PDF《包钢含铌尾矿铌富集的热力学分析和实验研究》

包钢含铌尾矿铌富集的热力学分析和实验研究 Ξ 张龙(内蒙古科技大学材料与冶金学院, 内蒙古 包头 014010) 摘要: 在对采用含碳团块技术进行铌铁矿还原过程热力学分析的基础上, 以包钢选矿厂稀土尾矿 (含铌) 为原料, 以CO 为还原剂, 进行了铌的还原富集实验研究.

并且, 对含铌尾矿和渣样进行了化学成 分分析, 对金属样进行了扫描电镜测试.结果表明: 当温度高于1300K, 采用含碳团块技术可以实现铌尾 矿中铁、 磷和铌的有效分离. 关键词: 铌尾矿;

热力学;

还原富集 铌是国民经济和国防建设的重要战略资源.我 国包头白云鄂博矿中铌资源非常丰富, 但是由于包 头铌矿物的多金属共生、 铌的分散度大等特性, 使得 包头铌资源的应用一直受到限制[1 ] .目前, 包头含 铌铁矿采用高炉还原的方法来提取铌, 其回收率仅 为40%~ 70% , 因而尾矿中仍含有较多的铌. 为了提 高尾矿中铌的回收利用率, 本文以包钢选矿厂强磁 - 弱磁- 部分浮选稀土尾矿为原料, CO 为还原剂, 采用含碳团块技术对尾矿铌资源的还原提取进行了 理论分析和实验研究.

1 含碳球团富集铌的热力学分析 1.

1 脱铁除磷的还原温度 由于铌铁矿成分复杂而使得碳热还原过程热力 学计算非常复杂, 为了使计算简单化, 假设整个还原 过程渣一直为固态. 对于高磷低铌的矿物制备铌铁, 首先要除去矿物中的大量磷和铁, 磷在尾矿中主要 以磷酸钙 (3CaO P2O 5)、 部分 P2O

5 和独居石中的磷 的形式存在, 而铁主要以假象赤铁矿、 赤铁矿、 褐铁 矿、 含铁硅酸盐脉石等形式存在. 对于磷酸钙而言, 假设反应过程产生的CO 气 体不参与还原反应, 高温条件下利用石墨还原时发 生的化学反应为: Ca3P2O

8 + 3SiO

2 + 6Fe + 5C = 3CaSiO

3 + 2Fe3P+ 5CO , 该反应的开始还原温度为 1288K. P2O

5 中磷的还原, 由反应 P2O

5 + 5C=

1 2P4 + 5CO ,

1 2P4 = 2[P ]可得: P2O

5 + 5C =

2 [P ]+ 5CO , 其自由能表达式为?G o = 1006000- 934. 3T , 由此可 知该反应的开始温度为1076. 7K. 至于Fe 的还原还涉及如下的几个反应: 2Ca・Fe2O

3 (s) + 3C (s) = 2CaO (s) + 2Fe (s) + 3CO (g) , ?G o = 524923- 505. 8T (J mo l) Fe2O

3 (s) + C (s) = 2FeO (s) + CO (g) , ?G o = 764489- 566. 94T (J mo l) Fe3O

4 (s) + 4C (s) = 3Fe (s) + 4CO (g) , ?G o = 651612- 653. 46T (J mo l) 由此可以算出各反应的起始温度分别为 1037. 8K、 1048. 45K 和997. 17K. 1.

2 铌矿物的还原热力学分析 由碳还原部分氧化物的碳势图[2 ] 可知, 在尾矿 中铌矿物与铁矿物的还原有明显的温度差异.这为 铁与铌的分离提供了有利的条件.

11211 铌铁矿的碳热还原 由于含铌铁矿中的铌是以铌钙矿[Ca (N bO 3)

2 ] 的形式存在, 假设CO 的浓度达到 100% , 可能存在 如下的三个的反应: Ca (N bO 3) 2+ CO = CaO + 2N bO 2+ CO 2, ?G o = 177050+ 7. 73T J mo l Ca (N bO 3)

2 + 3CO = CaO + 2N bO + 3CO 2, ?G o = 354150+ 17. 59T J mo l Ca (N bO 3) 2+ 5CO = CaO + 2N b+ 5CO 2, ?G o = 620650+ 14. 85T J mo l 由它们的自由能表达式可知, 在任何温度下上 述反应均不能进行. 但是, 在CO 气氛下, 当T>1711K 时以C 还原铌钙矿生成N bC 的反应是可以 进行的.该反应及其自由能表达式为: Ca2N b2O

7 + 2SiO

2 + 5C = 2CaSiO

3 + 2N b + 5CO , ?G o = 330100- 192. 88T 因此, 该反应机理为固固反应, 单纯依靠CO 气 体不能还原铌钙矿.另外, 当温度大于1412K 时, 铌 酸钙有可能被C 还原生成N bC, 而不是金属N b.其 还原反应为: CaN b2O