Способ переработки редкометального сырья
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РЕДКОМЕТАЛЬНОГО СЫРЬЯ, включающий электровосстановительное плавление, отличающийся тем, что, с целью комплексной переработки сырья и повышения степени извлечения редких металлов, переработке подвергают сырье, содержащее пирохлор-, гатчеттолит- и цирконсодержащие карбонатиты, танталит- и микролитсодержащие редкометальные граниты, пиритные огарки и графиты, взятые в весовом соотношении (0,70-0,75):(0,13-0,15):(0,03-0,05): (0,08-0,10), и плавление ведут при температуре 1500-1600oС в течение 30-45 мин.
Изобретение относится к высокотемпературной комплексной технологической переработке минерального сырья и может быть использовано для извлечения труднолетучих редких элементов (TR, Nb, Ta, Ti, Sc, Zr, Hf, U, Th и др.) в железную лигатуру, а породообразующих компонентов в алюмосиликатную фазу, близкую по составу к портландцементному клинкеру. Известны способы переработки природных редкометальных руд гравитационными и флотационными методами с получением ряда селективных концентратов минералов. Сложность и непостоянство рудного сырья усложняет технологию получения рудных концентратов. Например, руды ниобия и тантала обычно бедны и содержат 0,03-0,2% суммы пятиокисей этих металлов. Учитывая комплексный характер руд, из них выделяют несколько селективных концентратов путем множества трудоемких операций. Сложный и непостоянный состав минералов обусловливает необходимость применения сложной технологии обогащения руд. В настоящее время применяемыми способами получения редкометальных концентратов тяжелые минералы (циркон, ильменит, монацит и др.) отделяют от пустой породы методом грохочения. Полученный коллективный концентрат подвергают электростатической сепарации. При электростатической сепарации неэлектропроводные циркон и монацит отделяются от электропроводных титановых минералов, концентрируясь в хвостах. Хвосты, содержащие монацит и циркон, переочищаются на спиральных сепараторах, где происходит дополнительное отделение редкоземельных минералов от пустой породы. После перечистки на спиральных сепараторах повторной электростатической сепарацией редкоземельный концентрат очищается от рутила. Дальнейшее разделение монацита и циркона осуществляют электромагнитной сепарацией. Монацит, обладающий слабой магнитностью, попадая в магнитное поле, создаваемое электромагнитом, намагничивается и отделяется от немагнитного циркона переводимого в хвосты. Руды, содержащие преимущественно только ниобиевые минералы (колумбит, танталит, микролит и др.) первоначально обогащаются преимущественно гравитационным методом, который позволяет получать так называемый черновой концентрат. Полученный черновой концентрат доводят до кондиционного флотогравитацией, флотацией, электромагнитной и электростатической сепарацией, иногда в сочетании с различными химическими способами. Благодаря естественной радиоактивности, присущей некоторым ниобийтанталовым минералам, при их разделении применяется метод радиометрической сепарации. Полученные концентраты танталониобиевых минералов применяют для получения ферросплавов (феррониобия, ферротанталониобия). Последние, в свою очередь, используются для получения легированных сталей. Нередко полученные танталониобиевые концентраты перерабатывают на химические соединения ниобия и тантала. Таким образом, ныне применяемые низкотемпературные методы переработки природного минерального сырья с получением редкоземельных и танталониобиевых концентратов являются многостадийными, весьма трудоемкими и дорогостоящими. Они могут быть применены для переработки, как правило, наиболее богатых природных руд. Существующие методы не позволяют вовлечь в сферу практического использования бедные, однако наиболее широко распространенные (забалансовые) редкоземельные и танталониобиевые руды. Применение известных методов переработки рассматриваемого минерального сырья не обеспечивает достаточно полного извлечения редкометальных компонентов из природных руд. Максимальное извлечение TR, Ta, Nb в концентраты не превышает 50-60% нередко снижаясь для Та2О5 до 28% а для Nb2O5 до 32% В хвосты и шламы переводится до 45-50% полезных редкометальных компонентов. Наиболее близким к предлагаемому является способ переработки редкометального сырья, включающий электровосстановительное плавление. Недостатками данного способа являются невозможность комплексной переработки сырья и низкая степень извлечения редких металлов. Целью изобретения являются комплексная переработка сырья и повышение степени извлечения редких металлов. Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки редкометального сырья, включающем электровосстановительное плавление, переработке подвергают сырье, содержащее пирохлор-, гатчеттолит- и цирконсодержащие карбонатиты, танталит- и микролитсодержащие редкометальные граниты, пиритные огарки и графиты, взятые в весовом соотношении (0,70-0,75):(0,13-0,15):(0,03-0,05): (0,08-0,10), и плавление ведут при температуре 1500-1600оС в течение 30-45 мин. В качестве исходных материалов для получения шихты использовали гатчеттолитсодержащие карбонатитовые руды, содержащие танталовые минералы, редкометальные граниты, пиритные огарки и кокс. Химический состав редкометальных карбонатитов следующий: SiO2 6,84; TiO2 1,00; Al2O3 0,30; Fe2O3 20,10; FeO 2,32; MnO 0,29; MgO 10,51; CaO 21,56; Na2O 0,14; K2O 0,28; P2O5 6,12; Ta2O5 0, ZrO2 0,20; S 0,44; CO217,20; H2O+ 1,12; H2O- 0,16; Nb2O5 0,05; 
TR 0,08; U3O8 0,07; Cu 0,10; F 0,25; Rb 0,006. Сумма: 99,087 F 0,11 S 0,22, 98,757. Химический состав гранитов с танталовой минерализацией следующий: SiO2 71,47; TiO2 0,11; Al2O3 14,89; Fe2O3 1,26; FeO 1,89; MnO 0,07; MgO 0,37; CaO 0,60; Na2O 4,69; K2O 3,92; H2O 0,19; п.п.п. 0,51. Сумма: 100,07. Танталовая минерализация представлена пирохлормикролитом (до 400 г/т), колумбитом (около 100 г/т). Способ включает следующие технологические операции: дробление каждого из компонентов до размеров 0,5 мм; перемешивание каждого из компонентов в отдельности с целью усреднения его состава; для приготовления исходного сырья необходимо взять 70-75% редкометальных карбонатитов, 13-15% хвостов танталосодержащих гранитов, 2-3% пиритных огарков и 5-7% графита; взятые компоненты объединяются, хорошо перемешивают и приготовленную шихту помещают в графитовые тигли с погруженными электродами; приготовленную сырьевую смесь прогревают до 1500-1600оС в течение 30-45 мин, что приводит к ее плавлению с возникновением обогащенных редкими элементами полезных микровключений и обособлению в железной лигатуре алюмосиликатной фазы, близкой по составу к портландцементному клинкеру. П р и м е р 1. Для приготовления исходного сырья смешивают, кг: раздробленные до 0,5 мм редкометальные карбонатиты 6,7; редкометальные граниты, содержащие микролит и танталит, 1,1; графит 0,88 и пиритные огарки 0,2. Взятые компоненты хорошо перемешивают с целью усреднения состава исходной шихты. Полученную смесь помещают в графитовый тигель с погруженными электродами. В тигле осуществляют электровосстановительное плавление сырья при температуре 1550оС в течение 30-40 мин. Расплавленную смесь охлаждают до комнатной температуры и извлекают из тигля. Извлеченный материал дробят в ступке и подвергают электромагнитной сепарации с целью отделения от алюмосиликатного шлака редкометальной лигатуры на железной основе. Железная фаза, концентрирующая редкие элементы, при застывании образует неправильной или грушеподобной формы тела или мелкие округлые шарики корольки. С поверхности железная лигатура характеризуется тусклым, а на свежем изломе более ясным металлическим блеском. Цвет лигатуры серебристо-серый с желтоватым или коричневатым оттенком, текстура чаще всего пористая, ноздреватая. Наряду с этим в отдельных участках сплав характеризуется массивным сливным строением. Диаметр корольков и булек колеблется от долей до 2-4 см. Растворяются они в кислотах очень медленно. Общий химический состав лигатур следующий: Si 1,03; Ti 0,18; Fe 83,68; Mn 0,18; P 14,06; Nb 0,84; нерастворимый остаток 0,50, 100,47. Согласно определениям ядерно-физическими методами в состав железной лигатуры, полученной электродуговой плавкой минеральных смесей, входят лантаноиды, гафний, тантал, торий и др. (см. табл. 1). Таким образом, в лигатуре наблюдается примерно 16-кратное обогащение ниобием по сравнению с содержанием этого элемента в исходных редкометальных карбонатитах. Совместно с Nb в железную лигатуру из руды извлекается тантал и концентрируется в ней в виде самостоятельных Ta-Nb-микровключений, что установлено путем изучения включений кубической формы под микроскопом в отраженном свете, в электронном микроскопе и на электронно-рентгеновском микроанализаторе. Состав микровключений следующий, Nb 60, Ta 17 и Ti 12. П р и м е р 2. Для проведения второго опыта исходное сырье получают, смешивая компоненты в следующей пропорции, кг: раздробленные до 0,5 мм редкометальные карбонатиты 7; редкометальные граниты, содержащие микролит и танталит 1,3; графит 0,9 и пиритные огарки 0,4. Редкометальные карбонатиты, редкометальные граниты, графит и пиритные огарки хорошо перемешивают до усреднения состава сырьевой смеси. Как и в предыдущем опыте полученную смесь помещают в графитовый тигель с погруженными электродами. Электровосстановительное плавление приготовленной сырьевой смеси осуществляют при температуре 1600оС в течение 40-45 мин. Полученный расплав охлаждают до комнатной температуры и извлекают из тигля. Дробление извлеченного материала осуществляют в ступе, после чего с помощью электромагнита выделяют редкометальную лигатуру на железной основе. Полуколичественный спектральный анализ исходной шихты, корольков и клинкера (см. табл. 2) показал, что в корольках по сравнению с исходной шихтой увеличивается содержание ниобия более чем на порядок, а также элементов группы железа (Mn, Ti, V, Co, Ni и Cr). Содержание циркония и бериллия в корольке ниже, чем в исходной шихте, причем цирконий накапливается в клинкере, а бериллий вероятно уходит в возгоны. Химическим анализом в корольке установлены следующие содержания главных компонентов, Fe 80,97; P 13,90; Mn 1,66; Ti 0,96; Si 0,65; Nb 1,05; нерастворимый остаток 0,80; 99,99. Удельный вес корольков, определенный методом гидростатического взвешивания, 6,90. Изучение корольков с помощью микроанализатора "Камека" показало наличие в корольках включений кубической фазы, состоящей преимущественно из ниобия. Легированная редкими элементами железная лигатура может быть использована как таковая, или редкие элементы могут быть извлечены известными в металлургии способами (кислородная промывка). Разработанный способ открывает принципиально новое направление в безотходной переработке редкометального минерального сырья, позволяющее комплексно и рационально перерабатывать труднообогатимые низкотемпературными физическими методами виды минерального сырья с 16-20-кратным концентрированием ниобия и значительным концентрированием тантала, редких земель, марганца, титана, ванадия, кобальта, никеля, хрома и других элементов.
Формула изобретения
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РЕДКОМЕТАЛЬНОГО СЫРЬЯ, включающий электровосстановительное плавление, отличающийся тем, что, с целью комплексной переработки сырья и повышения степени извлечения редких металлов, переработке подвергают сырье, содержащее пирохлор-, гатчеттолит- и цирконсодержащие карбонатиты, танталит- и микролитсодержащие редкометальные граниты, пиритные огарки и графиты, взятые в весовом соотношении (0,70-0,75):(0,13-0,15):(0,03-0,05): (0,08-0,10), и плавление ведут при температуре 1500-1600oС в течение 30-45 мин.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2
