焊接卡盘程建忠1，侯运炳1，车丽萍2
(11中国矿业大学，北京 100083;
21包头钢铁(集团)公司矿山研究院，内蒙古 包头 014010)
摘 要：概述了白云鄂博资源储量大、伴生矿物杂、粒度细、混合轻稀土的情况，评述了白云鄂博现有的稀土矿物的选矿和冶炼的生产工艺技术及存在的稀土选矿回收率和资源利用率不高、稀土湿法冶炼的环保(即难以处理的放射性水浸渣的存放)等问题，分析了包头白云鄂博稀土资源的有效保护的必要性，讨论了稀土资源今后的合理开发及综合利用的可能性，即降低成本、提高品位、提高回收率、提高资源利用率和保护好稀土二次资源(尾矿坝)就是稀土矿选矿的发展方向，实现的途径主要有新工艺、新药剂、新设备的研制，有效回收伴生元素(如钍的综合回收利用)。 关键词：白云鄂博矿；稀土；资源；合理开发；综合利用；综述
中图分类号:TD952;F40613 文献标识码:A 文章编号:100420277(2007)0120070205
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稀土元素因其电子结构和化学性质相近而共生，又因4f电子层电子数的不同，每个稀土元素又具有特殊
的个性，同一结构或体系的稀土材料可具有两种或两种以上的物理和化学特性，因而稀土被人们誉为新世纪高科技及功能材料的宝库，它是发展高新技术的战略性元素。我国稀土产业现已在世界上占有四个第一，资源储量第一；产量第一；销售量第一；用量第一。自1927年我国地质学家丁道衡先生发现了白云鄂博矿山,1935年我国地质学家何作霖教授从白云鄂博矿石中发现了氟碳铈矿和独居石2种稀土矿物，到1956年华北地质局241地质队确定了铁矿及稀土氧化物储量，表明白云鄂博矿是世界上最大的多金属共生的大型综合矿床，具有元素多、矿产储量大、矿物组分复杂、共生关系紧密等特点。白云鄂博矿稀土资源的开发利用始于20世纪50年代,80年代初期包钢选矿厂开始生产高品位稀土精矿，到2004年白云鄂博稀土精矿的年产量已达4166万吨，占国内稀土精矿年产量47%，占世界产量的45%。但是白云鄂博稀土矿床仍存在资源利用率低、稀土回收率低等问题。我国政府早已明确稀土为国家控制开发的战略资源，可见，白云鄂博矿床综合回收稀土的研究极为重要和迫切。1 白云鄂博矿稀土资源 白云鄂博矿床系沉积变质——热液交代的多金属共生大型矿床，矿石物质成分十分复杂。现已发现有71种元素,170种矿物[1]。同一种元素可以以几种或十几种不同矿物存在。矿石类型繁多，矿物组成极为复杂，且矿物间共生关系密切，嵌布粒度细小。可见，白云鄂博矿区是一个世界罕见的、中国独有的巨大铁、稀土、铌多金属共生矿床，其铁、稀土、铌资源非常丰富，稀土的储量居世界第一，铌、钍的储量居世界第二。白云鄂博矿区铁矿石资源储量：主、东矿体为7116亿吨，西矿体为9112亿吨；
稀土(R EO)远景储量1135亿吨，工业储量4350万吨，占全国工业储量(5200万吨)的83%；铌资源远景储量(N b2O5)660万吨，钍资源储量(T hO2)22万多吨。
白云鄂博矿矿石中的稀土元素有90%以上呈独立矿物形式存在，约有4%～7%的稀土元素分散于铁矿物和萤石中。
稀土元素以铈矿元素为主，其中镧、铈、钕氧化物含量占稀土氧化物总量的8815%～9214%，钇族元素含量很少,2CeO2 2Y2O3为27111～64141，属于典型的轻稀土矿物。
第28卷第1期2007年2月
稀 土
Ch inese R are Earth s
V o l128,N o11
February2007
Ξ收稿日期:2006210223
作者简介：程建忠(19642)，男，河北沧州人，博士研究生，高级工程师，从事铁矿石、稀土及稀有金属采矿方面的研究。
稀土矿物主要有：氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、氟碳铈钡矿、黄河矿、镧石、氟碳钡铈矿、独居石、磷镧镨矿等，其中以氟碳铈矿及独居石为主，矿石中的稀土在这两类稀土矿物中的分布率为73114%～96105%，氟碳铈矿与独居石产出比例为6∶4～7∶3之间。稀土矿物粒度一般在0101mm ～0107mm 之
间，其中小于0104mm 占70%～80%。矿石中有用矿物除稀土外，还有磁铁矿、赤铁矿、铌矿物和萤石等。主要脉石矿物为钠辉石、钠闪石、黑云母、方解石、白云石、重晶石、磷灰石、黄铁矿、长石、石英等。
2 稀土的生产工艺和问题
稀土矿物选矿亟待要解决的问题是稀土矿物与
铁矿物、铌矿物、硅酸盐矿物以及含钙、钡等矿物的
有效分离。稀土矿物的可浮性与含钙、钡的萤石、方解石、磷灰石、重晶石相近，磁性与赤铁矿、钠辉石、钠闪石等弱磁性矿物相近，而密度则与铁矿物、重晶石相近，因而分离回收稀土矿物的难度极大。目前回收白云鄂博矿中的稀土矿物采用的方法主要是浮选工艺，含稀土的入选原料经过一粗二精一扫浮选工序就可生产出50%R EO 的混合稀土精矿，如果需要60%R EO 的精矿，只需增加一道精选即可。还可根据需要对混合稀土精矿进行氟碳铈矿与独居石的浮选分离，得到单一的氟碳铈矿稀土精矿和独居石稀土精矿。稀土选矿工艺流程见图1
。
图1 白云鄂博矿稀土矿物浮选工艺流程示意图
F ig 11 Sketch map of the f lot ation on RE m i nerals of Ba iyunebo
白云鄂博矿已经开采了40多年，主东矿已开采矿石近3亿吨，形成了以铁为主、稀土综合回收的采矿选矿原则，铁矿物和稀土矿物得到了部分回收应用，但是有用元素铌、钍、钪、钾、氟、磷等一直未得到任何回收利用，只是随着铁和稀土的开采、选别、冶炼等工序被分散到各个产品或废渣中，浪费流失了大量的宝贵资源。随着科学技术的发展，某些稀有元素特殊性质不断被重新认识发现，赋予了其新的使命、内涵和功能，拓展了其应用领域。例如核能技术的发展，使得放射性元素钍成为了一种可以作为天然铀替代或补充的重要能源资源—核燃料。211 稀土精矿生产
包钢选矿厂的原矿基本为白云鄂博主矿、东矿矿石。1990年后已先后将包钢选矿厂处理氧化铁矿石的5个选矿生产系列全部按弱磁—强磁—浮选工艺[2]改造生产至今。
弱磁—强磁—浮选工艺首先将原矿石磨至<01074mm 占90%～92%，弱磁选选出磁铁矿，其尾矿在强磁选机磁感应强度114T 条件下粗选，将赤铁矿及大部分稀土矿物选入强磁粗精矿中，粗精矿经一次强磁精选(016T ～017T )，强磁精选铁精矿和弱磁铁精矿合并送去反浮选脱除随磁选带入的萤石、稀土等脉石矿物得到合格铁精矿，工艺流程见图2。
1
7第1期 程建忠等：白云鄂博矿床稀土资源的合理开发及综合利用水帘式喷漆房
图2 弱磁—强磁—浮选原则流程图
F ig12 Pr i nc iple f low sheet of weak magnet
process-strong magnet process-f lot ation
从图2中可以看出，在弱磁—强磁—浮选工艺中能够从三处(即强磁中矿、强磁尾矿和反浮泡沫尾矿)回收稀土矿物，还有企业从选矿厂总尾矿中回收稀土精矿(选矿厂总尾矿溜槽取矿)，强磁中矿、强磁尾矿、反浮泡沫尾矿及总尾矿作为浮选稀土原料，采用H205(邻羟基萘羟肟酸)、水玻璃、J102(起泡剂)组合药剂，在弱碱性(pH=9)矿浆中浮选稀土矿物，经一次粗选、一次扫选、二次精选(或三次精选)得到≥50%R EO混合稀土精矿及稀土次精矿30%R EO，浮选作业回收率为70%～75%。
目前包钢选矿厂已建成8个生产系列(其中5个系列处理氧化矿,3个系列处理原生矿)，其中弱磁—强磁—反浮选工艺流程用以处理氧化矿，并回收稀土(5%左右)矿物，弱磁—反浮选工艺流程用来处理磁铁矿。现包钢选矿厂年处理原矿石可达1000万吨，年生产的铁精矿为350万吨，稀土精矿为4万吨(R EO)。
包钢选矿厂稀选车间现在已归属内蒙古包钢稀土高科技股份有限公司(简称稀土高科)。稀土高科稀选厂主要以强磁中矿、强磁尾矿和稀土选别后的尾矿为入选原料生产稀土精矿。包钢选矿厂已完成了从铁反浮泡沫尾矿中选别稀土矿物的试验，根据市场需要可随时生产稀土精矿。
采用磁—浮—磁选矿工艺主选铁矿物兼选稀土矿物，稀土的选矿回收率和资源利用率不高。因此降低成本，提高品位，提高回收率，提高资源利用率和保护好稀土二次资源(尾矿坝)就是稀土矿选矿的发展方向，实现的途径主要有三种，一是新工艺的研制；二是新药剂的研制；三是新设备的研制。
212 稀土化合物生产
稀土高科冶炼厂生产稀土化合物以白云鄂博稀土精矿为原料。年处理稀土精矿1万吨，工艺主要有高温硫酸焙烧的三代酸法和碱法[3](如图3)。
白云鄂博稀土精矿是氟碳铈矿和独居石矿混合在一起的，这种混合精矿目前国内多采用高温硫酸强化焙烧水浸稀土(“三代”酸法)工艺，混合稀土矿物与硫酸混合后经一定温度(500℃～600℃)加热反应，稀土矿物全部分解，稀土生成稀土硫酸盐而后可进入水浸液，钍则在高温强化焙烧时生成不溶于水的焦磷酸盐(或磷酸盐)留在水浸渣中。水浸渣中钍富集了一倍，这种渣因为钍的放射性而被堆集存放在专门渣库。渣中R EO2%～5%,T hO2014%～015%。难以处理的放射性水浸渣的存放是该工艺处理混合稀土精矿的一处不足。
处理混合型白云鄂博稀土精矿的其它工艺还有烧碱法工艺、纯碱焙烧酸浸工艺等碱法提取稀土。工艺中稀土和钍都先生成氢氧化物，然后再进行优先酸溶提取稀土，此时，钍被留在渣中，实现稀土与钍的分离。碱法要求待处理的稀土精矿的品位必须高于60%R EO的精料，所含杂质越低越好。
高温硫酸法产生的水浸渣通过重选—浮选工艺流程[4]可得到三部分:30%～50%R EO的稀土精矿；需存放在专门的放射性渣库的钍富集物(～016%)；产率占60%～70%低于国家关于放射性建坝标准的废渣可以直接排放到尾矿坝。
白云鄂博稀土精矿处理工艺技术主要问题是改善现行的高温硫酸化焙烧工艺、设备和环保措施，实现无三废污染，提高自动化水平和稀土回收率(> 88%)，进一步降低生产成本；完善烧碱法处理工艺，实现管网化、自动化，封闭流程消除污染，提高稀土回收率(>88%)，进一步降低成本。
3 资源的合理开发保护及综合回收利用
311 资源保护的必要性
白云鄂博矿是以铁、稀土、钍、铌等为主的多元素共生矿，稀土矿作为铁矿开采,8亿吨矿石储量消耗已近一半。但是资源浪费十分严重，开发利用非常不合理，白云鄂博矿一直作为铁矿开采，稀土、铌的回收利用不到10%，其他如钍、磷、锰等基本不回收，使得多媒体操作系统
27稀 土 第28卷
步进梁式加热炉图3 稀土精矿提取稀土的工艺原则流程示意图
F ig13 Sketch map of extracti ng RE ele m en ts fro m RE concen trate
黄河和包头地区有受放射性污染的危险。可见合理调配资源，实现综合利用是必要的。
徐光宪、李东英等院士曾建议，我国的稀土资源必须实现综合利用，国家在中长期科技发展规划中，甚至可以考虑设置矿产资源综合利用的专项研究。在白云鄂博矿稀土资源的综合利用上，认为白云鄂博应该改变目前不合理的利用方式，首先应该把现在正在开采的主矿和东矿封存起来，改采西矿。李东英院士建议采用“二流程”的方法，即矿石不经过选矿，直接进高炉，通过目前已掌握的技术对矿石中的各种有用元素实现综合利用。
312 尾矿坝的保护
内蒙古白云鄂博矿床稀土与铁矿共生，磁铁矿开采，采矿回收率大于90%，铁、铌、稀土矿体上、下盘富稀土白云岩型矿石均采取分采、分堆，有利于资源的保护。目前，按照现有的生产工艺及矿石品种构成，白云鄂博矿床的大量稀土将流失，稀土选矿回收率仅为5%～7%，大量稀土随尾矿堆置于尾矿坝中，尾矿储量约为12000万吨，含稀土氧化物(R EO)超过800万t，且不断增加，为可供二次利用的重要资源。从工艺中回收稀土生产的精矿量已经足够满足当前的市场需求，尾矿坝没有必要开采利用。保护好尾矿坝，防止二次资源的流失和贫化是非常重要的任务。
同时，开发研制更适宜的新工艺、更有效的药剂和更适用的设备以实现降低成本，提高品位，提高回收率，提高资源利用率。
313 钍的综合回收利用
为了更好地保护资源和保护环境，控制钍扩散，并以稀土工业为基础，集中提取钍，制成钍产品，综合回收稀土、钍的新工艺即被称为的“清洁工程”工艺流程。工艺路线为降低焙烧温度，提高钍的浸出率，使熔烧矿中的钍90%以上与稀土一并浸出，转移到水浸液中，然后取伯胺为萃取剂，采用萃取法将钍富集提出，浓缩制成产品硝酸钍。钍的回收率可达90%以上，废渣放射性比活度低于国家建坝标准水平，产生量减少50%。
有关资料表明，稀土高科和中国科学研究院应用化学研究所已合作完成了“清洁工程”萃取法提取钍工艺流程的工业试验。原则流程如图4。
4 结语
11白云鄂博矿稀土矿物选矿待要解决的问题是稀土矿物与铁矿物、铌矿物、硅酸盐矿物以及含钙、钡等矿物的有效分离。目前回收白云鄂博矿中的稀土矿物采用的方法主要是浮选工艺。包钢矿厂处理氧化铁矿石的现有弱磁——强磁——浮选工艺主
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第1期 程建忠等：白云鄂博矿床稀土资源的合理开发及综合利用
图4 “清洁工程”提取稀土和钍工艺流程图
F ig 14 Flow sheet of extracti ng RE and Th ele m en ts by clean eng i neer i ng
选铁矿物兼选稀土矿物。在国内，白云鄂博稀土精矿
的处理多采用高温硫酸强化焙烧水浸稀土(“
三代”酸法)工艺，该工艺处的不足之处是产生了难以处理的放射性水浸渣。
21白云鄂博现已形成了铁为主、稀土综合回收的采选原则，铁矿物和稀土矿物得到了部分回收应用。但是极有经济价值的有用元素如铌、钍、钪、钾、氟、磷等一直未得到任何回收利用，不仅浪费流失了大量的宝贵资源，而且带来了生态环境的破坏和污染。可见合理调配资源，实现综合利用是必要的。包钢尾矿坝是二次利用的重要资源，保护好尾矿坝，防止二次资源的流失和贫化是非常重要的任务。“清洁
工程”工艺流程以稀土工业为基础，综合提取回收钍
产品，可以更好地保护钍资源和保护周围环境，是值得推广的处理白云鄂博混合稀土精矿的工艺。
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M ak i ng Ra tiona l M ultipurpose Use of Resources of RE i n Ba iyunebo D eposit
CH EN G J ian 2z hong 1
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CH E L i 2p ing
2
(11Ch ina U n iversity of M in ing and T echnology ,B eij ing 100083,Ch ina ;21B aog ang R esea rch Institu te of M ine ,B aotou 014010,Ch ina )
Abstract :In th is paper the resource of Baiyunebo w as summ arized .R E p roducti on techno logy and p roblem w ere surveyed .T he necessity p ro tected the resource and environm ent w as analyzed 1Si m ultaneously ,the feasibility of Baiyunebo resource w as discussed 1
Key words :Baiyunebo ;rare earth ;resources ;m ulti purpo se use ;review碱式氧化锰
47稀 土 第28卷
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