论文摘要
含氟稀土精矿主要包括单一氟碳铈矿和氟碳铈矿与独居石共生的混合稀土精矿,是稀土工业中重要的原料。在对含氟稀土精矿的处理中,焙烧分解是普遍采用的主要工艺。焙烧过程中氟的逸出不仅对环境造成了严重的污染,而且浪费了很多有价资源。因此,研究含氟稀土精矿焙烧过程中氟的行为规律,包括氟的走向、存在状态、逸出条件和反应过程等,这对实现氟的控制和有效回收处理,形成针对不同矿物的全新的清洁生产工艺提供理论依据。论文主要分为四个部分：第一部分研究了含氟稀土矿物焙烧逸出气体中氟的测定方法。通过对现有方法的对比与分析,提出了通过碱液吸收—衍生气化—气相色谱分析方法,此方法具有方便、快捷地测量含氟稀土矿物焙烧逸出气体中的含氟量的特点。当吸收气体流量控制在3L·min-1,NaOH溶液的浓度为0.001mol·L-1时,吸收效率达96.1%；衍生气相色谱分析的相对标准偏差为1.43%,加标回收率在96.9%-103.3%之间,RSD为2.75%,具有较高的精密度和准确度。第二部分研究了氟碳铈矿焙烧过程中氟的行为规律。采用气相色谱法分别测定了氟碳铈矿在干燥空气、60%相对湿度空气和饱和水蒸汽不同气氛下焙烧过程气相中的氟含量,结果表明氟碳铈矿中的氟逸出的基本条件是焙烧气氛中水份的存在,并随着焙烧温度的升高,空气湿度的增加,焙烧时间的延长气相中的氟含量大量增加；在通入饱和水蒸汽、焙烧温度1000℃、焙烧时间120min的条件下,氟的逸出率可达到98.362%,焙烧尾气中的氟可以用0.001mol·L-1的NaOH溶液完全吸收,以方便吸收利用。第三部分研究了CaO-NaCl和CaO-NaCl-CaCl2焙烧氟碳铈矿过程中氟的行为规律。研究发现在氟碳铈矿焙烧过程中,CaO具有明显的固氟作用,氟在焙烧产物中以REOF和CaF2的形态存在,气相中的氟以HF的形式逸出；NaCl或NaCl-CaCl2没有参加氟碳铈矿的分解反应,但可使CaO与分解产物REOF的反应温度降低近50℃和100℃,增强了抑制气相氟逸出的能力。在60%空气相对湿度下,700℃焙烧120min时的固氟率为82.42%。第四部分研究了CaO-NaCl或CaO-NaCl-CaCl2体系焙烧混合稀土精矿过程中氟的行为规律。其结果表明：混合稀土精焙烧过程中,CaO具有抑制氟逸出和分解独居石的双重作用,CaO和分解产物CaF2共同作用分解REPO4的能力高于单独添加CaO,焙烧产物中氟主要以Ca5F（PO4）3的形态存在。添加NaCl或NaCl-CaCl2均可使CaO的固氟率达到92%以上,以NaCl-CaCl2为助剂时,CaO分解独居石的反应温度和表观活化能更低,在700℃、120min条件下,混合稀土精矿的分解率大于90%。动力学研究结果表明,添加NaCl或NaCl-CaCl2均使CaO分解混合稀土精矿的化学反应表观活化能降低,促使产物中独居石分解,其中NaCl-CaCl2更加明显。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 稀土元素的物理化学性质1.2 稀土元素的应用1.2.1 稀土在冶金工业中的应用1.2.2 稀土在石油化工方面的应用1.2.3 稀土在玻璃和陶瓷工业的应用1.2.4 稀土在新材料中的应用1.3 稀土矿物资源概况1.3.1 稀土矿物的分布和种类1.3.2 我国的稀土矿物资源1.4 稀土精矿分解方法与研究现状1.4.1 浓硫酸焙烧分解法1.4.2 烧碱分解法1.4.3 碳酸钠焙烧分解法1.4.4 氧化焙烧分解法1.4.5 氯化铵分解法1.4.6 氧化钙焙烧分解方法1.5 氟的性质及其对环境的影响1.5.1 氟的环境化学性质1.5.2 氟对环境的影响1.5.3 工业氟污染概况1.5.4 工业氟污染治理1.6 本论文研究的内容及意义第二章 焙烧逸出气体中氟的分析研究2.1 引言2.2 氟分析方法概述2.2.1 氟化物分析预处理方法2.2.2 氟化物的测定方法2.3 焙烧逸出气体中氟的测定方法2.3.1 实验原理2.3.2 实验设备与方法2.3.3 实验的精密度、准确度2.3.4 实验的可行性分析2.4 影响氟测量因素分析2.4.1 气体流量对氟吸收效果的影响2.4.2 吸收液种类对氟吸收效果的影响2.4.3 反应液对测量结果的影响2.5 本章小结第三章 氟碳铈矿焙烧过程中氟的行为研究3.1 引言3.2 实验原料、装置及方法3.2.1 实验原料与化学试剂3.2.2 实验装置及方法3.3 氟碳铈矿热分解过程的研究3.3.1 差热分析实验3.3.2 X射线衍射分析3.4 氟碳铈矿焙烧逸出氟与空气湿度的关系3.4.1 实验方法3.4.2 逸出氟与空气相对湿度的关系3.5 60%空气湿度下氟碳铈矿焙烧过程中氟的脱除行为3.5.1 焙烧条件的确定3.5.2 氟碳铈矿焙烧过程气相中的氟含量3.5.3 氟碳铈矿的分解率3.5.4 焙烧产物的XRD分析3.5.5 气相中氟的形态3.6 通入干燥空气状态下氟碳铈矿焙烧过程中氟的脱除行为3.6.1 焙烧条件的确定3.6.2 氟碳铈矿焙烧过程气相中氟的含量3.6.3 焙烧温度对氟碳铈矿分解率的影响3.6.4 气相中氟的形态3.6.5 焙烧产物的XRD分析3.7 通入饱和水蒸汽状态下氟碳铈矿焙烧过程中氟的脱除行为3.7.1 焙烧条件的确定3.7.2 气相中氟的含量3.7.3 焙烧温度对氟碳铈矿分解率的影响3.7.4 焙烧产物的XRD分析3.7.5 气相中氟的形态3.7.6 饱和水蒸气状态下氟碳铈矿脱氟工艺3.8 本章小结第四章 氟碳铈矿分解过程中CaO固氟作用研究4.1 引言4.2 实验原料、装置及方法4.2.1 实验原料与化学试剂4.2.2 实验装置及方法4.3 CaO焙烧氟碳铈矿分解工艺研究4.3.1 回归实验设计4.3.2 CaO加入量对分解的影响2加入量对分解的影响'>4.3.3 NaCl-CaCl2加入量对分解的影响4.3.4 焙烧温度的影响4.3.5 焙烧时间的影响4.4 CaO焙烧分解氟碳铈矿过程中氟的行为研究4.4.1 焙烧条件的确定4.4.2 气相中氟的含量4.4.3 气相中氟的形态4.4.4 CaO焙烧氟碳铈矿的分解率4.4.5 氧化钙的固氟作用分析4.4.6 热分解过程的化学反应及热力学分析4.5 CaO-NaCl焙烧分解氟碳铈矿过程中氟的行为研究4.5.1 焙烧条件的确定4.5.2 气相中氟的含量4.5.3 气相中氟的形态4.5.4 CaO-NaCl焙烧氟碳铈矿的分解率4.5.5 CaO-NaCl的固氟作用分析2焙烧分解氟碳铈矿过程中氟的行为研究'>4.6 CaO-NaCl-CaCl2焙烧分解氟碳铈矿过程中氟的行为研究4.6.1 焙烧条件的确定4.6.2 气相中氟的含量4.6.3 气相中氟的形态2焙烧氟碳铈矿的分解率'>4.6.4 CaO-NaCl-CaCl2焙烧氟碳铈矿的分解率2的固氟作用分析'>4.6.5 CaO-NaCl-CaCl2的固氟作用分析4.7 CaO体系焙烧分解氟碳铈矿的动力学分析4.7.1 动力学计算基本原理和方法4.7.2 动力学分析4.8 本章小结第五章 CaO体系分解混合稀土精矿过程中氟的行为研究5.1 引言5.2 实验原料、装置及方法5.2.1 实验原料5.2.2 实验装置及方法5.3 混合稀土精矿焙烧过程研究5.3.1 焙烧条件的确定5.3.2 气相中的氟含量5.3.3 气相中氟的形态5.3.4 混合稀土精矿的分解率5.3.5 混合稀土精矿热分解过程分析5.3.6 混合稀土精矿焙烧过程动力学分析5.4 CaO体系分解混合稀土精矿工艺研究5.4.1 正交回归实验设计5.4.2 CaO加入量对分解的影响2加入量对分解的影响'>5.4.3 NaCl-CaCl2加入量对分解的影响5.4.4 焙烧温度的影响5.4.5 焙烧时间的影响5.5 CaO在混合稀土精矿焙烧过程中的作用5.5.1 焙烧条件的选择5.5.2 CaO在混合稀土精矿焙烧中的固氟作用5.5.3 CaO在混合稀土精矿焙烧过程中的分解作用5.5.4 CaO分解混合稀土精矿热分解过程分析5.5.5 CaO分解混合稀土精矿动力学研究5.6 CaO-NaCl在混合稀土精矿焙烧过程中的作用5.6.1 焙烧条件的选择5.6.2 CaO-NaCl在混合稀土精矿焙烧中的固氟作用5.6.3 CaO-NaCl在混合稀土精矿焙烧中的分解作用5.6.4 CaO-NaCl焙烧混合稀土精矿热分解过程分析5.6.5 CaO-NaCl分解混合稀土精矿动力学研究2在混合稀土精矿焙烧过程中的作用'>5.7 CaO-NaCl-CaCl2在混合稀土精矿焙烧过程中的作用5.7.1 焙烧条件的选择2在混合稀土精矿焙烧中的固氟作用'>5.7.2 CaO-NaCl-CaCl2在混合稀土精矿焙烧中的固氟作用2在混合稀土精矿焙烧中的分解作用'>5.7.3 CaO-NaCl-CaCl2在混合稀土精矿焙烧中的分解作用2焙烧混合稀土精矿热分解过程分析'>5.7.4 CaO-NaCl-CaCl2焙烧混合稀土精矿热分解过程分析2分解混合稀土精矿动力学研究'>5.7.5 CaO-NaCl-CaCl2分解混合稀土精矿动力学研究2焙烧混合矿热分解过程的化学反应及热力学分析'>5.7.6 CaO-NaCl-CaCl2焙烧混合矿热分解过程的化学反应及热力学分析5.8 本章小结第六章 结论参考文献致谢攻读博士学位期间发表的论文和科研情况作者简介
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