесительное устройство имеет рубашку с проточным водяным охлаждением на наружной стенке, чтобы можно было поддерживать температуру внутри нее на постоянном уровне и тем самым предотвратить разложение руды редкоземельных элементов при высоких температурах и обеспечить извлечение тория. Процессы старения и прокаливания в настоящем изобретении могут протекать в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой одновременно, что значительно сокращает время реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой концентрата руды редкоземельных элементов. Соответственно, в процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой будут иметь место значительные изменения вязкости по мере перехода содержащихся в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой материалов из жидкого состояния в полусухое, а затем в сухое с образованием клинкера. Устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой может эффективно справляться с происходящими изменениями характеристик вышеуказанных материалов. Далее, в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой предусмотрен перемешивающий пропеллер, обеспечивающий быстрое протекание реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, и нагревательное устройство на наружной стенке устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой для поддержания оптимальной для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой температуры. Поскольку температура на протяжении всего процесса реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой поддерживается низкая, предотвращается переход тория в шлак, что может вызвать радиоактивное загрязнение и потерю тория, а кроме того, предотвращается образование серосодержащего газа при разложении концентрированной серной кислоты, что позволяет вернуть в процесс второй фторсодержащий газ. В процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой содержащийся в концентрате руды редкоземельных элементов торий превращается в соль ториевой кислоты, которая переходит в выщелоченную суспензию во время выщелачивания. Тем самым обеспечивается переработка и утилизация тория, что устраняет опасность радиоактивного заражения окружающей среды. Выщелоченную суспензию далее подвергают разделению на твердую и жидкую фазу, и полученный выщелоченный шлак возвращают в реакцию между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, что дополнительно повышает степень извлечения тория и степень вскрытия руды редкоземельных элементов. Таким образом, предлагаемая система обладает преимуществами возможности приспособления к самому различному сырью, низкого энергопотребления и непрерывности производства. Одновременно она обеспечивает эффективное извлечение тория и значительное повышение степени вскрытия руды редкоземельных элементов, которая может достигать, например, 96%.

Кроме того, система обработки концентрата руды редкоземельных элементов в вышеупомянутых вариантах ее осуществления по данному изобретению может дополнительно иметь следующие технические признаки.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения предлагаемая система дополнительно включает: шаровую мельницу с входом для концентрата руды редкоземельных элементов и выходом для измельченного концентрата руды редкоземельных элементов; сито с входом для измельченного концентрата руды редкоземельных элементов, выходом для ситового остатка и выходом для мелкой фракции, в котором вход для измельченного концентрата руды редкоземельных элементов соединен с выходом для измельченного концентрата руды редкоземельных элементов шаровой мельницы, выход для ситового остатка соединен с входом шаровой мельницы, а выход для мелкой фракции соединен с входом для концентрата руды редкоземельных элементов. Это позволяет дополнительно повысить степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения предлагаемая система дополнительно включает: устройство для обработки газов с входом для фторсодержащего газа, входом для распыляемой жидкости и выходом для фторсодержащей суспензии, в котором вход для фторсодержащего газа соединен с выходом для первого фторсодержащего газа и с выходом для второго фторсодержащего газа. Это позволяет извлечь фторсодержащий газ и тем самым уменьшить загрязнение окружающей среды отходящими газами.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения вход для концентрата руды редкоземельных элементов, вход для концентрированной серной кислоты и выход для первого фторсодержащего газа в смесительном устройстве независимо размещены над мешалкой, а выход для суспензии расположен под мешалкой. Это позволяет улучшить качество суспензии и дополнительно повысить степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения вход для суспензии и выход для второго фторсодержащего газа в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой независимо размещены в верхней части устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, а выход для клинкера расположен в нижней части устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой. Это выгодно для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой и позволяет дополнительно повысить степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов.

Дополнительные аспекты и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения будут частично представлены или понятны из нижеследующего описания или могут быть изучены на практических вариантах осуществления настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения становятся очевидными и более понятными из нижеследующего описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, из которых:

Фиг. 1 представляет собой блок-схему последовательности операций способа обработки концентрата руды редкоземельных элементов в соответствии с одним из вариантов осуществления по настоящему изобретению;

Фиг. 2 представляет собой блок-схему последовательности операций способа обработки концентрата руды редкоземельных элементов в соответствии с другим вариантом осуществления по настоящему изобретению;

Фиг. 3 представляет собой блок-схему последовательности операций способа обработки концентрата руды редкоземельных элементов в соответствии с еще одним вариантом осуществления по настоящему изобретению;

Фиг. 4 представляет собой схему одного из вариантов осуществления системы выполнения способа обработки концентрата руды редкоземельных элементов по настоящему изобретению;

Фиг. 5 представляет собой схему другого варианта осуществления системы выполнения способа обработки концентрата руды редкоземельных элементов по настоящему изобретению;

Фиг. 6 представляет собой схему еще одного варианта осуществления системы выполнения способа обработки концентрата руды редкоземельных элементов по настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Будет дано подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения. Одинаковые или подобные элементы и элементы, имеющие одинаковые или подобные функции, в тексте описания обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Представленные ниже со ссылками на чертежи варианты осуществления являются пояснительными иллюстративными, и используются только для общего ознакомления с сущностью настоящего изобретения. Изобретение никоим образом не должно рассматриваться как ограниченное только ими.

Следует понимать, что такие встречающиеся в описании термины, как «центральный», «продольный», «боковой», «длина», «ширина», «толщина», «верхний», «нижний», «передний», «задний», «левый», «правый», «вертикальный», «горизонтальный», «верхний», «нижний», «внутренний», «наружный», «по часовой стрелке», «против часовой стрелки», «осевой», «радиальный» и «тангенциальный» относятся к описываемой в тексте или показанной на обсуждаемых чертежах ориентации. Эти термины, описывающие положение элемента относительно других элементов, введены только для удобства описания и никоим образом не должны рассматриваться как ограничивающие сущность настоящего изобретения в плане конструкции или действия в определенной ориентации.

Кроме того, такие термины, как «первый» и «второй», используются в данном документе также только для целей описания и не предназначены для обозначения или указания относительной важности, значимости или подразумеваемого количественного измерения признака, к которому они относятся. Таким образом, признак, определенный как «первый» или «второй», может включать один или несколько этих признаков. Термин «множество» в описании настоящего изобретения означает два или более указанных признаков, если не указано иное.

Если не указано иное и не установлены ограничения, часто встречающиеся в настоящем описании термины «установленный», «соединенный», «связанный», «фиксированный» и тому подобные, могут относиться, например, к неразъемным соединениям, разъемным соединениям или выполненным как единое целое деталям; механическим или электрическим соединениям; прямым или опосредованным соединениям через промежуточные элементы; а также внутренним соединениям элементов, которые понятны специалистам в данной области техники в соответствии с конкретными ситуациями.

В настоящем описании, если не указано иное и не установлены ограничения, конструкция, в которой первый элемент находится «на» или «под» вторым элементом, может включать как тот вариант осуществления, в котором первый элемент находится в прямом контакте со вторым элементом, так и тот вариант, в котором первый и второй элементы не находятся в прямом контакте друг с другом, а контактируют опосредованно через дополнительный элемент, имеющийся между ними. Кроме того, конструкция, в которой первый элемент находится «на», «над» или «поверх» второго элемента, может включать вариант осуществления, в котором первый элемент находится прямо или под углом «на», «над» или «поверх» второго элемента или просто имеет высоту больше высоты второго элемента; соответственно, конструкция, в которой первый элемент находится «ниже», «под» или «внизу» второго элемента, может включать вариант осуществления, в котором первый элемент находится прямо или под углом «ниже», «под» или «внизу» второго элемента или просто имеет высоту меньше высоты второго элемента.

В одном из аспектов настоящее изобретение представляет собой способ обработки концентрата руды редкоземельных элементов в различных вариантах его осуществления. Как показано на Фиг. 1, такой способ включает следующие этапы.

На этапе S100 концентрат руды редкоземельных элементов смешивается с концентрированной серной кислотой.

Результатами смешивания концентрата руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислоты на этом этапе являются суспензия и первый фторсодержащий газ. А именно, при смешивании концентрата руды редкоземельных элементов с концентрированной серной кислотой и перемешивании смеси в смесительном устройстве выделяется небольшое количество газа, содержащего CO₂, HF и SiF₄. CO₂ и HF образуются в реакциях с концентрированной серной кислотой карбонатов, содержащихся в концентрате руды редкоземельных элементов. Кроме того, вместе с первым фторсодержащим газом выносится некоторое количество твердой пыли. Более конкретно, концентрат руды редкоземельных элементов с подходящим размером частиц вводят в смесительное устройство через дозатор и смешивают с отмеренным количеством концентрированной серной кислоты в определенной пропорции. После перемешивания в течение заданного периода времени при непрерывном охлаждении проточной водой для поддержания температуры внутри смесительного устройства в допустимом диапазоне образуется суспензия. Было обнаружено, что если внутри смесительного устройства поместить соответствующую мешалку, то можно быстро и эффективно смешивать концентрат руды редкоземельных элементов и концентрированную серную кислоту так, чтобы частицы концентрата в достаточной степени пропитались концентрированной серной кислотой без образования комочков для предотвращения агломерации в последующем процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой и создания благоприятных условий для массопереноса в процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой. При этом смесительное устройство имеет рубашку с проточным водяным охлаждением на наружной стенке, чтобы можно было поддерживать температуру внутри нее на постоянном уровне. Следует отметить, что вышеупомянутый концентрат руды редкоземельных элементов может быть концентратом как бастнезитовой (фторуглеродно-цериевой редкоземельной) руды, так и смешанной (бастнезит-монацитовой) руды месторождения Баотоу.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения размер частиц руды концентрата редкоземельных элементов конкретно не ограничен и может быть выбран специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения концентрат руды редкоземельных элементов может иметь размер частиц в диапазоне от 80 до 320 меш. Было обнаружено, что если размер частиц концентрата руды редкоземельных элементов слишком велик, то реакция между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой затруднена. В то же время при малом размере частиц может быть увеличена площадь контакта между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, но если размер частиц слишком мал, то реакция будет слишком интенсивной и, таким образом, неконтролируемой; дополнительная энергия на помол при этом будет потрачена зря, а степень вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов уменьшится. Поэтому размер частиц концентрата руды редкоземельных элементов в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения позволяет значительно увеличить степень вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов и одновременно сэкономить энергию.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения массовое отношение концентрата руды редкоземельных элементов к концентрированной серной кислоте конкретно не ограничивается и может быть выбрано специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения массовое отношение концентрата руды редкоземельных элементов к концентрированной серной кислоте находилось в интервале 1:(1,2÷1,5). Было обнаружено, что если массовое отношение концентрата руды редкоземельных элементов к концентрированной серной кислоте слишком велико, то реакция между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой идет слишком медленно, что приводит к низкой степени вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов и трудности извлечения из него тория; в этом случае выщелоченный шлак обогащается торием и становится радиоактивным. Если же массовое отношение концентрата руды редкоземельных элементов к концентрированной серной кислоте слишком мало, то имеет место перерасход кислоты, увеличение времени перемешивания и рост остаточного содержания кислоты на следующих этапах. Поэтому то массовое отношение концентрата руды редкоземельных элементов к концентрированной серной кислоте, которое заявлено в настоящем изобретении, позволяет еще более увеличить степень вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов, повысить скорость смешивания и одновременно сэкономить энергию.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения условия смешивания количественно не ограничены и могут быть выбраны специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения смешивание проводят при температуре не выше 30°С в течение периода времени от 5 до 15 минут. Было обнаружено, что если температура смешивания слишком высока, то концентрат руды редкоземельных элементов начнет слишком рано локально реагировать с концентрированной серной кислотой, что приведет к плохому смешиванию. Если период перемешивания слишком мал, чтобы достичь полного контакта концентрата руды редкоземельных элементов с концентрированной серной кислотой, то это отрицательно скажется на массообмене. Следовательно, если температура смешивания слишком высока, а время перемешивания слишком длинное или слишком короткое, степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов уменьшается.

В следующем варианте осуществления настоящего изобретения массовая концентрация концентрированной серной кислоты конкретно не ограничена и может быть выбрана специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения концентрированная серная кислота имеет массовую концентрацию не менее 93 вес.%. Было установлено, что увеличение массовой концентрации концентрированной серной кислоты может значительно повысить эффективность пропитки концентрата руды редкоземельных элементов и в то же время улучшить качество суспензии, увеличивая тем самым степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов.

На этапе S200 суспензию смешивают с жидкостью-инициатором для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой.

На этом этапе суспензию смешивают с жидкостью-инициатором для вскрытия кислотой с получением клинкера и второго фторсодержащего газа. А именно, суспензия подается с выхода для суспензии смесительного устройства в устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой через выход для суспензии, и открывается клапан впуска жидкости-инициатора. Концентрированную серную кислоту в суспензии разбавляют для выделения тепла, а температуру внутри устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой регулируют с помощью вспомогательного нагревательного устройства таким образом, чтобы реакция между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой прошла до конца в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой с образованием кускового клинкера. Было обнаружено, что процессы старения и обжига можно проводить в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой одновременно, что значительно сокращает время реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой концентрата руды редкоземельных элементов. Кроме того, в процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой будут иметь место значительные изменения вязкости по мере перехода содержащихся в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой материалов из жидкого состояния в полусухое, а затем в сухое с образованием клинкера. Устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой может эффективно справляться с происходящими изменениями характеристик вышеуказанных материалов. Далее, в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой предусмотрен перемешивающий пропеллер для ускорения протекания реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой и нагревательное устройство на наружной стенке для поддержания оптимальной для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой температуры. Поскольку температура на протяжении всего процесса реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой поддерживается низкая, предотвращается образование серосодержащего газа при разложении концентрированной серной кислоты, что позволяет вернуть в процесс второй фторсодержащий газ. В то же время предотвращается переход тория в шлак, что может вызвать радиоактивное загрязнение и потерю тория.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения условия реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой конкретно не ограничены и могут быть выбраны специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения реакция между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой проводят при температуре в интервале от 150°С до 300°С в течение периода времени от 1 до 4 часов. Было установлено, что если температура реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой слишком высока, концентрированная серная кислота будет разлагаться с образованием серосодержащего газа, и в то же время возникает проблема с выщелачиванием тория из клинкера в раствор, в результате чего торий остается в выщелоченном шлаке и образуются радиоактивные твердые отходы. Если температура реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой слишком низка, или время реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой слишком маленькое, то степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов уменьшается. Если же время реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой увеличивать сверх необходимого, то по достижении определенного предела степень вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов больше не увеличивается, а потребление энергии и общее время всего процесса продолжают расти. Следовательно, температура и время реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, заявленные в настоящем изобретении, позволяют существенно увеличить степень вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов, степень выщелачивания тория и одновременно сэкономить энергию.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения тип жидкости-инициатора конкретно не задан и может быть выбран специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения жидкость-инициатор представляет собой одну или обе жидкости, выбранные из отработанной кислоты или технической воды, полученных на последующих этапах. Было обнаружено, что для проведения реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой необходимо достичь определенной температуры. Для повышения температуры суспензии и активации реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой используется жидкость-инициатор, которой разбавляют концентрированную серную кислоту, чтобы высвободить теплоту разбавления и тем самым снизить потребность в нагреве внешним источником тепла.

Процесс по настоящему изобретению состоит в том, что концентрат руды редкоземельных элементов и концентрированную серную кислоту смешивают и нагревают до определенной температуры, в результате чего содержащиеся в концентрате руды оксиды редкоземельных элементов, ThO₂ и подобные им реагируют с серной кислотой с образованием растворимых сульфатов. Примеси типа CaF₂, Fe₂O₃ и другие также в той или иной степени реагируют с серной кислотой, превращаясь в сульфаты. Сульфаты же редкоземельных металлов, тория, железа и других элементов растворимы в воде. Фтор выделяется в отходящих печных газах в виде HF или SiF₄ и может реагировать с аммиаком в присутствии водяных паров с образованием твердого бифторида аммония (NH₄HF₂), который подлежит продаже как продукт производства. В процессе по данному изобретению (т.е. при температурах от 150°С до 300°С) серная кислота не разлагается, и лишь небольшое количество серной кислоты теряется на испарение. Поэтому в отходящих газах присутствуют только HF, SiF₄ и небольшое количество сернокислого тумана, что улучшает условия для извлечения фтора в качестве побочного продукта из отходящих газов. Так, например, химические реакции в случае концентрата смешанной бастнезит-монацитовой руды редкоземельных элементов в процессе по настоящему изобретению будут следующими.

(1) Основные реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой концентрата бастнезитовой руды:

2REFCO₃+3H₂SO₄=RE₂(SO₄)₃+2HF↑+2CO₂↑+2H₂O

ThO₂+2H₂SO₄=Th(SO₄)₂+2H₂O

(2) Реакции вскрытия монацита:

2REPO₄+3H₂SO₄=RE₂(SO₄)₃+2H₃PO₄

Th₃(PO₄)₄+6H₂SO₄=3Th(SO₄)₂+H₃PO₄

Побочные реакции:

CaF₂+H₂SO₄=CaSO₄+2HF↑

Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂(SO₄)₃+3H₂O

SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O

На этапе S300 клинкер подвергается выщелачиванию водой.

На этом этапе клинкер смешивают с водой для выщелачивания, получая таким образом выщелоченную суспензию. А именно, кусковой клинкер из устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой через выход для клинкера шнеком-дозатором направляется в устройство для выщелачивания, куда вводится определенное количество воды для выщелачивания. Через некоторое время образуется выщелоченная суспензия. Было обнаружено, что пластинки ториевой кислоты, в которые превращается торий в процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, при выщелачивании растворяются и переходят в выщелоченную суспензию. Тем самым обеспечивается переработка и утилизация тория, что устраняет опасность радиоактивного заражения окружающей среды.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения условия выщелачивания конкретно не ограничены и могут быть выбраны специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения температура выщелачивания равна температуре окружающей среды, а время выщелачивания составляет от 0,5 до 1 часа. Было обнаружено, что выщелачивание хорошо идет при температуре, равной температуре окружающей среды, и сульфаты клинкера растворяются в воде без нагревания, что исключает необходимость в дополнительном внешнем источнике тепла. При этом для полного растворения сульфатов нужно дать только достаточное время выщелачивания.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения массовое отношение воды к клинкеру конкретно не ограничивается и может быть выбрано специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения массовое отношение воды к клинкеру находится в интервале (8÷12) : 1. Было обнаружено, что если массовое отношение воды к клинкеру слишком мало, раствор сульфатов может стать перенасыщенным и сульфаты начнут кристаллизоваться из него, но массовое отношение воды к клинкеру не должно быть слишком велико, иначе слишком растет объем перерабатываемых в системе материалов, что влечет за собой трудности в переработке образующихся стоков.

На этапе S400 выщелоченную суспензию разделяют на твердую и жидкую фазу, и выщелоченный шлак возвращается на стадию (2) для повторного реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой.

На этом этапе выщелоченную суспензию разделяют на твердую и жидкую фазу, получая таким образом фильтрат и выщелоченный шлак, при этом выщелоченный шлак возвращают на стадию (2) для повторной реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой. Конкретнее, выщелоченную суспензию, полученную в устройстве для выщелачивания, перекачивают пульповым насосом в сепаратор твердой и жидкой фаз, где из нее получают фильтрат и выщелоченный шлак. Выщелоченный шлак дозируемыми порциями возвращается в устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, а фильтрат передается на следующую стадию экстракции. Таким образом, можно заметно увеличить степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов с одновременным повышением степени извлечения тория.

Предлагаемые варианты осуществления способа и системы обработки концентрата руды редкоземельных элементов по настоящему изобретению позволяют быстро и эффективно смешать концентрат руды редкоземельных элементов с концентрированной серной кислотой с помощью мешалки в смесительном устройстве, чтобы частицы концентрата в достаточной степени пропитались концентрированной серной кислотой без образования комочков для предотвращения агломерации в последующем процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой и создания благоприятных условий для массопереноса в процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой. При этом смесительное устройство имеет рубашку с проточным водяным охлаждением на наружной стенке, чтобы можно было поддерживать температуру внутри нее на постоянном уровне и тем самым предотвратить разложение руды редкоземельных элементов при высоких температурах и сохранить возможность извлечения тория. Процессы старения и прокаливания в настоящем изобретении могут протекать в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой одновременно, что значительно сокращает время реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой концентрата руды редкоземельных элементов. Далее, в процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой будут иметь место значительные изменения вязкости по мере перехода содержащихся в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой материалов из жидкого состояния в полусухое, а затем в сухое с образованием клинкера. Устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой может эффективно справляться с происходящими изменениями характеристик вышеуказанных материалов. Далее, в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой предусмотрен перемешивающий пропеллер для ускорения протекания реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой и нагревательное устройство на наружной стенке для поддержания оптимальной для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой температуры. Поскольку температура на протяжении всего процесса реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой поддерживается низкая, предотвращается переход тория в шлак, что может вызвать радиоактивное загрязнение и потерю тория, а кроме того, предотвращается образование серосодержащего газа при разложении концентрированной серной кислоты, что позволяет вернуть в процесс второй фторсодержащий газ. В процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой содержащийся в концентрате руды редкоземельных элементов торий превращается в соль ториевой кислоты, которая переходит в выщелоченную суспензию во время выщелачивания. Тем самым обеспечивается переработка и утилизация тория, что устраняет опасность радиоактивного заражения окружающей среды. Выщелоченную суспензию далее подвергают разделению на твердую и жидкую фазу, и полученный выщелоченный шлак возвращают в процесс реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, что дополнительно повышает степень извлечения тория и степень вскрытия руды редкоземельных элементов. Таким образом, настоящий способ обладает преимуществами возможности приспособления к самому различному сырью, низкого энергопотребления и непрерывности производства. Одновременно он обеспечивает эффективное извлечение тория и значительное повышение степени вскрытия руды редкоземельных элементов, которая может достигать, например, 96%.

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения, представленный на Фиг. 2, дополнительно включает следующие этапы перед смешиванием концентрата руды редкоземельных элементов с концентрированной серной кислотой:

На этапе S500 концентрат руды редкоземельных элементов подвергают шаровому помолу.

На этом этапе концентрат руды редкоземельных элементов измельчают в шаровой мельнице с получением в результате измельченного концентрата руды редкоземельных элементов. Такой помол позволяет повысить степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов.

На этапе S600 измельченный концентрат руды редкоземельных элементов просеивают, и ситовый остаток возвращают на шаровой помол, а мелкую фракцию смешивают с концентрированной серной кислотой.

На этом этапе полученный как описано выше измельченный концентрат руды редкоземельных элементов просеивают, получая в результате ситовый остаток и мелкую фракцию. Ситовый остаток возвращают на шаровой помол, а мелкую фракцию смешивают с концентрированной серной кислотой. Эти дополнительные этапы позволяют дополнительно повысить степень разложения оксидов редкоземельных элементов. Было обнаружено, что возвращение отсеянного ситового остатка в шаровую мельницу для дальнейшего измельчения существенно снижает затраты сырья и времени в процессе, а смешивание с концентрированной серной кислотой просеянной мелкой фракции дополнительно увеличивает степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов. В частности, мелкая фракция имеет размер частиц в диапазоне от 80 до 320 меш.

В варианте осуществления настоящего изобретения, представленном на Фиг. 3, вышеописанные способ и система дополнительно включают следующий этап.

На этапе S700 первый фторсодержащий газ и второй фторсодержащий газ обрабатывают жидкостью для распыления.

На этом этапе производится распыление в первый фторсодержащий газ и второй фторсодержащий газ жидкости для распыления с получением в результате фторсодержащей суспензии. Это позволяет вернуть в процесс фторсодержащий газ для повторного использования и тем самым избежать загрязнения окружающей среды отходящими газами. Было обнаружено, что если как смесительное устройство, так и устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой оснащены устройствами контроля температуры, то первый фторсодержащий газ и второй фторсодержащий газ содержат гораздо меньше примесей и, кроме того, первый фторсодержащий газ и второй фторсодержащий газ содержат гораздо меньше пыли. Это позволяет распылять жидкость для распыления прямо во фторсодержащий газ, не проводя его обработки в каком-либо устройстве для удаления пыли перед распылением. Фторсодержащий газ и содержащаяся в нем пыль захватываются жидкостью для распыления. Жидкость подвергают фильтрации, и отфильтрованный шлак возвращают в устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, а фильтрат используют для получения фторидов. Извлечение фторсодержащего газа с его последующей утилизацией и предотвращение загрязнения окружающей среды отходящими газами экономически оправдано.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения тип распыляемой жидкости конкретно не указан и может быть выбран специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения жидкостью для распыления является одна или обе жидкости, выбранные из воды и щелочного раствора. В частности, щелочным раствором может служить раствор гидроксида аммония. Таким образом, извлечение фторсодержащего газа с его последующей утилизацией и предотвращение загрязнения окружающей среды отходящими газами является преимуществом настоящего изобретения.

В другом аспекте настоящее изобретение представляет собой систему осуществления вышеописанного способа обработки концентрата руды редкоземельных элементов в различных вариантах ее осуществления. В варианте осуществления настоящего изобретения, представленном на Фиг. 4, система включает смесительное устройство 100, устройство 200 для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, устройство 300 для выщелачивания и сепаратор 400 твердой и жидкой фаз.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения смесительное устройство 100 имеет вход 101 для концентрата руды редкоземельных элементов, вход 102 для концентрированной серной кислоты, выход 103 для суспензии и выход 104 для первого фторсодержащего газа. Кроме того, внутри смесительного устройства установлена мешалка 11, а на наружной стенке размещена рубашка 12 водяного охлаждения. Смесительное устройство 100 предназначено для смешивания концентрата руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислоты с получением в результате суспензии и первого фторсодержащего газа. Конкретно, в смесительном устройстве смешиваются концентрат руды редкоземельных элементов и концентрированная серная кислота. Во время смешивания с кислотой образуется небольшое количество газа, содержащего CO₂, HF и SiF₄. CO₂ и HF образуются в реакциях с концентрированной серной кислотой карбонатов, содержащихся в концентрате руды редкоземельных элементов. Кроме того, вместе с первым фторсодержащим газом выносится некоторое количество твердой пыли. Более конкретно, концентрат руды редкоземельных элементов с подходящим размером частиц вводят в смесительное устройство через дозатор и смешивают с отмеренным количеством концентрированной серной кислоты в определенной пропорции. После перемешивания в течение заданного периода времени при непрерывном охлаждении проточной водой для поддержания температуры внутри смесительного устройства в допустимом диапазоне образуется суспензия. Было обнаружено, что если внутри смесительного устройства поместить соответствующую мешалку, то можно быстро и эффективно смешивать концентрат руды редкоземельных элементов и концентрированную серную кислоту так, чтобы частицы концентрата в достаточной степени пропитались концентрированной серной кислотой без образования комочков для предотвращения агломерации в последующем процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой и создания благоприятных условий для массопереноса в процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой. При этом смесительное устройство имеет рубашку с проточным водяным охлаждением на наружной стенке, чтобы можно было поддерживать температуру внутри нее на постоянном уровне. Следует отметить, что вышеупомянутый концентрат руды редкоземельных элементов может быть концентратом как бастнезитовой (фторуглеродно-цериевой редкоземельной) руды, так и смешанной (бастнезит-монацитовой) руды месторождения Баотоу. Концентрированная серная кислота, как описано выше, может подаваться в смесительное устройство в отмеренном количестве. Конструкция мешалки смесительного устройства не конкретизируется и может быть выбрана специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. Например, мешалка может представлять собой двойной перемешивающий пропеллер, то есть верхний пропеллер и нижний пропеллер, сидящие на валу для перемешивания, который обеспечивает эффективное перемешивание концентрата руды редкоземельных элементов с концентрированной серной кислотой.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения вход 101 для концентрата руды редкоземельных элементов, вход 102 для концентрированной серной кислоты и выход 104 для первого фторсодержащего газа в смесительном устройстве 100 независимо размещены над мешалкой 11, а выход 103 для суспензии расположен под мешалкой 11. Это выгодно для протекания реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, вследствие чего эффективность процесса в целом повышается.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения размер частиц концентрата руды редкоземельных элементов конкретно не ограничен и может быть выбран специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения концентрат руды редкоземельных элементов имеет размер частиц в диапазоне от 80 до 320 меш. Было обнаружено, что если размер частиц концентрата руды редкоземельных элементов слишком велик, то реакция между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой затруднена. В то же время при малом размере частиц может быть увеличена площадь контакта между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, но если размер частиц слишком мал, то реакция будет слишком интенсивной и, таким образом, неконтролируемой; дополнительная энергия на помол при этом будет потрачена зря, а степень вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов уменьшится. Поэтому тот размер частиц концентрата руды редкоземельных элементов, который был выбран в варианте осуществления настоящего изобретения, позволяет значительно увеличить степень вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов и одновременно сэкономить энергию.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения массовое отношение концентрата руды редкоземельных элементов к концентрированной серной кислоте конкретно не ограничивается и может быть выбрано специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения массовое отношение концентрата руды редкоземельных элементов к концентрированной серной кислоте находится в интервале 1:(1,2÷1,5). Было обнаружено, что если массовое отношение концентрата руды редкоземельных элементов к концентрированной серной кислоте слишком велико, то реакция между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой идет слишком медленно, что приводит к низкой степени вскрытия руды и трудности извлечения из нее тория; в этом случае выщелоченный шлак обогащается торием и становится радиоактивным. Если же массовое отношение концентрата руды редкоземельных элементов к концентрированной серной кислоте слишком мало, то имеет место перерасход кислоты, увеличение времени перемешивания и рост остаточного содержания кислоты на следующих этапах. Поэтому то массовое отношение концентрата руды редкоземельных элементов к концентрированной серной кислоте, которое заявлено в настоящем изобретении, позволяет еще более увеличить степень вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов, повысить скорость смешивания и одновременно сэкономить энергию.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения условия смешивания конкретно не ограничены и могут быть выбраны специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения смешивание проводят при температуре не выше 30°С в течение периода времени от 5 до 15 минут. Было обнаружено, что если температура смешивания слишком высока, то концентрат руды редкоземельных элементов начинает слишком рано локально реагировать с концентрированной серной кислотой, что приводит к плохому смешиванию. Если период перемешивания слишком мал, чтобы достичь полного контакта концентрата руды редкоземельных элементов с концентрированной серной кислотой, то это отрицательно сказывается на массообмене. Следовательно, если температура смешивания слишком высока, а время перемешивания слишком долгое или слишком короткое, то степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов уменьшается.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения массовая концентрация концентрированной серной кислоты конкретно не ограничена и может быть выбрана специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения концентрированная серная кислота имеет массовую концентрацию не менее 93 вес.%. Было установлено, что увеличение массовой концентрации концентрированной серной кислоты может значительно повысить эффективность пропитки концентрата руды редкоземельных элементов и в то же время улучшить качество суспензии, увеличивая тем самым степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 200 для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой имеет вход 201 для суспензии, вход 202 для жидкости-инициатора, выход 203 для клинкера и выход 204 для второго фторсодержащего газа. Вход 201 для суспензии соединен с выходом 103 для суспензии. Внутри устройства 200 для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой имеется перемешивающий пропеллер 21, а на наружной стенке установлено нагревательное устройство 22. Устройство 200 для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой предназначено для смешивания суспензии и жидкости-инициатора для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой с получением в результате клинкера и второго фторсодержащего газа. А именно, суспензия подается с выхода для суспензии смесительного устройства в устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, и одновременно и открывается клапан впуска жидкости-инициатора. Концентрированную серную кислоту в суспензии разбавляют для выделения тепла, а температуру внутри устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой регулируют с помощью вспомогательного нагревательного устройства таким образом, чтобы реакция между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой прошла до конца в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой с образованием кускового клинкера. Было обнаружено, что процессы старения и обжига можно проводить в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой одновременно, что значительно сокращает время реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой концентрата руды редкоземельных элементов. Соответственно, в процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой будут иметь место значительные изменения вязкости по мере перехода содержащихся в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой материалов из жидкого состояния в полусухое, а затем в сухое с образованием клинкера. Устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой может эффективно справляться с происходящими изменениями характеристик вышеуказанных материалов. Далее, в нем предусмотрен перемешивающий пропеллер, обеспечивающий быстрое протекание реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, а на наружной стенке размещено нагревательное устройство для поддержания оптимальной для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой температуры. Поскольку температура на протяжении всего процесса реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой поддерживается низкая, предотвращается образование серосодержащего газа при разложении концентрированной серной кислоты, что позволяет вернуть в процесс второй фторсодержащий газ. В то же время предотвращается переход тория в шлак, что может вызвать радиоактивное загрязнение и потерю тория. Следует отметить, что конструкция вышеописанного устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой не конкретизируется и может быть выбрана специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями; например, она может представлять собой горизонтальный реактор. Перемешивающий пропеллер может представлять собой двойной спиральный пропеллер с двумя перемешивающими лопастями, имеющими разные скорости вращения, при этом каждая лопасть размещена на одном из двух параллельных валов. Нагревательное устройство может быть электрическим или паровым.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения вход 201 для суспензии и выход 204 для второго фторсодержащего газа в устройстве 200 для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой независимо размещены в верхней части устройства 200 для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, а выход 203 для клинкера расположен в нижней части устройства 200 для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой. Это выгодно для протекания реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, вследствие чего эффективность процесса в целом повышается.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения условия реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой конкретно не ограничены и могут быть выбраны специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения реакция между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой проводят при температуре в интервале от 150°С до 300°С в течение периода времени от 1 до 4 часов. Было установлено, что если температура реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой слишком высока, то концентрированная серная кислота будет разлагаться с образованием серосодержащего газа, и в то же время затрудняется выщелачивание тория из клинкера в раствор, в результате чего торий остается в выщелоченном шлаке и образуются радиоактивные твердые отходы. Если температура реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой слишком низка, или время реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой слишком маленькое, то степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов уменьшается. Если же время реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой увеличивать сверх необходимого, то по достижении определенного предела степень вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов больше не увеличивается, а потребление энергии и общее время всего процесса продолжают расти. Следовательно, температура и время реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, заявленные в настоящем изобретении, позволяют существенно увеличить степень вскрытия концентрата руды редкоземельных элементов, степень выщелачивания тория и одновременно сэкономить энергию.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения вид жидкости-инициатора конкретно не ограничен и может быть выбран специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном примере осуществления настоящего изобретения жидкость-инициатор представляет собой одну или обе жидкости, выбранные из отработанной кислоты и технической воды, полученных на последующих этапах. Установлено, что для проведения реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой необходимо достичь определенной температуры. Для повышения температуры суспензии и активации реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой используется жидкость-инициатор, которой разбавляют концентрированную серную кислоту, чтобы высвободить теплоту разбавления и тем самым снизить потребность в нагреве внешним источником тепла.

В процессе по настоящему изобретению концентрат руды редкоземельных элементов и концентрированную серную кислоту смешивают и нагревают до определенной температуры, в результате чего содержащиеся в концентрате оксиды редкоземельных элементов, ThO₂ и подобные им реагируют с серной кислотой с образованием растворимых сульфатов. Примеси типа CaF₂, Fe₂O₃ и другие также в той или иной степени реагируют с серной кислотой, превращаясь в сульфаты. Сульфаты же редкоземельных металлов, тория, железа и других элементов растворимы в воде. Фтор выделяется в отходящих печных газах в виде HF или SiF₄ и может реагировать с аммиаком в присутствии водяных паров с образованием твердого бифторида аммония (NH₄HF₂), который подлежит продаже как продукт производства. В таком процессе (т.е. при температурах от 150°С до 300°С) серная кислота не разлагается, и лишь небольшое количество серной кислоты теряется на испарение. Поэтому в отходящих газах присутствуют только HF, SiF₄ и небольшое количество сернокислого тумана, что улучшает условия для извлечения фтора в качестве побочного продукта из отходящих газов.

(1) Основные реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой концентрата бастнезитовой руды:

2REFCO₃+3H₂SO₄=RE₂(SO₄)₃+2HF↑+2CO₂↑+2H₂O

ThO₂+2H₂SO₄=Th(SO₄)₂+2H₂O

(2) Реакции вскрытия монацита:

2REPO₄+3H₂SO₄=RE₂(SO₄)₃+2H₃PO₄

Th₃(PO₄)₄+6H₂SO₄=3Th(SO₄)₂+H₃PO₄

Побочные реакции:

CaF₂+H₂SO₄=CaSO₄+2HF↑

Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂(SO₄)₃+3H₂O

SiO₂+4HF=SiF₄↑+2H₂O

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 300 для выщелачивания имеет вход 301 для клинкера, вход 302 для воды и выход 303 для выщелоченной суспензии. Вход 301 для клинкера соединен с выходом 203 для клинкера. Устройство 300 для выщелачивания предназначено для смешивания клинкера с водой для выщелачивания с получением в результате выщелоченной суспензии. А именно, кусковой клинкер из устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой через выход для клинкера шнеком-дозатором направляется в устройство для выщелачивания, куда вводится определенное количество воды для выщелачивания. Через некоторое время образуется выщелоченная суспензия. Было обнаружено, что пластинки ториевой кислоты, в которые превращается торий в процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, при выщелачивании растворяются и переходят в выщелоченную суспензию. Тем самым обеспечивается переработка и утилизация тория, что устраняет опасность радиоактивного заражения окружающей среды.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения условия выщелачивания конкретно не ограничены и могут быть выбраны специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения температура выщелачивания равна температуре окружающей среды, а время выщелачивания составляет от 0,5 до 1 часа. Было обнаружено, что выщелачивание хорошо идет при температуре, равной температуре окружающей среды, и сульфаты клинкера растворяются в воде без всякого нагревания, что исключает необходимость в дополнительном внешнем источнике тепла. При этом для полного растворения сульфатов нужно дать только достаточное время выщелачивания.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения массовое отношение воды к клинкеру конкретно не ограничивается и может быть выбрано специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения массовое отношение воды к клинкеру находится в интервале (8÷12):1. Было обнаружено, что если массовое отношение воды к клинкеру слишком мало, раствор сульфатов может стать перенасыщенным и сульфаты начнут кристаллизоваться из него, но массовое отношение воды к клинкеру не должно быть слишком велико, иначе неоправданно растет объем перерабатываемых в системе материалов, что влечет за собой трудности в переработке образующихся стоков.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения сепаратор 400 твердой и жидкой фаз имеет вход 401 для выщелоченной суспензии, выход 402 для фильтрата и выход 403 для выщелоченного шлака. Вход 401 для выщелоченной суспензии соединен с выходом 303 для выщелоченной суспензии, а выход 403 для выщелоченного шлака соединен с устройством 200 для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой. Сепаратор 400 твердой и жидкой фаз предназначен для разделения выщелоченной суспензии на твердую и жидкую фазы с получением в результате фильтрата и выщелоченного шлака, при этом выщелоченный шлак возвращается в устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой для повторной реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой. Конкретнее, выщелоченную суспензию, полученную в устройстве для выщелачивания, перекачивают пульповым насосом в сепаратор твердой и жидкой фаз, где из нее получают фильтрат и выщелоченный шлак. Выщелоченный шлак дозируемыми порциями возвращается в устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, а фильтрат передается на следующую стадию экстракции. Таким образом, может быть заметно увеличена степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов с одновременным повышением степени извлечения тория.

Предлагаемая в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения система обработки концентрата руды редкоземельных элементов позволяет быстро и эффективно смешать концентрат руды редкоземельных элементов с концентрированной серной кислотой с помощью мешалки в смесительном устройстве, чтобы частицы концентрата в достаточной степени пропитались концентрированной серной кислотой без образования комочков для предотвращения агломерации в последующем процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой и создания благоприятных условий для массопереноса в процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой. При этом смесительное устройство имеет рубашку с проточным водяным охлаждением на наружной стенке, чтобы можно было поддерживать температуру внутри нее на постоянном уровне и тем самым предотвратить разложение руды редкоземельных элементов при высоких температурах и сохранить возможность извлечения тория. Процессы старения и прокаливания в настоящем изобретении могут протекать в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой одновременно, что значительно сокращает время реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой концентрата руды редкоземельных элементов. Соответственно, в процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой будут иметь место значительные изменения вязкости по мере перехода содержащихся в устройстве для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой материалов из жидкого состояния в полусухое, а затем в сухое с образованием клинкера. Устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой может эффективно справляться с происходящими изменениями характеристик вышеуказанных материалов. Далее, в нем предусмотрен перемешивающий пропеллер, обеспечивающий быстрое протекание реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, а на наружной стенке размещено нагревательное устройство для поддержания оптимальной для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой температуры. Поскольку температура на протяжении всего процесса реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой поддерживается низкая, предотвращается переход тория в шлак, что может вызвать радиоактивное загрязнение и потерю тория, а кроме того, предотвращается образование серосодержащего газа при разложении концентрированной серной кислоты, что позволяет вернуть в процесс второй фторсодержащий газ. В процессе реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой содержащийся в концентрате руды редкоземельных элементов торий превращается в соль ториевой кислоты, которая переходит в выщелоченную суспензию во время выщелачивания. Тем самым обеспечивается переработка и утилизация тория, что устраняет опасность радиоактивного заражения окружающей среды. Выщелоченную суспензию далее подвергают разделению на твердую и жидкую фазу, и полученный выщелоченный шлак возвращают в процесс реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, что дополнительно повышает степень извлечения тория и степень вскрытия руды редкоземельных элементов. Таким образом, предлагаемая система обладает преимуществами возможности приспособления к самому различному сырью, низкого энергопотребления и непрерывности производства. Одновременно она обеспечивает эффективное извлечение тория и значительное повышение степени вскрытия руды редкоземельных элементов, которая может достигать, например, 96%.

Как показано на Фиг. 5, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предлагаемая система обработки концентрата руды редкоземельных элементов дополнительно включает шаровую мельницу 500 и сито 600.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения шаровая мельница 500 имеет вход 501 для концентрата руды редкоземельных элементов и выход 502 для измельченного концентрата руды редкоземельных элементов и предназначена для шарового помола концентрата руды редкоземельных элементов перед смешиванием концентрата руды редкоземельных элементов с концентрированной серной кислотой с получением в результате измельченного концентрата руды редкоземельных элементов, что увеличивает степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения сито 600 имеет вход 601 для измельченного концентрата руды редкоземельных элементов, выход 602 для ситового остатка и выход 603 для мелкой фракции. Вход 601 для измельченного концентрата руды редкоземельных элементов соединен с выходом 502 для измельченного концентрата руды редкоземельных элементов, выход 602 для ситового остатка соединен с шаровой мельницей 500, а выход 603 для мелкой фракции соединен с входом 101 для концентрата руды редкоземельных элементов. Сито 600 предназначено для просеивания полученного как описано выше измельченного концентрата руды редкоземельных элементов с получением в результате ситового остатка и мелкой фракции. Ситовый остаток возвращается на шаровой помол, а мелкая фракция смешивается с концентрированной серной кислотой. Было обнаружено, что возвращение отсеянного ситового остатка в шаровую мельницу для дальнейшего измельчения существенно снижает затраты сырья и времени в процессе, а смешивание с концентрированной серной кислотой просеянной мелкой фракции дополнительно увеличивает степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов. Понятно, что выход для мелкой фракции сита может быть соединен с входом для концентрата руды редкоземельных элементов смесительного устройства через дозатор. В частности, мелкая фракция имеет размер частиц в диапазоне от 80 до 320 меш.

Как показано на Фиг. 6, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения система обработки концентрата руды редкоземельных элементов дополнительно включает устройство 700 для обработки газов.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения устройство 700 для обработки газов имеет вход 701 для фторсодержащего газа, вход 702 для жидкости для распыления и выход 703 для фторсодержащей суспензии. Вход 701 для фторсодержащего газа соединен как с выходом 104 для первого фторсодержащего газа, так и с выходом 204 для второго фторсодержащего газа. Устройство 700 для обработки газов предназначено для распыления в первый фторсодержащий газ и второй фторсодержащий газ жидкости для распыления с получением в результате фторсодержащей суспензии. Было обнаружено, что если как смесительное устройство, так и устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой оснащены устройствами контроля температуры, то первый фторсодержащий газ и второй фторсодержащий газ содержат гораздо меньше примесей и, кроме того, первый фторсодержащий газ и второй фторсодержащий газ содержат гораздо меньше пыли. Это позволяет распылять жидкость для распыления прямо во фторсодержащий газ, не проводя его обработки в каком-либо устройстве для удаления пыли перед распылением. Фторсодержащий газ и содержащаяся в нем пыль захватываются жидкостью для распыления. Жидкость подвергают фильтрации, и отфильтрованный шлак возвращают в устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, а фильтрат используют для получения фторидов. Извлечение фторсодержащего газа с его последующей утилизацией и предотвращение загрязнения окружающей среды отходящими газами экономически оправдано.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения вид жидкости для распыления конкретно не указан и может быть выбран специалистами в данной области техники в соответствии с фактическими потребностями. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения жидкостью для распыления является одна или обе жидкости, выбранные из воды и щелочного раствора. В частности, щелочным раствором может служить раствор гидроксида аммония. Таким образом, извлечение фторсодержащего газа с его последующей утилизацией и предотвращение загрязнения окружающей среды отходящими газами являются преимуществом настоящего изобретения.

Настоящее изобретение поясняется на конкретных примерах, которые приведены только для целей иллюстрации и не должны рассматриваться как ограничивающие сущность настоящего изобретения.

Пример № 1

Бастнезитовая руда была подвергнута помолу на шаровой мельнице и просеяна на сите с отбором фракции с размером частиц от 80 до 320 меш. Измельченный бастнезит был взвешен и загружен в смесительное устройство, содержавшее заранее отмеренное количество серной кислоты с концентрацией 98 вес.%. Массовое отношение концентрированной серной кислоты к измельченному бастнезиту было выбрано равным 1,4 : 1. Смесительное устройство охлаждалось проточной водой таким образом, чтобы температура внутри него не превышала 30°C. После полного перемешивания в течение 10 минут образовалась суспензия с равномерным распределением кислоты и началось выделение первого фторсодержащего газа. После этого суспензия была выпущена через выход для суспензии смесительного устройства и загружена в устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой. Затем был открыт клапан впуска жидкости-инициатора (технической воды), и начато разбавление концентрированной серной кислоты в суспензии для выделения тепла. Точная регулировка температуры внутри устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой осуществлялась с помощью вспомогательного нагревательного устройства. После перемешивания в течение 30 минут при 120°C суспензию сразу же подвергали реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой при 250°C в течение 1 часа с получением в результате кускового клинкера и выделением второго фторсодержащего газа. Кусковой клинкер с выхода для клинкера устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой дозировали и направляли в устройство для выщелачивания. В устройстве для выщелачивания на дозу клинкера отмеряли воду в весовой пропорции 8:1 и заливали в бак для выщелачивания, и материалы механически перемешивали в течение 1 часа до образования выщелоченной суспензии. Выщелоченную суспензию выкачивали в плиточно-рамный фильтр-пресс, где подвергали фильтрации под давлением с получением в результате фильтрата и выщелоченного шлака с уровнем отделения 8 вес.%. Химический состав выщелоченного шлака анализировали, после чего его порциями возвращали в устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, а выщелоченную жидкость подвергали дальнейшей экстракции.

В данном примере степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов составила 95,18%, при этом первый фторсодержащий газ и второй фторсодержащий газ были направлены в башню очистки отработанного газа, и из них был извлечен и утилизирован фтор.

Пример № 2

Бастнезитовая руда была подвергнута помолу на шаровой мельнице и просеяна на сите с отбором фракции с размером частиц от 80 до 320 меш. Измельченный бастнезит был взвешен и загружен в смесительное устройство, содержавшее заранее отмеренное количество серной кислоты с концентрацией 98 вес.%. Массовое отношение концентрированной серной кислоты к измельченному бастнезиту было выбрано равным 1,5:1. Смесительное устройство охлаждалось проточной водой таким образом, чтобы температура внутри него не превышала 30°C. После полного перемешивания в течение 8 минут образовалась суспензия с равномерным распределением кислоты и началось выделение первого фторсодержащего газа. После этого суспензия была выпущена через выход для суспензии смесительного устройства и загружена в устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой. Затем был открыт клапан впуска жидкости-инициатора (отработанной кислоты), и начато разбавление концентрированной серной кислоты в суспензии для выделения тепла. Точная регулировка температуры внутри устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой осуществлялась с помощью вспомогательного нагревательного устройства. После перемешивания в течение 30 минут при 130°C суспензию сразу же подвергали реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотойу при 280°C в течение 1 часа с получением в результате кускового клинкера и выделением второго фторсодержащего газа. Кусковой клинкер с выхода для клинкера устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой дозировали и направляли в устройство для выщелачивания. В устройстве для выщелачивания на дозу клинкера отмеряли воду в весовой пропорции 10:1 и заливали в бак для выщелачивания и материалы механически перемешивали в течение 0,5 часа до образования выщелоченной суспензии. Выщелоченную суспензию выкачивали в плиточно-рамный фильтр-пресс, где подвергали фильтрации под давлением с получением в результате фильтрата и выщелоченного шлака с уровнем отделения 6,3 вес.%. Химический состав выщелоченного шлака анализировали, после чего его порциями возвращали в устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, а выщелоченную жидкость подвергали дальнейшей экстракции.

В данном примере степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов составила 96%, при этом первый фторсодержащий газ и второй фторсодержащий газ были направлены в башню очистки отработанного газа, и из них был извлечен и утилизирован фтор.

Пример № 3

Смешанную руду, содержавшую бастнезит и монацит, с размером частиц от 80 до 320 меш отвешивали и загружали в смесительное устройство, содержавшее заранее отмеренное количество концентрированной серной кислоты с концентрацией 98 вес.%. Массовое отношение концентрированной серной кислоты к смешанной руде было выбрано равным 1,5:1. Смесительное устройство охлаждалось проточной водой таким образом, чтобы температура внутри него не превышала 30°C. После полного перемешивания в течение 10 минут образовалась суспензия с равномерным распределением кислоты и началось выделение первого фторсодержащего газа. После этого суспензия была выпущена через выход для суспензии смесительного устройства и загружена в устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой. Затем был открыт клапан впуска жидкости-инициатора (смеси технической воды и отработанной кислоты), и начато разбавление концентрированной серной кислоты в суспензии для выделения тепла. Точная регулировка температуры внутри устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой осуществлялась с помощью вспомогательного нагревательного устройства. После перемешивания в течение 30 минут при 85°C суспензию сразу же подвергали реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотойу при 280°C в течение 2 часов с получением в результате кускового клинкера и выделением второго фторсодержащего газа. Кусковой клинкер с выхода для клинкера устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой дозировали и направляли в устройство для выщелачивания. В устройстве для выщелачивания на дозу клинкера отмеряли воду в весовой пропорции 12:1 и заливали в бак для выщелачивания, и материалы механически перемешивали в течение 1 часа до образования выщелоченной суспензии. Выщелоченную суспензию выкачивали в плиточно-рамный фильтр-пресс, где подвергали фильтрации под давлением с получением в результате фильтрата и выщелоченного шлака с уровнем отделения 6,8 вес.%. Химический состав выщелоченного шлака анализировали, после чего его порциями возвращали в устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, а выщелоченную жидкость подвергали дальнейшей экстракции.

В данном примере степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов составила 96%, при этом первый фторсодержащий газ и второй фторсодержащий газ были направлены в башню очистки отработанного газа, и из них был извлечен и утилизирован фтор.

Пример № 4

Смешанную руду, содержавшую бастнезит и монацит, с размером частиц от 80 до 320 меш отвешивали и загружали в смесительное устройство, содержавшее заранее отмеренное количество концентрированной серной кислоты с концентрацией 98 вес.%. Массовое отношение концентрированной серной кислоты к смешанной руде было выбрано равным 1,4:1. Смесительное устройство охлаждалось проточной водой таким образом, чтобы температура внутри него не превышала 30°C. После полного перемешивания в течение 15 минут образовалась суспензия с равномерным распределением кислоты и началось выделение первого фторсодержащего газа. После этого суспензия была выпущена через выход для суспензии смесительного устройства и загружена в устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой. Затем был открыт клапан впуска жидкости-инициатора (технической воды), и начато разбавление концентрированной серной кислоты в суспензии для выделения тепла. Точная регулировка температуры внутри устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой осуществлялась с помощью вспомогательного нагревательного устройства. После перемешивания в течение 30 минут при 100°C суспензию сразу же подвергали реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотойу при 280°C в течение 2 часов с получением в результате кускового клинкера и выделением второго фторсодержащего газа. Кусковой клинкер с выхода для клинкера устройства для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой дозировали и направляли в устройство для выщелачивания. В устройстве для выщелачивания на дозу клинкера отмеряли воду в весовой пропорции 10:1 и заливали в бак для выщелачивания, и материалы механически перемешивали в течение 1 часа до образования выщелоченной суспензии. Выщелоченную суспензию выкачивали в плиточно-рамный фильтр-пресс, где подвергали фильтрации под давлением с получением в результате фильтрата и выщелоченного шлака с уровнем отделения 7,2 вес.%. Химический состав выщелоченного шлака анализировали, после чего его порциями возвращали в устройство для реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, а выщелоченную жидкость подвергали дальнейшей экстракции.

В данном примере степень вскрытия оксидов редкоземельных элементов составила 96%, при этом первый фторсодержащий газ и второй фторсодержащий газ были направлены в башню очистки отработанного газа, и из них был извлечен и утилизирован фтор.

Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения детально описаны выше, но настоящее изобретение не ограничивается этими конкретными деталями этих вышеприведенных вариантов осуществления. В пределах технической концепции настоящего изобретения можно сделать различные простые модификации технических решений настоящего изобретения, и все такие модификации должны попадать в заявленный объем настоящего изобретения.

Кроме того, следует отметить, что конкретные технические признаки, описанные в вышеупомянутых конкретных вариантах осуществления, можно комбинировать любыми подходящими способами, если они не являются взаимоисключающими. Все возможные комбинации не описаны здесь во всех подробностях во избежание ненужного повторения.

Кроме того, можно также комбинировать различные варианты осуществления настоящего изобретения при условии, что они не отклоняются от концепции настоящего изобретения, и что они рассматриваются именно как варианты осуществления настоящего изобретения.

Встречающиеся в данном описании ссылки на «вариант осуществления», «некоторые варианты осуществления», «один вариант осуществления», «другой пример», «пример», «конкретный пример» или «некоторые примеры» означают, что конкретный признак, структура, материал или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления или примером, включены по меньшей мере в один вариант осуществления или пример настоящего изобретения. Таким образом, появление в тексте описания таких фраз, как «в некоторых вариантах осуществления», «в одном варианте осуществления», «в варианте осуществления», «в другом примере», «в примере», «в конкретном примере» или «в некоторых примерах» не обязательно означает ссылку на один и тот же вариант осуществления или пример настоящего изобретения. Кроме того, конкретные признаки, структуры, материалы или характеристики могут быть объединены любым подходящим способом в одном или нескольких вариантах осуществления или примерах.

Хотя приведены и описаны пояснительные варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области техники понятно, что вышеприведенные варианты осуществления не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение, и что в эти варианты могут быть внесены изменения, альтернативные решения и модификации без отступления от сущности, принципов и объема настоящего изобретения.

1. Способ обработки концентрата руды редкоземельных элементов, включающий:

(1) смешивание концентрата руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислоты с получением в результате смеси в виде суспензии и первого фторсодержащего газа,

(2) смешивание суспензии и жидкости-инициатора для осуществления реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой с получением в результате клинкера и второго фторсодержащего газа,

(3) выщелачивание клинкера водой с получением в результате выщелоченной суспензии,

(4) разделение выщелоченной суспензии на твердую и жидкую фазы с получением в результате фильтрата и выщелоченного шлака и возвращение выщелоченного шлака на стадию (2) для повторной реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой.

2. Способ по п. 1, в котором перед смешиванием концентрата руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислоты дополнительно включает:

(5) шаровой помол концентрата руды редкоземельных элементов с получением в результате измельченного концентрата руды редкоземельных элементов,

(6) просеивание измельченного концентрата руды редкоземельных элементов с получением в результате ситового остатка и мелкой фракции, возвращение ситового остатка на шаровой помол и смешивание мелкой фракции с концентрированной серной кислотой.

3. Способ по любому из пп. 1 или 2, дополнительно включающий стадию (7) распыление в первый фторсодержащий газ и второй фторсодержащий газ жидкости для распыления с получением в результате фторсодержащей суспензии.

4. Способ по любому из пп. 1–3, в котором концентрат руды редкоземельных элементов на стадии (1) имеет размер частиц в диапазоне от 80 до 320 меш.

5. Способ по любому из пп. 1–4, в котором массовое отношение концентрата руды редкоземельных элементов к концентрированной серной кислоте на стадии (1) находится в интервале 1 : (1,2÷1,5).

6. Способ по любому из пп. 1–5, в котором на стадии (1) смешивание проводят при температуре не выше 30°С в течение периода времени в интервале от 5 до 15 мин.

7. Способ по любому из пп. 1–6, в котором концентрированная серная кислота на стадии (1) имеет массовую концентрацию не менее 93 мас.%.

8. Способ по любому из пп. 1–7, в котором реакцию между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой на стадии (2) проводят при температуре в интервале от 150°С до 300°С в течение периода времени в интервале от 1 до 4 ч.

9. Способ по любому из пп. 1–8, в котором жидкость-инициатор на стадии (2) представляет собой одну или обе жидкости, выбранные из технической воды и фильтрата, полученного на следующих стадиях процесса.

10. Способ по любому из пп. 1–9, в котором время выщелачивания на стадии (3) составляет от 0,5 до 1 ч.

11. Способ по любому из пп. 1–10, в котором массовое отношение воды к клинкеру на стадии (3) находится в интервале (8÷12) : 1.

12. Способ по п.3, в котором жидкостью для распыления на стадии (7) является одна или обе жидкости, выбранные из воды и щелочного раствора.

13. Система для обработки концентрата руды редкоземельных элементов, включающая:

смесительное устройство, имеющее вход для концентрата руды редкоземельных элементов, вход для концентрированной серной кислоты, выход для суспензии и выход для первого фторсодержащего газа, внутри смесительного устройства установлена мешалка, а на наружной стенке смесительного устройства размещена рубашка водяного охлаждения,

устройство для осуществления реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой, имеющее вход для суспензии, вход для жидкости-инициатора, выход для клинкера и выход для второго фторсодержащего газа, вход для суспензии которого соединен с выходом для суспензии, внутри устройства для осуществления реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой установлен перемешивающий пропеллер, а на его наружной стенке размещено нагревательное устройство,

устройство для выщелачивания, имеющее вход для клинкера, вход для воды и выход для выщелоченной суспензии, вход для клинкера которого соединен с выходом для клинкера, и

сепаратор твердой и жидкой фаз, имеющий вход для выщелоченной суспензии, выход для фильтрата и выход для выщелоченного шлака, вход для выщелоченной суспензии которого соединен с выходом для выщелоченной суспензии, а выход для выщелоченного шлака соединен с устройством для осуществления реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой.

14. Система по п. 13, дополнительно включающая:

шаровую мельницу, имеющую вход для концентрата руды редкоземельных элементов и выход для измельченного концентрата руды редкоземельных элементов,

сито, имеющее вход для измельченного концентрата руды редкоземельных элементов, выход для ситового остатка и выход для мелкой фракции, в котором вход для измельченного концентрата руды редкоземельных элементов соединен с выходом для измельченного концентрата руды редкоземельных элементов, выход для ситового остатка соединен с шаровой мельницей, а выход для мелкой фракции соединен с входом для концентрата руды редкоземельных элементов.

15. Система по п. 13 или 14, дополнительно включающая

устройство для обработки газов, имеющее вход для фторсодержащего газа, вход для распыляемой жидкости и выход для фторсодержащей суспензии, в котором вход для фторсодержащего газа соединен с выходом для первого фторсодержащего газа и с выходом для второго фторсодержащего газа.

16. Система по любому из пп. 13–15, в которой в смесительном устройстве вход для концентрата руды редкоземельных элементов, вход для концентрированной серной кислоты и выход для первого фторсодержащего газа независимо размещены над мешалкой, а выход для суспензии расположен под мешалкой.

17. Система по любому из пп. 13–16, в которой в устройстве для осуществления реакции между концентратом руды редкоземельных элементов и концентрированной серной кислотой вход для суспензии и выход для второго фторсодержащего газа независимо размещены в верхней части, а выход для клинкера расположен в нижней части данного устройства.