白云鄂博矿,是世界罕见的铁、稀土、铌等多金属共生伴矿,其中稀土矿物有15种之多,主要为氟碳铈矿和独居石轻稀土混合矿。包钢选矿厂以白云鄂博矿为依托,选铁后产生大量的含稀土尾矿,其中弱磁-强磁-浮选流程中的弱磁尾矿中铁、稀土含量分别达到13%、7%~9%。大量的含稀土选铁尾矿堆积在尾矿坝中,不仅严重污染环境,而且造成了铁、稀土、铌等金属资源的浪费。由于白云鄂博稀土矿物嵌布粒度细、相互浸染、包裹现象严重、含铁品位低、理化性质接近的特点,采用常规选矿方法很难将稀土矿物高效分离,本文采用稀土矿硫酸铵焙烧-水浴浸出稀土方法,将预处理过的选铁尾矿转变为水溶性的稀土硫酸铵盐或稀土硫酸盐,进而实现稀土元素的高效浸出与分离,同时对单矿物硫酸铵焙烧进行了研究。通过化学定量、XRD、SEM-EDS、TG-DSC等测试手段分析了焙烧过程中的物相转变、稀土的赋存状态及焙烧试样的形貌变化,提出了针对包头含稀土选铁尾矿合理再利用的新思路。选铁尾矿煤基配钙直接还原-磁选铁-富稀土渣硫酸铵焙烧-水浴浸出稀土法不仅成功回收尾矿中的铁,而且磁选铁后的稀土硅酸盐渣系(4RE2O3·2CaO·6SiO2、RE2O3·CaO·2SiO2等)转变成可溶性的稀土硫酸铵盐或者稀土硫酸盐,并利用水溶性差异将稀土和脉石矿物(Ca4SiO2O7F2、CaF2、CaSO4等)分离,从而得到了浸出率较高的稀土浸出液。直接还原最佳实验条件:选铁尾矿煤基添加10%CaO,1150℃焙烧保温2h,铁金属化率达到91.43%,磁选后得到铁品位和回收率分别为87.85%,89.47%的铁精粉,稀土品位(REO)为14.35%的富稀土渣,与选铁尾矿相比稀土品位提高了 5.71%。硫酸铵焙烧最佳实验条件:硫酸铵与富稀土渣质量比8:1,焙烧温度400℃,焙烧时间60min,液固比为10mL/g,80℃水浴浸出1 h后得到稀土浸出液,稀土(La、Ce、Nd)浸出率分别为96.13%、98.88%、97.10%。CaO的加入促进了含铁矿物的还原,铁磁选出后避免了对后续稀土元素的浸出分离的影响,CaO还参与了尾矿中氟碳铈矿和独居石的分解,生成的枪晶石取到了一定的“固氟”效果。选铁尾矿煤基适度还原-磁选铁精矿-富稀土渣硫酸铵焙烧-水浴浸出稀土法在相对较低温度下进行,并且570℃还原焙烧过程中氟碳铈矿也发生了活化甚至分解,有利于富稀土渣硫酸铵焙烧过程中稀土物相的转变。硫酸铵焙烧能有效分解(La,Ce,Nd)CO3F、(La,Ce,Nd)OF,将其转变为可溶性的稀土硫酸铵盐或稀土硫酸盐,并与硫酸铵分解产物共存于溶液中,水浴浸出分离了难溶脉石矿物(BaSO4、CaSO4、CaF2、(La,Ce,Nd)PO4)。独居石并未与硫酸铵发生分解反应,低温处理的选铁尾矿硫酸铵焙烧后稀土浸出率与高温处理的相比较低。稀土浸出率最佳实验条件下:硫酸铵与适度还原焙烧磁选渣质量比为6:1,焙烧温度400℃,焙烧时间80min,80℃热水浴搅拌浸出时间1h,浸出液液固比10 mL/g,稀土元素La、Ce、Nd浸出率分别达83.08%,76.55%,77.16%。最后探索性地研究了向稀土浸出液中通入NH3·H2O、CO2,经除杂,结晶沉淀,陈化,过滤,烘干,焙烧等处理后制取稀土氧化物,其稀土(REO)总量占58.56%,稀土回收率为48.32%,初步实现了稀土元素的分离提纯。单矿物研究中,考虑到高温处理过的选铁尾矿硫酸铵焙烧较低温处理的稀土浸出率偏高,采用氟碳铈矿预氧化焙烧-硫酸铵焙烧-水浸稀土法,经氧化焙烧后氟碳铈矿由表面致密变得疏松、多缝隙,转变成(La,Ce,Nd)OF、Ce0.75Nd0.25O1.875、Ce11O20等稀土氟化物及氧化物,预氧化焙烧处理过的氟碳铈矿硫酸铵焙烧后稀土浸出率明显提高。氟碳铈矿经850℃氧化焙烧1 h处理后,硫酸铵与焙烧后产物质量比6:1混匀,400℃焙烧1 h,80℃水浴搅拌浸出2h,浸出液液固比为20mL/g,最终稀土 Ce的浸出率可达90.68%。物料粒度对硫酸铵焙烧有一定影响,一定范围内,硫酸铵、预处理过的氟碳铈矿粒度越小越有利于(La,Ce,Nd)C03F或者(La,Ce,Nd)OF与硫酸铵反应转为可溶性稀土硫酸铵盐或者稀土硫酸盐,进而提高稀土浸出率。粒度小能增大硫酸铵液相生成速度,对氟碳铈矿形成包裹,增大反应接触面积,加快液-固反应传质。包头稀土矿硫酸铵焙烧-水浴浸出稀土法突破了传统稀土矿强酸强碱焙烧、浸出思路,有效降低了含酸碱废水的排放。焙烧过程中产生氨气能够作为浸出液中稀土沉淀剂,稀土提取后高浓度硫酸铵浸出母液可用于离子型稀土矿铵浸的有效成分,其回收与传统的浓硫酸母液相比较为容易。