权利要求
1.一种
稀土冶炼废渣资源综合利用方法，其特征在于，其包括：
S01、将冶炼废渣中一种或数种按：湿法冶炼废渣、火法冶炼废渣、矿山
尾矿、其它稀土废料进行分类堆放，并准确检测出各废渣中各主要化学元素成份，根据化学成分特点,确定出要制取的铁基合金产品规格及化学成份要求;同时将粒度≥20mm,水份<5%的块料分选出备用;
S02、将分选后废渣料进行球磨制浆,矿浆经强磁选及
浮选组合处理，除弃部分碱土金属和非金属化合物杂质后，使稀土元素得到初步富集,同时对富集后废渣进行烘干,烘干水份H2O=12～15%间,优选的12%,从而获得制球烘干料;
S03、将烘干料按预设条件加入辅料组成制球混合料，再配入还原剂碳粉和粘合剂进行制球,粒度20～40mm;获得球团料;
S04、对于球料：若球料S≧5%可直接送氧化焙烧脱硫单元中的竖炉,在900～1100℃温度条件下经氧化焙烧获得烧结球和脱硫副产品;球团料若S<5%,则经“固态还原焙烧单元”中焙烧设备,在600～900℃焙烧温度条件下获得焙烧还原球;
S05、将还原球、烧结球、及S01中分选出的块料的一种或一种以上送电炉冶炼配料单元中，根据预设条件进行配伍,组成冶炼混合料;
S06、将混合料送专用还原电炉内，在700～1500℃温度条件下，对混合料进行固态、熔态还原冶炼及渣、铁溶分，冶炼时间3.5～8小时/炉，然后进行出渣、出铁，分别获得稀土炉渣和铁基合金产品;
S07、稀土炉渣经水碎、碾磨、磁选处理获得
稀土氧化物产品;铁基合金经炉外精炼处理后获得铁基合金精炼产品。
2.如权利要求1所述的稀土冶炼废渣资源综合利用方法，其特征在于，S03中，根据废渣烘干料的成分，按预设条件加入辅料组成混合料,再配入还原剂、粘合剂制球，制球配比为：混合料∶还原剂∶粘合剂=100∶4～8∶3～5，所述还原剂为焦粉或无烟粉煤中一种或二者的组合,还原剂固定碳含量C≧75%;所述辅料是指按预设条件除主料废渣及还原剂外需补充的辅助原料;所述的“预设条件”是指根据一种废料或一种以上按比例混合后化学成分析,确定的铁基合金产品质量要求而需配入的辅料种类、成份要求及数量。
3.如权利要求1所述的稀土冶炼废渣资源综合利用方法，其特征在于，S04中所述球料S<5%时,“球料经固态还原焙烧单元中焙烧设备在600～900℃焙烧温度条件下获得焙烧还原球”。所述焙烧设备可以是电加热固态还原炉或非电加热固态还原设备其中的一种,还原反应时间1.5～4小时/炉;
4.如权利要求1所述的稀土冶炼废渣资源综合利用方法，其特征在于，S04中所述脱硫副产物包括硫磺、硫酸、硫盐等其中的一种。
5.如权利要求1所述的稀土冶炼废渣资源综合利用方法，其特征在于,S05中，所述“预设条件进行配伍”是指根据S01中铁基合金产品质量要求,结合各废料化学元素成份而计算出的各废料搭配比例、以及应配入的辅料、还原剂等组成的配方，由该配方组成冶炼混合料。所述辅料是指按“顸设条件”需配入的辅助原料(包括种类、数量及成份要求)、所述还原剂为焦炭固定碳含量C≧82%。
6.如权利要求1所述的稀土冶炼废渣资源综合利用方法，其特征在于S06所述冶炼时间3.5～8小时/炉,其出渣及出铁操作应根据电炉容量确定：
①大型电炉(电炉容量≥12500KVA)：冶炼时间4小时，其中2.5～3小时出渣操作，3.5～4小时出铁操作;
②中型电炉(6000KVA≤电炉容量<12500KVA)：冶炼时间6小时，其中：3.5～4小时出渣操作，5.5～6小时出铁操作;
③小型电炉(电炉容量<6000KVA)冶炼时间6～8小时，渣和铁同时操作(渣及铁同时从出铁口出，进渣铁分离池分离渣和铁);
④渣进水渣池进行水碎处理，铁基合金铁水进铁水包，如不需再进行精炼可直接浇铸进铸铁模铸锭或由铸铁机铸锭。
7.如权利要求1所述的稀土冶炼废渣资源综合利用方法，其特征在于S07中：铁基合金如需要精炼，则铁水包铁水需倒入精炼包或直接用精炼包盛装铁水进行吹氧脱碳脱硅处理;若产品成分需调制，铁水也可直进调制电炉或AOD炉进行精炼而获得优质铁基合金产品。
8.一种稀土冶炼废渣资源综合利用系统，其特征在于，其应用有权利要求1至7之一所述的稀土冶炼废渣资源综合利用方法;所述系统包括：
废渣分选初富集单元1：用于包括湿法冶炼废渣、火法冶炼废渣、稀土尾矿渣及其它含稀土元素的废料分类分选处理，对湿法冶炼废渣、进行球磨制浆后经强磁选及浮选，以除弃部分碱土金属和非金属化合物杂质，实现稀土元素的初富集，初富集后废渣在200～500℃环境下烘干，使其水份含量达到预设值，获得废渣烘干料;
废渣配料及制球单元2：与单元1连接，且用于根据废渣烘干料的化学成分，按预设条件进行配伍，然后将其制成废渣球料;
固态还原焙烧单元3：与废渣配料及制球单元2连接，且用于处理S<5%的球料,在600～900℃温度条件下，将球料进行“固态还原”焙烧获得还原球;
氧化焙烧脱硫单元4：与单元2连接，且其用于处理S≧5%的球料,其在900～1100℃温度条件下实现氧化焙烧脱硫制取废渣烧结球及脱硫副产品;
电炉冶炼配料单元5：与单元3及单元4连接，且用于按预设条件对获得的还原球、烧结球、块料进行配料，并配入碳质还原剂和相关辅助料，获得冶炼混合料;
电炉冶炼及合金制备单元6：与单元5连接，且用于在700～1500℃温度条件下，对冶炼混合料进行“固态、熔态”还原冶炼及渣铁溶分，制备出稀土冶炼渣及铁基合金产品(包括精炼产品);
稀土氧化物回收单元7：与单元6连接，且用于将稀土冶炼渣进行水碎、碾磨、磁选除铁后得到最终富集后稀土氧化物产品。
9.根据权利要求8所述的一种稀土冶炼废渣资源综合利用系统，其特征在于，所述废渣分选初富集单元1包括依次连接的球磨机、制浆机、强磁选机、
浮选机、烘干机、
破碎机;
所述废渣配料及制球单元2包括依次连接的配料机和制球机;
所述固态还原焙烧单元3包括电加热固态还原焙烧炉或其它非电加热固态还原焙烧设备中的任意一种;
所述氧化焙烧脱硫单元4：包括竖炉或烧结机中的任意一种;
所述电炉冶炼配料单元5：包括有PLC电脑自动配料设施;
所述电炉冶炼及合金制备单元6：包括有特制专用还原电炉及其产品精炼设施
所述稀土氧化物回收单元7包括有依次连接的碾磨机、磁选机。
10.根据权利要求9所述的一种稀土冶炼废渣资源综合利用系统，其特征在于：
所述固态还原焙烧单元3还连接有烟气净化除尘装置;
所述氧化预焙烧预还原单元4还连接有烟气净化及脱硫副产品回收装置;
所述电炉冶炼及合金制备单元6还连接有烟气净化除尘装置。
说明书
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技术领域
[0001]本发明涉及冶金
固废资源综合利用技术领域， 尤其涉及一种稀土冶炼废渣资源综合利用方法及系统。
背景技术
[0002]稀土是一种重要的
战略金属资源，是高科技发展的支撑材料，随着经济的快速发展和高科技应用领域的不断扩大，稀土的用量仍在持续增长。
[0003]由于
稀土资源在各领域的重要地位，其充分资源化利用是时下热门的研究课题。在实践中，稀土开采、选矿及冶炼等方面均会产生的大量废渣、特别是稀土湿法冶炼酸浸渣等含稀土氧化物约3%—10%的固体废弃物由于难以利用，因此常常堆积而未得到开发利用。这些废渣除含一定量REO外，还含铁、磷、铌、锆、硫等可回收利用的有价元素。因此，无论从经济角度和环境保护及国家战略等方面都具有很大的开发利用价值及意义。由于大量的稀土废渣因未得到开发利用，对生态环境也造成了较大影响，特别是一些从湿法冶炼厂出来含有钍和铀等有放射性元素的废渣均采用填埋方式进行处理。
[0004]近年来， 在废渣的资源利用方面： 沈阳化工大学发明申请公布号CN102337398A中公布了一种《稀土尾矿稀土—铁资源分离提取技术》，“该发明”由三个技术作业组成：1、稀土尾矿硫酸浸出—稀盐酸浸出工艺;2、硫酸浸出液Fe+3还原工艺;3、采用有机溶剂作用结晶硫酸铁工艺;沈阳化工大学同时在另一项公布的发明专利申请号CN1023382979A《稀土尾矿提取稀土制备硫酸钙晶须技术》与上述技术作业相同，仅由采用了有机溶剂作用结晶硫酸铁改为采用有机溶剂作用结晶制备硫酸钙晶质;然而上述技术仅对稀土尾矿中的铁及钙元素分二次进行酸浸二次结晶，二次固液分离富集后稀土渣仍为酸浸废渣，浸出成本高，且仅局限于矿山尾矿或含Fe、Ca元素较高的物料。
[0005]对上述这类湿法冶炼产生的废渣，现有技术不仅是因为提取的铁、钙元素产品附加值低，更主要的是这类废渣中残留的稀土含量低，废渣含硫化物、氯化物、磷化物、过渡金属元素及非金属氧化物等成分非常复杂，其不同的元素成分组成的化合物，物理和化学性质各不相同， 因此，继续采用湿法工艺路线回收废渣中残存的稀土元素及过渡金属元素不仅元素回收率低、工艺流程长、环境污染大，而且生产成本高、经济价值己不大，且更难形成产业化规模生产，这也是目前这类废渣未得到开发利用的关键所在。
[0006]对废渣的无害化处理方面： 盐城工学院在发明专利申请公布号CN119259664A中提供《一种稀土冶炼废渣无害化处理方法》，该方法“首先向稀土冶炼废渣中加入有机钡盐，搅拌反应，反应完成后，将稀土冶炼废渣进行加压、加实后，进行碳化养护，养护完成后干燥，实现稀土冶炼废渣的无害化处理”。该技术主要是通过加入有机钡盐后降低放射性浓度，而并不能实现达到富集稀土元素实现废渣资源化综合利用的目的。
[0007]东阳市前途工盐设计有限公司在发明专利申请公布号CN111524636中提供了《一种稀土冶炼废渣处理方法》包括：“粉碎、拌碎、拌浆、洗选、浮选和沉淀脱水”，用分选的方法将稀土冶炼废渣中的主要放射性物质(钍)选出，达到环境保护之目的。可见，该技术也仅能分选出放射性物质， 而仍不能实现废渣的资源化综合利用。
[0008]综上所述：现有技术对稀土冶炼废渣(包括稀土尾矿、)等的处理均采用湿法及分选的工艺路线。因而要实现富集稀土元素并回收废渣中有价值的过渡金属元素，实现综合利用和规模化生产几乎不太可能。并且，全国年产生的湿法工艺废渣，稀土尾矿近百万吨，现有技术根本无法形成如此大的产业化生产能力。
[0009]针对现有技术存在的不足，本发明创造性地采用湿法浮选、强磁选及火法富集、电炉冶炼等综合冶金手段、将废渣中各种过渡金属元素与非金属元素的不同化合物进行氧化预还原、脱除硫元素等处理后送入特制冶炼还原电炉，并在电炉内不同的高温条件下分类采取选择性氧化还原制备出相应产品，使稀土元素得到高效富集进入渣相，废渣中过渡金属元素及可利用非金属元素同时经冶炼制得相应铁基合金产品。
[0010]稀土湿法冶炼废渣的化学成分特点为：稀土含量低，废渣含硫化物、氯化物、磷化物、过渡金属元素及非金属氧化物等成分非常复杂;物理特性为：废渣含较高结晶水及部分硫酸根离子， 因此除有一定腐蚀性外，其强度极低，一经碾压尤如一团烂泥且粘性又大。
[0011]因此，如何提供一种操作性强、资源化利用充分程度高、成本可控的稀土废渣回收方案是非常具有积极现实意义的研究课题。
发明内容
[0012]有鉴于此，本发明的目的在于提出一种回收过程操作性强、原料兼容性佳且资源化利用充分程度高、成本可控的稀土冶炼废渣资源综合利用方法及系统。
[0013]为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：
[0014]一种稀土冶炼废渣资源综合利用方法，其包括：
[0015]S01、将冶炼废渣中一种或数种按：湿法冶炼废渣、火法冶炼废渣、矿山尾矿、其它稀土废料进行分类堆放，并准确检测出各废渣中各主要化学元素成份，根据化学成分特点,确定出要制取的铁基合金产品规格及化学成份要求;同时将粒度≥20mm,水份<5%的块料分选出备用;
[0016]S02、将分选后废渣料进行球磨制浆,矿浆经强磁选及浮选组合处理，除弃部分碱土金属和非金属化合物杂质后，使稀土元素得到初步富集,同时在200～500℃温度条件下对富集后废渣进行烘干,烘干水份H2O=12～15%间,优选的12%,从而获得制球烘干料;
[0017]S03、将烘干料按预设条件加入辅料组成制球混合料，再配入还原剂碳粉和粘合剂进行制球,粒度20～40mm;获得球团料;
[0018]S04、对于球料：若球料S≧5%可直接送氧化焙烧脱硫单元中的竖炉,在900～1100℃温度条件下经氧化焙烧获得烧结球和脱硫副产品; 球团料若S<5%,则经“固态还原焙烧单元”中焙烧设备,在600～900℃焙烧温度条件下获得焙烧还原球;
[0019]S05、将还原球、烧结球、及S01中分选出的块料的一种或一种以上送电炉冶炼配料单元中，根据预设条件进行配伍,组成冶炼混合料;
[0020]S06、将混合料送专用还原电炉内，在700～1500 ℃温度条件下，对混合料进行“固态、熔态”还原冶炼及渣、铁溶分，冶炼时间3.5～8小时/炉，然后进行出渣、出铁，分别获得稀土炉渣和铁基合金产品。
[0021]S07、稀土炉渣经水碎、碾磨、磁选处理获得稀土氧化物产品;铁基合金经炉外精炼处理后获得铁基合金精炼产品。
[0022]本方案中，所述的废渣原料可以不局限于湿法冶炼废渣，其还可以是火法冶炼废渣、矿山尾渣及其它含稀土元素的废料及其一种以上的组合。
[0023]当废渣原料为多来源原料时，可以通过将废渣中一种或数种送入废渣分选初富集单元，并按湿法冶炼废渣、火法冶炼废渣、矿山尾渣、其它稀土废料进行分类堆放，并准确化验出废渣中各项主要元素化学成分以供后续使用。
[0024]作为一种可能的实施方式，进一步，本方案S02中， 由于稀土湿法冶炼废渣成分复杂,回收难度大，因而在本发明工艺步骤中首先是在本发明糸统废渣分选初富集单元中，利用废渣含水份40%左右的特点再补充30%左右清水使废渣水份含量在70%左右进行制浆，将制好的矿浆通过本单元内湿法强磁选机和浮选机的组合对废渣进行预处理， 以除弃部分碱土金属和非金属化合物杂质，实现稀土元素的初富集并对富集料按顸设条件进行烘干获得烘干料。
[0025]作为一种可能的实施方式，进一步，本方案S03中，根据废渣烘干料的成分，按预设条件加入辅料组成混合料,再配入还原剂、粘合剂制球，制球配比为：混合料∶还原剂∶粘合剂=100∶4～8∶3～5，所述还原剂为焦粉或无烟粉煤中一种或二者的组合,还原剂固定碳含量C≧75%;所述辅料是指按预设条件除主料废渣及还原剂外需补充的辅助原料;所述的“预设条件”是指根据一种废料或一种以上按比例混合后化学成分析,确定的铁基合金产品质量要求而需配入的辅助原料(包括其种类、成份要求及数量)。
[0026]作为一种可能的实施方式，进一步，本方案S04中：S<5%球料在单元3(固态还原焙烧单元)中使用电加热固态还原焙烧炉或非电加热固态还原焙烧设备其中的一种,还原反应时1.5～4小时/炉,金属化率≧50%。
[0027]S04中所述脱硫副产物包括硫磺、硫酸、硫盐等其中的一种。
[0028]作为一种可能的实施方式，进一步，本方案S05中，所述“预设条件进行配伍”是指根据S01中铁基合金产品质量要求,结合各废料化学元素成份而计算出的各废料搭配比例、以及应配入的辅料、还原剂等组成的配方，由该配方组成冶炼混合料。所述辅料是指按“顸设条件”需配入的辅助原料(包括种类及成份要求)、所述还原剂为焦炭， 固定碳含量C≧82%。
[0029]作为一种可能的实施方式，进一步，本方案S06中，所述非标设计还原电炉是指一种适合处理废渣物料的专用还原电炉，其主要特征是：物料在电炉冶炼过程中能同时实现“固态、溶态、气态”还原反应及渣铁熔分，炉内各不同还原反应区温度可准确调控。
[0030]作为一种可能的实施方式，再进一步：本方案S06中，所述冶炼温度700～1500 ℃是指炉内“固态还原”与“熔态还原”的还原反应温度范围，其中：“固态还原”温度700～1000℃，“熔态还原”温度1100～1500℃，焦炭燃烧产生的气态反应在熔态与固态间进行，炉料预热区温度由炉内烟气余热提供。
[0031]作为一种可能的实施方式，再进一步，本方案S06中，所述冶炼时间3.5～8小时/炉出渣及出铁操作根据电炉容量确定，具体为：
[0032]①大型电炉(电炉容量≥12500KVA)：冶炼时间4小时，其中2.5～3小时出渣操作，3.5～4小时出铁操作;
[0033]②中型电炉(6000KVA≤电炉容量<12500KVA)：冶炼时间6小时，其中：3.5～4小时出渣操作，5.5～6小时出铁操作;
[0034]③小型电炉(电炉容量<6000KVA)冶炼时间6～8小时，渣和铁同时操作(渣及铁同时从出铁口出，进渣铁分离池分离渣和铁);
[0035]④渣进水渣池进行水碎处理，铁基合金铁水进铁水包，如不需再进行精炼可直接浇铸进铸铁模铸锭或由铸铁机铸锭。
[0036]作为一种可能的实施方式，进一步，本方案还包括：S07中、炉渣进行水碎处理，然后球磨处理至200目左右粒度后，通过磁选机除铁而获得最终富集的稀土渣产品。
[0037]作为一种可能的实施方式举例，进一步，本方案S06中：铁基合金如需要精炼，则铁水包铁水需倒入精炼包或直接用精炼包盛装铁水进行吹氧脱碳脱硅处理;若产品成分需调制，铁水也可直进调制电炉或AOD炉进行精炼而获得优质铁基合金产品。
[0038]基于上述，本方案还提供一种稀土冶炼废渣资源综合利用系统，其应用有上述所述的稀土冶炼废渣资源综合利用方法;所述系统包括：
[0039]废渣分选初富集单元1：用于包括湿法冶炼废渣、火法冶炼废渣、稀土尾矿渣及其它含稀土元素的废料分类分选处理，特别是对湿法废渣、污泥类废渣利用其水份重，粒度细的特点进行球磨制浆后经强磁选配合浮选进行预处理， 以除弃部分碱土金属和非金属化合物杂质，实现稀土元素的初富集， 以及用于将预处理初富集后冶炼废渣在200～500 ℃环境下进行烘干处理，使其水份含量达到预设值，获得废渣烘干料;
[0040]废渣配料及制球单元2：与单元1连接，且用于根据废渣烘干料的化学成分，按预设条件进行配伍，然后将其制成废渣球团料;
[0041]固态还原焙烧单元3：与废渣配料及制球单元2连接，且用于处理S<5%的球团料,在600～900 ℃温度条件下，将球团料进行“固态还原”焙烧获得还原球;
[0042]氧化焙烧脱硫单元4：与单元2连接，且其用于处理S≧5%的球团料,其在900～1100 ℃温度条件下实现氧化焙烧脱硫制取废渣烧结球及脱硫副产品;
[0043]电炉冶炼配料单元5：与单元3及单元4连接，且用于按预设条件对获得的还原球、烧结球、块料进行配料，并配入碳质还原剂和相关辅助料，获得冶炼混合料;
[0044]电炉冶炼及合金制备单元6：与单元5连接，且用于在700～1500 ℃温度条件下，对冶炼混合料进行“固态、熔态”还原冶炼及渣铁溶分，制备出稀土冶炼渣及铁基合金产品(包括精炼产品);
[0045]稀土氧化物回收单元7：与单元6连接，且用于将稀土冶炼渣进行水碎、碾磨、磁选除铁后得到最终富集后稀土氧化物产品。
[0046]作为一种可能的实施方式，进一步，本方案所述废渣分选初富集单元1：包括依次连接的球磨机、制浆机、强磁选机、浮选机、烘干机和破碎机。由于稀土冶炼废渣，特别是湿法冶炼废渣具有水份重、粘性大、氧化钙含量高的特点，因此，废渣进入本单元后，根据废渣不同的化学成分特点，利用其水份重的特点，补加50%左右清水，首先进行制浆，然后进行湿法强磁选及浮选，除弃部分氧化钙及其它非金属氧化物、硫化物及碱土金属杂质，然后再对富集后废渣物料进行烘干为可进行制球的粉料，达到较好初富集稀土元素及过渡金属元素效果，并可节约用水量及降低废渣烘干成本，为后续工序成本控制创造了较好条件。通过本单元1，可以使得废渣中稀土元素和过渡金属元素实现第一步富集。
[0047]本方案所述废渣配料及制球单元2包括：依次连接的配料机和制球机;在废渣配料及制球单元中，可以使用PLC电脑自动配料结合制球机设备将物料制成球团料。其中，第一次富集后废渣粉料在本单元处理时，可以根据废渣成分、过渡金属元素制备铁基合金要求，将所需补充的辅料、还原剂、粘合剂等按工艺要求进行配料及制球。
[0048]本方案所述固态还原焙烧单元3：本单元主要用于处理S<5%的废渣球料处理,其包括电加热固态还原焙烧炉、电加热密闭固态还原回转窑或其它非电加热且能用于物料“固态还原”反应的冶金炉窑中的任意一种;其主要作用是通过上述设备在较低的还原温度条件下(600～900℃)使50%左右的过度金属元素实现固态还原，可使后续电炉生产大幅降低其冶炼电耗及生产成本;
[0049]本方案所述氧化预焙烧脱硫单元4：本单元包括有：竖炉或烧结机中的任意一种。除此之外，还配置有相应的硫元素回收及副产品制备设施及配套环保设施;
[0050]本方案所述电炉冶炼配料单元5：可以是利用PLC电脑自动配料设备及电炉自动上料设施;其作用是根据焙烧球化学成分及冶炼铁基合金产品要求，确定需配的辅料及还原剂用量进行笫二次精准配料,自动送料到冶炼还原电炉，以确保稀土冶炼渣富集品位要求和铁基合金质量要求。
[0051]本方案所述的电炉冶炼及铁基合金制备单元6：其主要包括非标设计用于稀土废渣冶炼的专用特制还原电炉,再进一步，所述特制还原电炉为：能用于固态、熔态、气态碳热还原及渣铁熔分的还原电炉,其应满足如下基本设计要求：
[0052](1)、电炉的电流电压比A/V=230～400A/V;
[0053](2)、熔态高温还原反应区单位面积功率密度P1=1200KW/M2;
[0054](3)、炉膛单位面积功率密度P2=230KW～350/KW/M2;
[0055](4)、炉膛单位容积功率密度P3=80KW～100/KW/M2;
[0056](5)、炉膛深度H考虑到所炼产品顸热料层较厚的特殊性,应较常规理论计箅深1·1～1·3倍。
[0057]需要说明的是：特制还原电炉也可以根据本发明上述工艺参数要求，也可以是直流电炉或交流电炉其中的一种;还可以利用闲置的矿热炉设备进行改造利用。
[0058]单元6还包括有：炉外精炼设备可以是铁水包吹氧精炼、AOD精炼炉、真空精炼设备、合金成份调制等其中的一种或几种搭配(根据合金产品的要求配置)，其作用是除确保铁基合金产品达到国标要求外还可根据客户需求制备更高标准的精炼产品，相应的好处是对废渣原料杂质含量要求可不作限制。
[0059]本方案所述的稀土氧化物回收单元7：其包括有炉渣水碎设施、碾磨机、磁选机,其中：磁选机可以是电磁选机或永磁磁选机中任意一种,作用是清除稀土冶炼渣中残留的少量含铁杂质， 以确保渣的富集品位及质量要求。
[0060]在设备间的传输及连接方面：本方案废渣分选初富集单元1、废渣配料及制球单元2、固态还原焙烧单元3、氧化预焙烧脱硫单元4、之间依次由
皮带输送机连接;固态还原焙烧单元3和氧化预焙烧脱硫单元4与电炉冶炼配料单元5之间连接：其中，若采用热装料入电炉，则采用链板输送机连接，若采用冷装入炉，则仍用皮带输送机连接。而电炉冶炼配料单元5至电炉冶炼单元6之间，若采用热装入炉，则使用保温料罐及提升机连接，反之可用大倾角皮带输送机连接。
[0061]电炉冶炼单元6与稀土氧化物回收单元7之间由渣沟、及行车抓斗连接以用于物料输送传递。
[0062]在技术效果方面，本方案有如下几个主要单元设备对应如下：
[0063]对于废渣预处理单元而言， 目前稀土湿法冶炼废渣在稀土固废资源中除稀土含量低外，因其成分复杂，物理外观为污泥压滤渣，水分均在40%左右，因此是最难处理的固废，要实现这种废渣的综合利用的先决条件是必须首先烘干水分，改变其物理结构。而本预处理单元显著的特点是：不局限于废渣物理外观结构的改变， 而是在废渣烘干前，经单元中强磁选机与浮选机的组合分选除弃部分无用的非金属氧化物及碱土金属氧化物等杂质，实现笫一步稀土氧化物REO及铁等过渡金属元素的初步富集， 以降低后续冶炼生产成本。
[0064]尽管废渣化学成分复杂，回收利用的成本较高，但由于废渣中除REO及碱土金属外的过渡金属元素及磷等有价元素氧化物可在较低的温度条件下，配入碳还原剂后可实现固态还原或由高价氧化物还原为低价氧化物，从而大幅度降低电炉冶炼生产成本。而要达到这一目的，首先必须对废渣还原反应温度进行精准控制， 而现有回转窑、竖炉等冶金设备是较难对还原温度进行精准控制的(只能在1000℃以上高温对废渣进行处理)， 因而特别是对这种成分复杂的废渣更难实现低温固态还原。为此，在本系统中，可以在电加热预焙烧单元中创造性地釆用电磁感应加热回转窑或立式电磁感应焙烧炉，从而实现对还原温度的精准控制和调节，实现在800℃左右较低温度下对相关有价元素的固态还原，从而进一步降低后续电炉的冶炼生产成本。
[0065]在本方案系统中， 电炉冶炼单元是重要的加工单元，根据冶金学的基本原理，在一定的温度条件下，碳热还原反应分为：“固态还原、熔态还原、气态还原”三种形式，而电弧炉和感应电炉均为“液态还原”，且是在敞弧状态下的间断式生产，仅适用于废钢、废铁或合金成分高，氧化物成分较低的物料， 而稀土废渣金属氧化物含量高，成分复杂，在碳热还原过程中若同时具有“固态还原、液态还原、气态还原”方可使金属氧化物得到充分还原以保障获得较高的金属元素回收率。为此，本发明针对废渣特点，采用基于冶金生产设计的还原电炉，可使废渣在一台还原电炉内完成“固态还原、液态还原、气态还原”反应及渣铁熔分，从而使需回收的有价元素得到充分还原，保障了可回收的有价元素回收率，提高了电炉生产的热效率和电效率，大幅度降低了废渣冶炼成本，可产生较好的经济效益和社会效益。
[0066]除上述系统设备方面的有益效果，在工艺效果方面，本方案包括如下：
[0067]1、稀土氧化物REO的回收率方面：本方案采用火法高温冶炼回收，REO富集回收率≧98%，且废渣中铁、磷、铌等有价元素直接经冶炼制成铁基合金产品，附加值远高于现有技术制取铁盐或钙盐等产品，REO富集率高，富集后稀土渣价值高，实现了废渣有价元素的综合利用;
[0068]2、产业化生产方面：现有技术仅能对废渣局限于单一元素的处理，而本方案技术不仅能对单一元素的处理，更主要的是对废渣中除REO外的有价元素能综合利用，并同时富集REO， 能实现产业化规模生产;
[0069]3、经济效益及社会效益方面：由于目前稀土冶炼废渣(湿法冶炼)及矿山洗选尾矿全国年排放量近百万吨以上(包括内蒙古、甘肃、四川、江西、湖南、山东等省区)，若采用本方案技术实现产业化生产后， 以100万吨/年处理废渣，生产铁基合金产品为磷铁的经济效益估算如下：
[0070](1)年回收REO=100万吨×70%(扣除水份30%，其中稀土湿法冶炼废渣水份按40%，稀土尾矿及稀土高炉冶炼废渣，水份按15%计，平均水份30%)×4%(平均干基REO含量)×96%(REO回收率)=100万×0.7×0.04×0.96=2.688万吨。
[0071]其中：REO中Nd2O3+Pr16O11占比为20%， 以氧化钕和氧化镨现市场价45万/金吨的80%计价，REO中其它元素暂不计价，年生产磷铁2.15万吨(单价按3000元/吨);则经济效益估算可以计算如下：
[0072]①REO中氧化钕和镨年收益=45万×2.688吨×80%×20%=19.3536亿元人民币;
[0073]②制备的铁基合金材料年收益=2.15万吨×3000元(单价/吨产品)=6450万=0.6450亿元;
[0074]③年节约处置费=100万吨×300元=3亿元;
[0075]④废渣加工成本支出=100万吨×1100元(废渣加工成本)=11亿元;
[0076]总计年综合毛利=稀土收入+合金产品收入+节约处置费收入-废渣综合利用加工成本=19.3536亿+0.645亿+3亿-11亿=11.9986亿元。
[0077]可见，废渣资源综合利用后经济效益非常显著，而社会效益方面，由于解决了废渣从源头上排放， 因此，消除了废渣对环境的污染，一定程度上减少了矿山开采，社会效益也非常显著(劳动就业及税收)。
附图说明
[0078]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0079]图1是本方案稀土冶炼废渣资源化综合利用的工艺流程示意简图;
[0080]图2是本方案稀土冶炼废渣资源化综合利用系统的单元模块连接简要示意图;
[0081]图3是本方案系统中电炉冶炼及铁基合金制备单元6中，非标设计的专用电炉冶炼过程还原原理示意图。
具体实施方式
[0082]下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的， 以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0083]结合图1所示，本方案一种稀土冶炼废渣资源综合利用方法，其包括：
[0084]S01、将冶炼废渣中一种或数种按：湿法冶炼废渣、火法冶炼废渣、矿山尾矿、其它稀土废料进行分类堆放，并准确检测出各废渣中各主要化学元素成份，根据化学成分特点,确定出要制取的铁基合金产品规格及化学成份要求;同时将粒度≥20mm,水份<5%的块料分选出备用;
[0085]S02、将分选后废渣料进行球磨制浆,矿浆经强磁选及浮选组合处理，除弃部分碱土金属和非金属化合物杂质后，使稀土元素得到初步富集,同时在200～500℃温度条件下对富集后废渣进行烘干,烘干水份H2O=12～15%间,优选的12%,从而获得制球烘干料;
[0086]S03、将烘干料按预设条件加入辅料组成制球混合料，再配入还原剂碳粉和粘合剂进行制球,粒度20～40mm;获得球团料;
[0087]S04、对于球料：若球料S≧5%可直接送氧化焙烧脱硫单元中的竖炉,在900～1100℃温度条件下经氧化焙烧获得烧结球和脱硫副产品; 球团料若S<5%,则经“固态还原焙烧单元”中焙烧设备,在600～900℃焙烧温度条件下获得焙烧还原球;
[0088]S05、将还原球、烧结球、及S01中分选出的块料的一种或一种以上送电炉冶炼配料单元中，根据预设条件进行配伍,组成冶炼混合料;
[0089]S06、将混合料送专用还原电炉内，在700～1500 ℃温度条件下，对混合料进行“固态、熔态”还原冶炼及渣、铁溶分，冶炼时间3.5～8小时/炉，然后进行出渣、出铁，分别获得稀土炉渣和铁基合金产品;
[0090]S07、稀土炉渣经水碎、碾磨、磁选处理获得稀土氧化物产品;铁基合金经炉外精炼处理后获得铁基合金精炼产品。
[0091]基于上述，进一步结合图2所示，本方案还提供一种稀土冶炼废渣资源综合利用系统，其应用有上述所述的稀土冶炼废渣资源综合利用方法;所述系统包括：
[0092]废渣分选初富集单元1：用于对冶炼废料分类、分选处理，对湿法冶炼废渣、进行球磨制浆后经强磁选及浮选， 以除弃部分碱土金属和非金属化合物杂质，实现稀土元素的初富集及烘干，获得废渣烘干料;
[0093]废渣配料及制球单元2：与单元1连接，且用于根据废渣烘干料的化学成分，按预设条件进行配伍，然后将其制成废渣球料;
[0094]固态还原焙烧单元3：与废渣配料及制球单元2连接，且用于处理S<5%的球料,在600～900 ℃温度条件下，将球料进行“固态还原”焙烧获得还原球;
[0095]氧化焙烧脱硫单元4：与单元2连接，且其用于处理S≧5%的球料,其在900～1100℃温度条件下实现氧化焙烧脱硫制取废渣烧结球及脱硫副产品;
[0096]电炉冶炼配料单元5：与单元3及单元4连接，且用于按预设条件对获得的还原球、烧结球、块料进行配料，并配入碳质还原剂和相关辅助料，获得冶炼混合料;
[0097]电炉冶炼及合金制备单元6：与单元5连接，且用于在700～1500 ℃温度条件下，对冶炼混合料进行“固态、熔态”还原冶炼及渣铁溶分，制备出稀土冶炼渣及铁基合金产品(包括精炼产品);
[0098]稀土氧化物回收单元7：与单元6连接，且用于将稀土冶炼渣进行水碎、碾磨、磁选除铁后得到最终富集后稀土氧化物产品。
[0099]图3示出了本方案系统的专用还原电炉炉内冶炼原理示意图举例，可以看出，电炉的炉内可以由上至下分为预热区(200-600℃)、炽热区(700-1000℃)和熔融区(1100-1500℃)，物料基于密度的不同，在炽热区与熔融区间有焦碳层，其在融化区下部依次包括渣层和铁水层。另外，焦炭层部分焦碳参与熔态还原反应，部分产生气态反应生成一氧化碳气体逸至炽热区与炉料进行固态还原反应，产生的二氧化碳气体逸至预热区辅助预热炉料。
[0100]如下结合几个基于具体场景的实施例对本方案进行进一步展开说明。
[0101]实施例1
[0102]本实施例以包头市地区日处理含40%水份湿法冶炼废渣300吨为例， 以用于进一步说明本发明的具体实施方式。
[0103]其中，包头市具有一定代表性的湿法冶炼废渣主要化学成分见下表1所示：
[0104]表1 包头稀土冶炼废渣化学成分及数量表
[0105]
[0106]根据化学成分表，本实施例以制取铁基合金为磷铁效益最佳目标， 电路冶炼方面，本实施例选用12500KVA规格的专用非标设计还原电炉设备，具体操作步骤如下：
[0107]步骤1，将表1化学成分且含40%水份的废渣共300吨送入废渣分类初富集单元,根据废渣成分确定的磷铁产品要求,计算出辅料为钢屑专门堆放备用;
[0108]步骤2进行废渣预处理单元进行球磨制浆后，再进行强磁选、浮选处理，经强磁-浮选除弃约25%非金属氧化物，并将选后富集料压滤得含水份35%的滤饼，再将滤饼送烘干机进行烘干处理，烘干机温度控制在200℃～500℃之间，烘干至水份在10～15%间(优选的为12%)，获得废渣混合料，实现REO笫一次初步富集;
[0109]步骤3、将烘干后的废渣混合料以干基重量配比为：废渣混合料：无烟煤：粘合剂=100∶8∶3均混后送园盘制球机制球，获得球团料，其中：无烟煤热卡≧6000大卡，粘合剂采用有机粘合剂，球粒度直径20～40mm;
[0110]步骤4、因球团料S>5%,将制好的球团料送氧化焙烧脱硫单元中的竖炉进行氧化焙烧脱硫,焙烧溫度900～1100℃,焙烧时间3.5小时,制得焙烧料，其中，含硫烟气进硫副产品设施回收硫元素，经脱硫后REO实现第二次富集，经二次富集后的废渣焙烧料主要化学成分及重量见下表2所示：
[0111]表2 二次富集废渣焙烧料主要化学成份及重量表
[0112]
[0113]步骤5：将焙烧好的焙烧料(球料)送入电炉配料单元进行配料，配料比为：焙烧料∶还原剂∶钢屑=100∶10∶4.7，其中还原剂为碳质组合还原剂，固定碳≧82%，钢屑Fe≧96%;
[0114]步骤6：将配方好的混合料送入电炉冶炼单元进行冶炼操作，其中：
[0115](1) 电炉容量为 12500KVA; 还原反应期功率密度P=1300KW～1450KW/M2，冶炼温度1000℃～1500℃;
[0116](2)冶炼周期为4小时/炉，其中：2～3小时出渣，4小时出铁，渣进水碎渣池，铁进铁模铸锭，实现REO第三次富集，第三次富集后产品化学成份见下表3示
[0117]表3 废渣第三次富集产品成分及重量表
[0118]
[0119]注：磷铁产品符合国标GB/3210—82FeP24牌号要求。
[0120]步骤7、将水碎渣池处理所得的稀土水碎渣送稀土渣制备单元球磨至200～300目，再经电磁选机除铁后包装入库或送湿法冶炼分离提纯，铁模铸锭获得的磷铁合金精整包装入库。
[0121]本实施例共使用300吨废渣(干基180吨)，生产周期24小时,其投入产出及化学成分对照见下表4示：
[0122]表4投入产出数量及主要化学成分对照表
[0123]
[0124]根据表4可计算出REO、Fe、P的分别回收率为：
[0125](1)REO回收率y1=(产品)46.81吨×19.43(成分)%÷180吨(废渣)×5.13(成分)%=9.095÷9.23=98.54%;
[0126](2)P元素回收率y2=38.32(产品)×24.51(成分)%÷180吨(废渣)×6.51(成分)%=9.39÷11.72=80.1%
[0127](3)Fe元素回收率y3=38.32(产品)×69.5(成分)%÷180吨(废渣)×10.65(成分)%+8.5吨(补入铁屑)×0.96(利用率)=26.63÷27.33=97.44%
[0128]本实施例经济效益估算如下：
[0129]1、收入：
[0130](1)磷铁=38.32×3000/t(单价)=11.5万
[0131](2)稀土渣=46.81×19.43%(REO含量)×20%(Pr+Nd占比)×45万(Pr+Nd氧化物单价)×0.8(Pr+Nd氧化物单价打八折计)=65.48万元
[0132]合计收入=11.5+65.48=76.98万元
[0133]2、支出：生产加工费用按每吨废渣成本1100元计
[0134](1)生产成本=1100×300吨=33万(包括电费、工资、焦碳、无烟煤、低值易耗品等)
[0135](2)钢屑=8.5t×2800(单价)=2.38万元
[0136](3)管理及其它费用3万
[0137]合计支出=38.38万元
[0138]3、毛利=收入-支出=76.98-38.38=38.6万元
[0139]通过本实施例可充分说明： 以每天处理含40%水份废渣300吨，除每天可增加38.6万元收益外，还可节省废渣未处理前的填埋处置费300元/吨(以现包头处置单价计)×300吨=9万元。可见其经济效益非常显著。
[0140]实施例2
[0141]本实施例以包钢稀土选矿厂尾矿及包钢原高炉炼铁炉渣为例进一步说明本发明的实施方案。
[0142]本实施例稀土废渣的主要化学成分表如下表5示
[0143]表5 稀土废渣主要化学成分表
[0144]
[0145]物现外观(1)尾矿：80目～20mm;(2)沪渣：10～50mm(粒度)。
[0146]上述废渣与实施例1废渣相比较，主要是水份低，含硫及磷较低，所以在本实施例步骤中可省氧化焙烧中脱硫工序，其它操作步骤与实施例1相同。现以二种废渣各使用数量50吨(干基)，共100吨为例，具体操作步骤如下：
[0147]本实施例步骤1至步骤3与实驰例1相同，其大致如下：
[0148]步骤1，将表5化学成分的废渣共100吨送入废渣分类初富集单元,根据废渣成分确定合金产品为生铁产品;
[0149]步骤3、对废渣进行球磨制浆后，再进行强磁选、悬浮选处理，经强磁-浮选除弃非金属氧化物，并将选后富集料压滤得滤饼，再将滤饼送烘干机进行烘干处理，烘干机温度控制在200℃～500℃之间，烘干至水份在10～15%间(优选的为12%)，获得废渣混合料，实现REO笫一次初步富集;
[0150]步骤3、将烘干后的废渣混合料以干基重量配比为：废渣混合料：无烟煤：粘合剂=100∶8∶3均混后送园盘制球机制球，获得球团料，其中：无烟煤热卡≧6000大卡，粘合剂采用有机粘合剂，球粒度直径20～40mm;
[0151]步骤4、 因废渣球S<5%,无需氧化脱硫, 即将制好的废渣球团料送电加热立式焙烧窑设备进行固态还原焙烧处理，温度控制在650～900℃，焙烧时间2.5小时/炉,获得焙烧球。废渣焙烧料主要化学成分及重量见下表6所示：
[0152]表6 废渣第二次富集产品成分及重量表
[0153]
[0154]步骤5：将焙烧球送电炉冶炼配料单元进行配料，配料比为：
[0155]焙烧球∶还原剂=100∶12(还原剂固定碳=82%);经本方案的步骤5配入碳质还原剂后的混合料送电炉冶炼单元进入步骤6操作;
[0156]步骤6：将配方好的混合料送入电炉冶炼单元进行冶炼操作，其中：
[0157](1) 电炉容量为 12500KVA; 还原反应期功率密度P=1300KW～1450KW/M2，冶炼温度1300℃～1600℃;
[0158](2)冶炼周期为4小时/炉，其中：2～3小时出渣，4小时出铁，渣进水碎渣池，铁进铁模铸锭，实现REO第三次富集;
[0159]步骤7、将水碎渣池处理所得的稀土水碎渣送稀土渣制备单元球磨至200～300目，再经电磁选机除铁后包装入库或送湿法冶炼分离提纯，铁模铸锭获得的磷铁合金精整包装入库。
[0160]经步骤(7)操作后，可得产品的化学成份及重量见下表7示：
[0161]表7产品的化学成份及数量
[0162]
[0163]
[0164]本实施例REO回收率=98.6%;Fe元素回收率=97.9%,仍取得较好的富集及综合利用效果。
[0165]实施例3
[0166]本实施例以常见几种稀土永磁
钕铁硼废料为例，进一步对本发明进行说明。
[0167]本实施例使用废料干基共100吨，主要化学成分及配方见下表8。
[0168]表8 钕铁硼废料主要化学成分及配比
[0169]
[0170]根据表8配比，补加辅料硼酐作为稀土元素氧化剂，可直接生产出国标FeB12牌号硼铁合金产品， 同时充分利用了废料中铁元素和硼元素，杂质含量低，产品易控制， 同时废料中未被氧化的稀土元素在被硼酐氧化过程中作为氧化硼的还原剂还原出部分金属硼与铁形成合金，加快了还原速度，减少了碳质还原剂用量，综合能耗大幅降低。
[0171]本实施例方案直接选用冶炼污泥作为原料，其经简单预处理后， 即可进入工作环节，具体工艺操作步骤如下：
[0172](1)步骤1：与实施例2相同，根据确定的合金产品要求，确定加入辅料为硼酐;
[0173](2)步骤2：对废料及辅料在300～500℃环境下，先烘干至水份在12%～15%之间;
[0174](3)步骤3：第一次配比为：废渣∶硼酐∶无烟煤∶粘合剂=100∶30∶4∶3～5， 比例混均后送制球机制球，制球粒为20～40mm;
[0175](4)步骤4：与实施例2相同，在此不再赘述;
[0176](5)步骤5：焙烧好的球料送电炉配料系统进行二次配料，配比为：焙烧球∶磁体块料∶焦炭=50∶50∶10～14;
[0177](6)步骤6：配好的混合料送电炉冶炼， 电炉设备仍选用专用12500KVA大型还原电炉，100吨粉共8小时分二炉冶炼完备，冶炼温度：1000℃-1400℃(温度控制较实施例1略低100℃左右);
[0178](7)步骤7， 出渣、 出铁操作与实施例1相同，在此不再赘述。
[0179]本实施例所获产品主要化学成分及投入产出见下表9示。
[0180]表9 产品主要化学成分及投入产出表
[0181]
[0182](1)REO回收率=86.53%×24.75×.857/18.49%×100=99.26%;
[0183](2)F e 回收率=75.15×85.95%/65.91%×100=98%。
[0184]本实施例由于废料杂质含量低，稀土元素回收率比湿法回收高很多， 目前釆用现流行的盐酸优溶法工艺处理上述钕铁硼废料，不仅浪费了铁资源、生产成本高，污染大，更重要的是湿法酸浸除铁根本无法达到本发明火法工艺的稀土回收率高的优势。
[0185]通过本实施例可证明本发明工艺技术在现稀土湿法冶炼中仍极大的发展空间。
[0186]需要说明的是除上述实施例外，其它含稀土元素的废料仍可进入本发明系统，采用本发明工艺方法进行操作， 而电炉冶炼的铁基合金产品则需根据稀土废料中除铁以外的其它可利用的有价元素确定其铁基合金产品。经上述实施例可充分说明本发明可适用于稀土湿法冶炼废渣、稀土尾矿及其它含稀土元素废料的产业化规模生产,也可适用于与
湿法冶金结合处理湿法工艺较难处理的物料。
[0187]以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
说明书附图(3)
声明：
“稀土冶炼废渣资源综合利用方法及系统” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：北方有色网
来源：龙岩山青冶金科技有限公司
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