(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類濃縮鉱石を処理する方法であって、
前記希土類濃縮鉱石と濃硫酸とを混合し、それにより混合スラリーおよび第１のフッ素含有ガスを得る第１ステップ（１）と、
前記混合スラリーと酸分解用の開始剤液体とを混合し、それによりクリンカーおよび第２のフッ素含有ガスを得る第２ステップ（２）と、
前記クリンカーを水で浸出させ、それにより浸出スラリーを得る第３ステップ（３）と、
前記浸出スラリーを固液分離に供し、それにより濾過液および浸出スラグを得て、前記浸出スラグを再び酸分解のために前記第２ステップ（２）にリサイクルする第４ステップ（４）と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記希土類濃縮鉱石と濃硫酸とを混合する前に、
前記希土類濃縮鉱石をボールミル粉砕にかけることにより、希土類濃縮鉱石粒子を得る第５ステップ（５）と、
前記希土類濃縮鉱石粒子をふるい分け、それにより過大粒材料および過小粒材料を得て、前記過大粒材料をボールミル粉砕にリサイクルし、前記過小粒材料と濃硫酸とを混合する第６ステップ（６）と、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のフッ素含有ガスおよび前記第２のフッ素含有ガスに噴霧液を噴霧し、それによりフッ素含有スラリーを得る第７ステップ（７）
を更に含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１ステップ（１）において、前記希土類濃縮鉱石は、８０〜３２０メッシュの範囲の粒径を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１ステップ（１）において、前記希土類濃縮鉱石の前記濃硫酸に対する質量比は、１：（１．２〜１．５）の範囲にある、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１ステップ（１）において、前記混合は、３０℃以下の温度で５〜１５分の範囲の時間間隔にわたって実施される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１ステップ（１）において、前記濃硫酸は、９３重量％以上の質量濃度を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第２ステップ（２）において、前記酸分解が、１５０〜３００℃の範囲の温度で１〜４時間の範囲の時間間隔にわたって実施される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第２ステップ（２）において、前記開始剤液体は、工業用水である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第３ステップ（３）において、浸出時間間隔が０．５〜１時間の範囲である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第３ステップ（３）において、水の前記クリンカーに対する質量比が（８〜１２）：１の範囲である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第７ステップ（７）において、前記噴霧液が水およびアルカリ性液体から選択される少なくとも１つである、請求項３に記載の方法。 
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の希土類濃縮鉱石を処理する方法を実行するためのシステムであって、
希土類濃縮鉱石入口、濃硫酸入口、混合スラリー出口、および第１のフッ素含有ガス出口を有する混合装置であって、撹拌機が前記混合装置内に配置され、水冷ジャケットが前記混合装置の外壁に配置される、混合装置と、
混合スラリー入口、開始剤液体入口、クリンカー出口、および第２のフッ素含有ガス出口を有する酸分解装置であって、前記混合スラリー入口が前記混合スラリー出口に接続され、撹拌プロペラが前記酸分解装置に配置され、加熱装置が前記酸分解装置の外壁に配置されている、酸分解装置と、
クリンカー入口、水入口、および浸出スラリー出口を有する浸出装置であって、前記クリンカー入口は前記クリンカー出口に接続されている、浸出装置と、
浸出スラリー入口、濾過液出口および浸出スラグ出口を有する固液分離装置であって、前記浸出スラリー入口は前記浸出スラリー出口に接続され、前記浸出スラグ出口は前記酸分解装置に接続されている、固液分離装置と、
を含む、システム。
【請求項１４】
希土類濃縮鉱石入口および希土類濃縮鉱石粒子出口を有するボールミル装置と、
希土類濃縮鉱石粒子入口、過大粒材料出口、および過小粒材料出口を有するふるい装置と、
を更に含み、前記希土類濃縮鉱石粒子入口は前記希土類濃縮鉱石粒子出口に接続され、前記過大粒材料出口は前記ボールミル装置に接続され、前記過小粒材料出口は、前記希土類濃縮鉱石入口に接続されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
フッ素含有ガス入口、噴霧液体入口、およびフッ素含有スラリー出口を有するガス処理装置を更に含み、前記フッ素含有ガス入口は、前記第１のフッ素含有ガス出口および前記第２のフッ素含有ガス出口の両方に接続されている、請求項１３または１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記混合装置において、前記希土類濃縮鉱石入口、前記濃硫酸入口および前記第１のフッ素含有ガス出口が、前記撹拌機の上方に独立して配置され、前記混合スラリー出口が前記撹拌機の下に配置される、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記酸分解装置において、前記混合スラリー入口および前記第２のフッ素含有ガス出口は、前記酸分解装置の上部に独立して配置され、前記クリンカー出口は、前記酸分解装置の下部に配置される、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［技術分野］
本開示は、希土類生産の分野に関し、特に、希土類濃縮鉱石を処理する方法およびシステムに関する。
［背景技術］
包頭混合鉱石、すなわちバストナサイトとモナザイトの混合鉱石（リンセリウムランタン鉱石：ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  ｃｅｒｉｕｍ  ｌａｎｔｈａｎｕｍ鉱石／リンランタンセリウム石：ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  ｌａｎｔｈａｎｕｍ  ｃｅｒｉｕｍ石）、およびバストナサイト鉱石は、中国において、希土類鉱石として重要な資源である。包頭混合鉱石の特性を考慮すると、そのような鉱石を処理するための既存の工業的方法としては、濃硫酸による焼成工程がある。この工程は、連続的で、制御可能であり、大規模生産に適用できる。しかし、工程中、混合鉱石は高温で分解され、鉱石中のトリウムはスラグ中でピロリン酸トリウムに変換され、放射能汚染およびトリウムの浪費をもたらす。更に、この工程のフッ素および硫黄を含む排気ガスをリサイクルすることは難しい。バストナサイト鉱石の特性を考慮し、既存の工業的方法としては、酸化焼成−塩酸溶解工程などの酸分解工程がある。このような工程は安価であるが、継続的に実行することはできない。更に、スラグおよび廃水中のトリウムおよびフッ素は、それぞれリサイクルが困難であり、環境汚染をもたらす。高温での混合鉱石またはバストナサイト鉱石の処理は、トリウム資源の浪費および排気ガスによる環境汚染を引き起こす可能性があることが分かる。これに基づいて、希土類鉱石を分解するために濃硫酸を用いた低温焼成技術を使用することを研究機関は提案している。希土類濃縮鉱石は、低温（例えば、１５０〜３００℃）で焼成でき、希土類の分解率は９５％以上である。同時に、トリウムの９０％以上が浸出水中に入るため、希土類濃縮鉱石からトリウム元素を効果的に回収できる。しかし、処理技術はまだ十分には開発されておらず、連続的動的生産に適用することは困難である。
【０００２】
したがって、希土類濃縮鉱石を処理するための既存の技術を更に改善する必要がある。
［公開内容］
本開示は、上記の技術的問題の少なくとも１つをある程度解決することを目的とする。したがって、本開示の目的は、希土類濃縮鉱石を処理する方法およびシステムを提供することである。この方法は、バストナサイト鉱石と、バストナサイトおよびモナザイトを含む混合鉱石とを処理できるため、エネルギー消費が小さく連続生産が可能である。このような方法を使用すると、トリウムを効果的に回収でき、希土類濃縮鉱石の分解率を大幅に改善でき、例えば、ＲＥＯ分解率は９６％に達し得る。
【０００３】
一態様では、本開示は、実施形態において、希土類濃縮鉱石を処理する方法を提供し、
（１）希土類濃縮鉱石と濃硫酸とを混合し、それにより混合スラリーおよび第１のフッ素含有ガスを得るステップと、
（２）混合スラリーと酸分解用の開始剤液体とを混合し、それによりクリンカーおよび第２のフッ素含有ガスを得るステップと、
（３）クリンカーを水で浸出させ、それにより浸出スラリーを得るステップと、
（４）浸出スラリーを固液分離に供し、それにより濾過液および浸出スラグを得て、浸出スラグを再び酸分解のためにステップ（２）にリサイクルするステップとを含む。
【０００４】
本開示の実施形態による希土類濃縮鉱石の処理方法では、撹拌機を混合装置内に配置することにより、希土類濃縮鉱石と濃硫酸を迅速かつ強制的に混合することができ、希土類濃縮物に濃硫酸が十分に浸透するため、後続の酸分解工程で凝集が起こることを抑制し、酸分解工程の物質移動に好ましい条件を提供する。更に、水冷ジャケットが混合装置の外壁を取り囲み、混合装置を循環水で冷却して、混合装置内の温度が一定範囲に維持されるようにし、この場合、高温での希土類鉱石の分解を回避することができ、トリウムの回収が実現される。本開示では、エージングおよび焼成の２つの工程を同時に酸分解装置で実現することができ、したがって、希土類濃縮鉱石の酸分解反応の時間間隔が大幅に短縮される。更に、酸分解工程では、内部材料の粘度が大きく変化する、すなわち、内部材料が流体状態から半乾燥状態に徐々に変化し、最終的に乾燥することにより、クリンカーが得られる。酸分解装置は、上記の材料の特性の変化に効果的に対処できる。更に、酸分解反応の進行を促進するために撹拌プロペラが酸分解装置に配置され、酸分解反応の適切な温度を提供するために加熱装置が酸分解装置の外壁に配置される。酸分解工程全体の温度が低く保たれているため、放射能汚染やトリウムの浪費を引き起こす可能性のあるスラグにトリウムが含まれることが抑制され、更に、硫黄含有ガスが濃硫酸の分解で生成されることを抑制し、したがって、第２のフッ素含有ガスをリサイクルすることが可能である。酸分解工程では、希土類濃縮物中のトリウムは、浸出中に浸出スラリーに入るトリウム酸塩になる。したがって、トリウムは、環境に対する放射線による危険を回避するためにリサイクルできる。浸出スラリーに対して固液分離が更に行われ、得られた浸出スラグは再び酸分解工程にリサイクルできるため、トリウム回収率およびＲＥＯ分解率が更に向上する。したがって、本方法には、原料の幅広い適応性、低消費エネルギー、および連続生産という利点がある。同時に、トリウムを効果的に回収でき、希土類濃縮鉱石の分解率を大幅に改善でき、例えば、ＲＥＯ分解率は９６％に達し得る。
【０００５】
加えて、本開示の上記実施形態による希土類濃縮鉱石を処理する方法は、以下の追加の技術的特徴を更に有してもよい。
本開示のいくつかの実施形態では、希土類濃縮鉱石と濃硫酸とを混合する前に、（５）希土類濃縮鉱石をボールミル粉砕にかけることにより、希土類濃縮鉱石粒子を得ることと、（６）希土類濃縮鉱石粒子をふるい分け、それにより過大粒材料および過小粒材料を得て、過大粒材料をボールミル粉砕にリサイクルし、過小粒材料と濃硫酸とを混合することとを更に含む。したがって、希土類元素の酸化物の分解速度は更に改善される可能性がある。
【０００６】
本開示のいくつかの実施形態では、希土類濃縮鉱石を処理する方法およびシステムは、（７）第１のフッ素含有ガスおよび第２のフッ素含有ガスに噴霧液を噴霧することにより、フッ素含有スラリーを得ることを更に含む。したがって、フッ素含有ガスが回収され、排気ガスによって引き起こされる環境汚染を回避し得る。
【０００７】
本開示のいくつかの実施形態では、ステップ（１）において、希土類濃縮鉱石は、８０〜３２０メッシュの範囲の粒径を有する。したがって、希土類元素の酸化物の分解速度は更に改善され得る。
【０００８】
本開示のいくつかの実施形態では、ステップ（１）において、希土類濃縮鉱石の濃硫酸に対する質量比は、１：（１．２〜１．５）の範囲にある。したがって、希土類元素の酸化物の分解速度は更に改善され得る。
【０００９】
本開示のいくつかの実施形態では、ステップ（１）において、混合は、３０℃以下の温度で５〜１５分の範囲の時間間隔にわたって実施される。したがって、希土類元素の酸化物の分解速度は更に改善され得る。
【００１０】
本開示のいくつかの実施形態では、ステップ（１）において、濃硫酸は、９３重量％以上の質量濃度を有する。したがって、希土類元素の酸化物の分解速度は更に改善され得る。
【００１１】
本開示のいくつかの実施形態では、ステップ（２）において、酸分解は、１５０〜３００℃の範囲の温度で、１〜４時間の範囲の時間間隔で実施される。したがって、希土類元素の酸化物の分解速度は更に改善され得る。
【００１２】
本開示のいくつかの実施形態では、ステップ（２）において、開始剤液体は、工業用水および後続工程からの濾過液から選択される少なくとも１つである。したがって、希土類元素の酸化物の分解速度は更に改善され得る。
【００１３】
本開示のいくつかの実施形態では、ステップ（３）において、浸出時間間隔は０．５〜１時間の範囲である。したがって、希土類元素の酸化物の分解速度は更に改善され得る。
本開示のいくつかの実施形態では、ステップ（３）において、水のクリンカーに対する質量比は、（８〜１２）：１の範囲である。したがって、希土類元素の酸化物の分解速度は更に改善され得る。
【００１４】
本開示のいくつかの実施形態では、ステップ（７）において、噴霧液は、水およびアルカリ性液体から選択される少なくとも１つである。したがって、フッ素含有ガスの回収率の改善に有利である。
【００１５】
別の態様では、本開示は、実施形態において、上述の希土類濃縮鉱石を処理する方法を実行するためのシステムであって、
希土類濃縮鉱石入口、濃硫酸入口、混合スラリー出口、および第１のフッ素含有ガス出口を有する混合装置であって、撹拌機が混合装置内に配置され、水冷ジャケットが混合装置の外壁に配置される、混合装置と、
混合スラリー入口、開始剤液体入口、クリンカー出口、および第２のフッ素含有ガス出口を有する酸分解装置であって、混合スラリー入口が混合スラリー出口に接続され、撹拌プロペラが酸分解装置に配置され、加熱装置が酸分解装置の外壁に配置されている、酸分解装置と、
クリンカー入口、水入口、および浸出スラリー出口を有する浸出装置であって、クリンカー入口はクリンカー出口に接続されている、浸出装置と、
浸出スラリー入口、濾過液出口および浸出スラグ出口を有する固液分離装置であって、浸出スラリー入口は浸出スラリー出口に接続され、浸出スラグ出口は酸分解装置に接続されている、固液分離装置と、
を含む、システムを提供する。
【００１６】
本開示の実施形態による希土類濃縮鉱石の処理システムでは、撹拌機を混合装置内に配置することにより、希土類濃縮鉱石と濃硫酸とを迅速かつ強制的に混合することができ、希土類濃縮物に濃硫酸が十分に浸透するため、後続の酸分解工程で凝集が起こることを抑制し、酸分解工程の物質移動に好ましい条件を提供する。更に、水冷ジャケットが混合装置の外壁を取り囲み、混合装置を循環水で冷却して、混合装置内の温度が一定範囲に維持されるようにし、この場合、高温での希土類鉱石の分解を回避することができ、トリウムの回収が実現される。本開示では、エージングおよび焼成の２つの工程を同時に酸分解装置で実現することができ、したがって、希土類濃縮鉱石の酸分解反応の時間間隔が大幅に短縮される。更に、酸分解工程では、内部材料の粘度が大きく変化する、すなわち、内部材料が流体状態から半乾燥状態に徐々に変化し、最終的に乾燥することにより、クリンカーが得られる。酸分解装置は、上記の材料の特性の変化に効果的に対処できる。更に、酸分解反応の進行を促進するために撹拌プロペラが酸分解装置に配置され、酸分解反応の適切な温度を提供するために加熱装置が酸分解装置の外壁に配置される。酸分解工程全体の温度が低く保たれているため、放射能汚染やトリウムの浪費を引き起こす可能性のあるスラグにトリウムが含まれることが抑制され、更に、硫黄含有ガスが濃硫酸の分解で生成されることを抑制し、したがって、第２のフッ素含有ガスをリサイクルすることが可能である。酸分解工程では、希土類濃縮物中のトリウムは、浸出中に浸出スラリーに入るトリウム酸塩になる。したがって、トリウムは、環境に対する放射線による危険を回避するためにリサイクルできる。浸出スラリーに対して固液分離が更に行われ、得られた浸出スラグは再び酸分解工程にリサイクルできるため、トリウム回収率およびＲＥＯ分解率が更に向上する。したがって、本システムには、原料の幅広い適応性、低消費エネルギー、および連続生産という利点がある。同時に、トリウムを効果的に回収でき、希土類濃縮鉱石の分解率を大幅に改善でき、例えば、ＲＥＯ分解率は９６％に達し得る。
【００１７】
加えて、本開示の上記実施形態による希土類濃縮鉱石を処理するシステムは、以下の追加の技術的特徴を更に有してもよい。
本開示のいくつかの実施形態では、システムは、希土類濃縮鉱石入口および希土類濃縮鉱石粒子出口を有するボールミル装置と、希土類濃縮鉱石粒子入口、過大粒材料出口、および過小粒材料出口を有するふるい装置とを更に含み、希土類濃縮鉱石粒子入口は希土類濃縮鉱石粒子出口に接続され、過大粒材料出口はボールミル装置に接続され、過小粒材料出口は、希土類濃縮鉱石入口に接続されている。したがって、希土類元素の酸化物の分解速度は更に改善され得る。
【００１８】
本開示のいくつかの実施形態では、システムは、フッ素含有ガス入口、噴霧液体入口、およびフッ素含有スラリー出口を有するガス処理装置を更に含み、フッ素含有ガス入口は、第１のフッ素含有ガス出口および第２のフッ素含有ガス出口の両方に接続されている。したがって、フッ素含有ガスが回収され、排気ガスによって引き起こされる環境汚染を回避し得る。
【００１９】
本開示のいくつかの実施形態では、混合装置において、希土類濃縮鉱石入口、濃硫酸入口および第１のフッ素含有ガス出口が、撹拌機の上方に独立して配置され、混合スラリー出口が撹拌機の下に配置される。したがって、混合スラリーの品質が改善され、希土類元素の酸化物の分解速度が更に改善され得る。
【００２０】
本開示のいくつかの実施形態では、酸分解装置において、混合スラリー入口および第２のフッ素含有ガス出口は、酸分解装置の上部に独立して配置され、クリンカー出口は、酸分解装置の下部に配置される。したがって、これは酸分解反応にとって有益であり、希土類元素の酸化物の分解速度は更に改善され得る。
【００２１】
本開示の実施形態の追加の態様および利点は、一部は以下の説明で与えられ、一部は以下の説明から明らかになり、または本開示の実施形態の実施から学習される。
本開示の実施形態のこれらおよび他の態様および利点は、図面を参照して行われる以下の説明から明らかになり、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本開示の一実施形態による希土類濃縮鉱石を処理する方法を示すフローチャートである。
【図２】本開示の別の実施形態による希土類濃縮鉱石を処理する方法を示すフローチャートである。
【図３】本開示の更に別の実施形態による希土類濃縮鉱石を処理する方法を示すフローチャートである。
【図４】本開示の一実施形態による希土類濃縮鉱石を処理する方法を実行するシステムを示す概略図である。
【図５】本開示の別の実施形態による希土類濃縮鉱石を処理する方法を実行するシステムを示す概略図である。
【図６】本開示の更に別の実施形態による希土類濃縮鉱石を処理する方法を実行するシステムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本開示の実施形態を詳細に参照する。同一または類似の要素、および同一または類似の機能を有する要素は、説明全体を通して同様の参照番号で示される。図面を参照して本明細書に記載される実施形態は、説明的、例示的であり、本開示を一般的に理解するために使用される。実施形態は、本開示を限定するものと解釈すべきではない。
【００２４】
説明では、「中央」、「縦」、「横」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂部」、「底部」、「内側」、「外側」、「時計回り」、「反時計回り」、「軸方向」、「半径方向」および「円周方向」などの用語は、議論下にある図面にその時説明されるまたは示されるような方向を参照するように解釈されるべきである。これらの相対的な用語は、説明の便宜上のものであり、本発明が特定の向きで構築または動作されることを必要とせず、したがって、本開示を限定すると解釈されるものではない。
【００２５】
更に、「第１」や「第２」などの用語は、説明の目的で本明細書において使用されており、相対的な重要性や有意性を示したり暗示したり、言及されている技術的特徴の量を暗示したりするものではない。したがって、「第１」および「第２」で定義される特徴には、１つ以上のこの特徴を含む場合がある。本開示の説明において、「複数」は、特に明記しない限り、この特徴の２つまたは３つ以上を意味する。
【００２６】
本開示では、特に指定または限定されない限り、「取り付けられた」、「接続された」、「結合された」、「固定された」などの用語は広く使用され、例えば、固定接続、取り外し可能な接続、または一体的接続であってもよく、更に機械的または電気的な接続であってもよく、更に直接接続または介在構造を介した間接接続であってもよく、更に特定の状況に応じて当業者が理解できる２つの要素の内部連通であってもよい。
【００２７】
本開示において、特に指定または限定されない限り、第１の特徴が第２の特徴の「上」または「下」である構造には、第１の特徴が第２の特徴と直接接触する実施形態が含まれてもよく、また、第１の特徴と第２の特徴が互いに直接接触するのではなく、それらの間に形成される追加の特徴を介して接触する実施形態を含んでもよい。更に、第２の特徴の「上（ｏｎ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、または「頂部（ｏｎ  ｔｏｐ  ｏｆ）」の第１の特徴は、第１の特徴が第２の特徴のまっすぐまたは斜めに「上（ｏｎ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、または「頂部（ｏｎ  ｔｏｐ  ｏｆ）」である実施形態を含んでもよく、または単に第１の特徴が第２の特徴より高い高さであることを意味し、一方、第２の特徴の「下（ｂｅｌｏｗ）」、「下方（ｕｎｄｅｒ）」、または「底部（ｏｎ  ｂｏｔｔｏｍ  ｏｆ）」の第１の特徴は、第１の特徴が第２の特徴のまっすぐまたは斜めに「下（ｂｅｌｏｗ）」、「下方（ｕｎｄｅｒ）」、または「底部（ｏｎ  ｂｏｔｔｏｍ  ｏｆ）」である実施形態を含んでもよく、または単に第１の特徴が第２の特徴の高さより低いことを意味する。
【００２８】
一態様では、本開示は、実施形態において、希土類濃縮鉱石を処理する方法を提供する。図１を参照すると、そのような方法は以下のステップを含む。
Ｓ１００では、希土類濃縮鉱石と濃硫酸が混合される。
【００２９】
このステップでは、希土類濃縮鉱石を濃硫酸と混合して、混合スラリーと第１のフッ素含有ガスとを得る。具体的には、希土類濃縮鉱石と濃硫酸とを混合装置において混合すると、濃硫酸の混合および撹拌中に、ＣＯ２、ＨＦ、ＳｉＦ４を含む少量のガスが発生する。ＣＯ２およびＨＦは、希土類濃縮鉱石の炭酸塩と濃硫酸との反応によるものである。更に、第１のフッ素含有ガスにはいくらかの固体ダストが伴う。具体的には、適切な粒径を有する希土類濃縮鉱石を定量供給装置を介して混合装置に加え、一定の比率で計量した濃硫酸と混合する。一定時間撹拌した後、混合スラリーが形成され、その間に循環水が冷却に使用され、混合装置内の温度を適切な範囲内に制御する。撹拌機を混合装置内に配置することにより、希土類濃縮鉱石と濃硫酸を迅速かつ強制的に混合することができ、希土類濃縮物に濃硫酸が十分に浸透するため、後続の酸分解工程で凝集が起こることを抑制し、酸分解工程の物質移動に好ましい条件を提供することが分かる。更に、混合装置内の温度が一定範囲に維持されるように、水冷ジャケットが混合装置上に配置されて、混合装置を循環水で冷却する。上記の希土類濃縮鉱石は、バストナサイト鉱石（フッ化炭素セリウム希土類鉱石）または包頭混合鉱石（バストナサイトおよびモナザイト）であることに留意すべきである。
【００３０】
本開示の一実施形態において、希土類濃縮鉱石の粒径は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者が選択することができる。本開示の特定の実施形態では、希土類濃縮鉱石は、８０〜３２０メッシュの範囲の粒径を有し得る。希土類濃縮鉱石の粒径が大きすぎると、希土類濃縮鉱石と濃硫酸との反応の助けにならないことが分かる。粒径が小さいと、希土類濃縮鉱石と濃硫酸との接触面積が増加するが、粒径が小さすぎると、反応が強すぎて制御できなくなり、それにより、粉砕に過剰なエネルギーを消費し、更に希土類濃縮鉱石の分解速度を低下させる。したがって、本開示の実施形態による希土類濃縮鉱石の粒径は、希土類濃縮鉱石の分解速度を大幅に増加させ、同時にエネルギーを節約することができる。
【００３１】
本開示の別の実施形態では、希土類濃縮鉱石と濃硫酸との質量比は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者が選択することができる。本開示の特定の実施形態では、希土類濃縮鉱石と濃硫酸との質量比は１：（１．２〜１．５）の範囲にある。希土類濃縮鉱石と濃硫酸との質量比が大きすぎると、希土類濃縮鉱石と濃硫酸との反応が不十分になり、希土類濃縮鉱石の分解速度が低下し、トリウムを希土類濃縮鉱石から分離することが困難となり、この場合、トリウムは浸出スラグにおいて富化され、放射性スラグを形成する。濃硫酸に対する希土類濃縮鉱石の質量比が小さすぎると、濃硫酸が過剰に消費され、混合時間が長くなり、その後の工程での残留酸が多くなる。したがって、本開示により提供される希土類濃縮鉱石と濃硫酸との質量比は、希土類濃縮鉱石の分解速度を更に増加させ、同時に混合速度を増加させ、エネルギーを節約することができる。
【００３２】
本開示の更に別の実施形態では、混合条件は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者が選択することができる。本開示の特定の実施形態では、混合は、３０℃以下の温度で５〜１５分の範囲の時間間隔にわたって実施される。混合温度が高すぎる場合、希土類濃縮鉱石は濃硫酸と事前に局所的に反応し、混合効果が不十分になることが分かる。混合時間間隔が短すぎて、希土類濃縮鉱石が濃硫酸と完全に接触する状態に到達しない場合、物質移動は悪影響を受ける。したがって、混合温度が高すぎ、混合時間が長すぎたり短すぎたりする場合、希土類元素の酸化物の分解速度が低下する。
【００３３】
本開示のさらなる実施形態において、濃硫酸の質量濃度は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者によって選択され得る。本開示の特定の実施形態では、濃硫酸は、９３重量％以上の質量濃度を有する。濃硫酸の質量濃度は、希土類濃縮鉱石への浸透効率を大幅に改善し、同時に混合スラリーの品質を改善できるため、希土類元素の酸化物の分解速度が向上することが分かる。
【００３４】
Ｓ２００では、混合スラリーと開始剤液体とが酸分解のために混合される。
このステップでは、混合スラリーと開始剤液体とを混合して酸で分解し、クリンカーと第２のフッ素含有ガスとを得る。具体的には、混合装置の混合スラリー出口を通して混合スラリーを酸分解装置に加え、開始剤液体入口の弁を開く。混合スラリー中の濃硫酸は希釈されて熱を放出し、酸分解装置内の温度は補助加熱装置によって調整され、酸分解装置内で酸分解反応が完全に行われてバルククリンカーが形成される。エージングおよび焼成の２つの工程を同時に酸分解装置で実現することができ、したがって、希土類濃縮鉱石の酸分解反応の時間間隔が大幅に短縮することが分かる。更に、酸分解工程では、内部材料の粘度が大きく変化する、すなわち、内部材料が流体状態から半乾燥状態に徐々に変化し、最終的に乾燥し、これにより、クリンカーが得られる。酸分解装置は、上記の材料の特性の変化に効果的に対処できる。更に、酸分解反応の進行を促進するために撹拌プロペラが酸分解装置に配置され、酸分解反応の適切な温度を提供するために加熱装置が酸分解装置の外壁に配置される。酸分解工程全体の温度が低く保たれているため、濃硫酸の分解による硫黄含有ガスの発生が抑制され、第２のフッ素含有ガスをリサイクルすることが可能になる。同時に、放射能汚染およびトリウムの浪費を引き起こす可能性のあるスラグにトリウムが含まれることを抑制する。
【００３５】
本開示の実施形態では、酸分解条件は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者によって選択され得る。本開示の特定の実施形態では、酸分解は、１５０〜３００℃の範囲の温度で、１〜４時間の範囲の時間間隔で実施される。酸分解温度が高すぎると、濃硫酸が分解されて硫黄含有ガスが生成されると同時に、トリウムがクリンカーから溶液に浸出することが困難となる場合があり、トリウムが浸出スラグ中に残り、放射性固体廃棄物を形成する可能性がある。酸分解温度が低すぎるか、または酸分解時間間隔が短すぎる場合、希土類元素の酸化物の分解速度が遅くなる。酸分解時間間隔が長すぎる場合、希土類濃縮鉱石の分解速度は、ある程度に達した後はそれ以上増加しないが、エネルギー消費が増加し、工程全体の時間間隔が長くなる。したがって、本開示により提供される酸分解の温度および時間間隔は、希土類濃縮鉱石の分解速度を著しく増加させ、トリウムの浸出速度を増加させ、同時にエネルギーを節約することができる。
【００３６】
本開示の別の実施形態では、開始剤液体の種類は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者によって選択され得る。本開示の特定の実施形態において、開始剤液体は、工業用水および後続工程からの濾過液から選択される少なくとも１つである。酸分解反応を実行するには、特定の温度に到達する必要があることが分かる。開始剤液体は、濃硫酸を希釈して熱を放出し、混合スラリーの温度を上げ、酸分解反応を活性化するために使用され、希釈熱を利用して外部熱源の供給を減らすことができる。
【００３７】
この工程では、希土類濃縮鉱石と濃硫酸とを混合して特定の温度まで加熱し、濃縮鉱石に含まれる成分ＲＥＯ、ＴｈＯ２などを硫酸と反応させて可溶性硫酸塩を形成する。ＣａＦ２、Ｆｅ２Ｏ３などもまた、異なる程度まで反応して硫酸塩になる。希土類硫酸塩、硫酸トリウム、硫酸鉄などを水溶液に溶解することができる。フッ素は、焼成排気ガス中にＨＦまたはＳｉＦ４の形で存在し、蒸気の存在下でアンモニアと反応して、製品として販売されている固体の酸性フッ化アンモニウム（ＮＨ４ＨＦ２）を形成する。このような工程中（１５０〜３００℃）、硫酸は分解せず、少量の硫酸のみが蒸発する。排煙にはＨＦ、ＳｉＦ４、および少量の硫酸ミストしかないため、排煙からの副産物としてフッ素をリサイクルするための条件が改善される。具体的には、例えば、希土類濃縮鉱石はバストナサイトとモナザイトとの混合鉱石であり、この工程の化学反応は次の通りである。
【００３８】
（１）バストナサイト濃縮鉱石の酸分解の主な反応は次の通りである。
２ＲＥＦＣＯ３＋３Ｈ２ＳＯ４＝ＲＥ２（ＳＯ４）３＋２ＨＦ↑＋２ＣＯ２↑＋２Ｈ２Ｏ
ＴｈＯ２＋２Ｈ２ＳＯ４＝Ｔｈ（ＳＯ４）２＋２Ｈ２Ｏ
（２）モナザイトは次のように分解される。
【００３９】
２ＲＥＰＯ４＋３Ｈ２ＳＯ４＝ＲＥ２（ＳＯ４）３＋２Ｈ３ＰＯ４
Ｔｈ３（ＰＯ４）４＋６Ｈ２ＳＯ４＝３Ｔｈ（ＳＯ４）２＋Ｈ３ＰＯ４
副反応は次の通りである。
【００４０】
ＣａＦ２＋Ｈ２ＳＯ４＝ＣａＳＯ４＋２ＨＦ↑
Ｆｅ２Ｏ３＋３Ｈ２ＳＯ４＝Ｆｅ２（ＳＯ４）３＋３Ｈ２Ｏ
ＳｉＯ２＋４ＨＦ＝ＳｉＦ４↑＋２Ｈ２Ｏ
Ｓ３００では、クリンカーは水で浸出される。
【００４１】
このステップでは、浸出のためにクリンカーを水と混合し、それによって浸出スラリーを得る。具体的には、酸分解装置内のバルククリンカーを、クリンカー出口を通して定量スクリューコンベヤを介して浸出装置に送り、その後、一定の割合の水を加えて浸出を実行する。しばらくすると、浸出スラリーが形成される。酸分解工程でトリウムがトリウム酸スラットに変換された後、トリウム酸スラットが浸出スラリーに浸出することが分かる。これに基づいて、環境への放射線による危険を回避するためにトリウムをリサイクルできる。
【００４２】
本開示の一実施形態では、浸出条件は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者によって選択されてもよい。本開示の特定の実施形態では、浸出温度は環境温度であり、浸出時間間隔は０．５〜１時間の範囲である。浸出温度は環境温度であり、クリンカー中の硫酸塩は加熱せずに水に溶解できるため、外部の熱源を回避できることが分かる。同時に、適切な浸出期間により、硫酸塩の完全な溶解が保証される。
【００４３】
本開示の別の実施形態では、水のクリンカーに対する質量比は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者によって選択され得る。本開示の特定の実施形態では、水のクリンカーに対する質量比は、（８〜１２）：１の範囲である。水とクリンカーとの質量比が小さすぎる場合、硫酸塩が過飽和して結晶化する可能性があり、水とクリンカーとの質量比が大きすぎてはならないことが分かり、あるいは、システムの材料流量が多すぎるため、後続の廃液の処理が困難になる。
【００４４】
Ｓ４００では、浸出スラリーは固液分離にかけられ、浸出スラグは再び酸分解のためにステップ（２）にリサイクルされる。
この工程では、浸出スラリーを固液分離することにより、濾過液と浸出スラグを得て、浸出スラグを酸分解のために工程（２）にリサイクルする。具体的には、浸出装置から得られた浸出スラリーは、固液分離用ポンプにより固液分離装置に送られ、それにより濾過液および浸出スラグが得られる。浸出スラグはバッチで酸分解装置に定量的に戻され、濾過液は次の抽出工程に送られる。したがって、希土類元素の酸化物の分解速度を著しく向上させることができ、同時にトリウム回収率を向上させることができる。
【００４５】
本開示の実施形態による希土類濃縮鉱石の処理の方法およびシステムでは、撹拌機を混合装置内に配置することにより、希土類濃縮鉱石と濃硫酸を迅速かつ強制的に混合することができ、希土類濃縮物に濃硫酸が十分に浸透するため、後続の酸分解工程で凝集が起こるのを防ぎ、酸分解工程の物質移動に好ましい条件を提供する。更に、水冷ジャケットが混合装置の外壁を取り囲み、混合装置を循環水で冷却して、混合装置内の温度が一定範囲に維持されるようにし、この場合、高温での希土類鉱石の分解を回避することができ、トリウムの回収が実現される。本開示では、エージングおよび焼成の２つの工程を同時に酸分解装置で実現することができ、したがって、希土類濃縮鉱石の酸分解反応の時間間隔を大幅に短縮する。更に、酸分解工程では、内部材料の粘度が大きく変化する、すなわち、内部材料が流体状態から半乾燥状態に徐々に変化し、最終的に乾燥することにより、クリンカーが得られる。酸分解装置は、上記の材料の特性の変化に効果的に対処できる。更に、酸分解反応の進行を促進するために撹拌プロペラが酸分解装置に配置され、酸分解反応の適切な温度を提供するために加熱装置が酸分解装置の外壁に配置される。酸分解工程全体の温度が低く保たれているため、放射能汚染やトリウムの浪費を引き起こす可能性のあるスラグにトリウムが含まれることが防止され、更に、硫黄含有ガスが濃硫酸の分解で生成されることを防ぎ、したがって、第２のフッ素含有ガスをリサイクルすることが可能である。酸分解工程では、希土類濃縮物中のトリウムは、浸出中に浸出スラリーに入るトリウム酸塩になる。したがって、トリウムは、環境に対する放射線による危険を回避するためにリサイクルできる。浸出スラリーに対して固液分離が更に行われ、得られた浸出スラグは再び酸分解工程にリサイクルできるため、トリウム回収率およびＲＥＯ分解率が更に向上する。したがって、本方法には、原料の幅広い適応性、低エネルギー消費、および連続生産という利点がある。同時に、トリウムを効果的に回収でき、希土類濃縮鉱石の分解率を大幅に改善でき、例えば、ＲＥＯ分解率は９６％に達することができる。
【００４６】
更に、本開示の一実施形態では、図２に示すように、希土類濃縮鉱石と濃硫酸を混合する前に、この方法は更に以下のステップを含む。
Ｓ５００では、希土類濃縮鉱石をボールミル粉砕する。
【００４７】
この工程では、希土類濃縮鉱石をボールミル粉砕し、それにより希土類濃縮鉱石粒子を得る。したがって、希土類元素の酸化物の分解速度を上げることに有利である。
Ｓ６００では、希土類濃縮鉱石粒子をふるい分けし、過大粒材料をボールミル粉砕し、過小粒材料を濃硫酸と混合する。
【００４８】
この工程では、上記のようにして得られた希土類濃縮鉱石粒子をふるい分けし、それにより過大粒材料および過小粒材料を得る。過大粒材料はボールミル粉砕にリサイクルされ、過小粒材料は濃硫酸と混合される。したがって、希土類元素の酸化物の分解速度は更に増加する可能性がある。不適格な粒子サイズを有するふるい分けされた過大粒材料は、ボールミル粉砕のためにボールミル装置に戻され、この工程の原料コストおよび時間コストが大幅に削減され、ふるい分けされた過小粒材料が混合装置に送られて濃硫酸と混合され、希土類元素の酸化物の分解速度を更に高める。具体的には、過小粒材料の粒径は８０〜３２０メッシュである。
【００４９】
本開示の一実施形態では、図３に示されるように、上記の方法およびシステムは、次のステップを更に含む。
Ｓ７００では、第１のフッ素含有ガスと第２のフッ素含有ガスに噴霧液を噴霧する。
【００５０】
この工程では、第１のフッ素含有ガスおよび第２のフッ素含有ガスに噴霧液を噴霧し、それによりフッ素含有スラリーを得る。これに基づいて、排気ガスによる環境汚染を回避するために、フッ素含有ガスをリサイクルすることができる。混合装置および酸分解装置の両方が温度制御装置を有するため、第１のフッ素含有ガスおよび第２のフッ素含有ガス中の不純物が大幅に低減され、第１のフッ素含有ガスおよび第２のフッ素含有ガスのダスト内容物は少ない。したがって、噴霧液をフッ素含有ガスに直接噴霧することができ、噴霧処理の前に除塵装置を設ける必要がない。フッ素含有ガスおよびその中のダストは、噴霧液に溶解し得る。ろ過工程後、ろ過されたスラグは酸分解装置に戻されてもよく、濾過液はフッ化物の調製に使用されてもよい。フッ素含有ガスの回収および利用を実現し、排気ガスによる環境汚染を回避することは有益である。
【００５１】
本開示の一実施形態では、噴霧液の特定の種類は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者が選択することができる。本開示の特定の実施形態では、噴霧液は、水およびアルカリ性液体から選択される少なくとも１つである。具体的には、アルカリ性液体は水酸化アンモニウムであってもよい。したがって、フッ素含有ガスの回収および利用を実現し、排気ガスによる環境汚染を回避することは有益である。
【００５２】
別の態様では、本開示は、実施形態において、上述の希土類濃縮鉱石を処理する方法を実行するためのシステムを提供する。本開示の一実施形態では、図４に示すように、システムは、混合装置１００、酸分解装置２００、浸出装置３００、および固液分離装置４００を含む。
【００５３】
本開示の一実施形態では、混合装置１００は、希土類濃縮鉱石入口１０１、濃硫酸入口１０２、混合スラリー出口１０３、および第１のフッ素含有ガス出口１０４を有する。更に、撹拌機１１が混合装置内に配置され、水冷ジャケット１２が混合装置の外壁に配置されている。混合装置１００は、希土類濃縮鉱石と濃硫酸を混合して、混合スラリーおよび第１のフッ素含有ガスを得るのに適している。具体的には、希土類濃縮鉱石と濃硫酸が混合装置において混合される。酸と混合中に、ＣＯ２、ＨＦ、ＳｉＦ４を含む少量のガスが発生する。ＣＯ２およびＨＦは、希土類濃縮鉱石の炭酸塩と濃硫酸との反応によるものである。更に、第１のフッ素含有ガスにはいくらかの固体ダストが伴う。具体的には、適切な粒径を有する希土類濃縮鉱石を定量供給装置を介して混合装置に加え、一定の比率で計量した濃硫酸と混合する。一定時間撹拌した後、混合スラリーが形成され、その間に循環水が冷却に使用され、混合装置内の温度を適切な範囲内に制御する。撹拌機を混合装置内に配置することにより、希土類濃縮鉱石と濃硫酸を迅速かつ強制的に混合することができ、希土類濃縮物に濃硫酸が十分に浸透するため、後続の酸分解工程で凝集が起こるのを防ぎ、酸分解工程の物質移動に好ましい条件を提供することが分かる。更に、混合装置内の温度が一定範囲に維持されるように、水冷ジャケットが混合装置上に配置されて、混合装置を循環水で冷却する。上記の希土類濃縮鉱石は、バストナサイト鉱石（フッ化炭素セリウム希土類鉱石）または包頭混合鉱石（バストナサイトおよびモナザイト）であることに留意すべきである。上述の濃硫酸は、計量された量で混合装置にポンプで送り込むことができる。混合装置内の撹拌機は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者が選択することができる。例えば、撹拌機は二重層撹拌プロペラであってもよく、すなわち、プロペラの上層とプロペラの下層が撹拌シャフト上に配置され、希土類濃縮鉱石と濃硫酸とを強く混合するために使用できる。
【００５４】
本開示の一実施形態では、混合装置１００において、希土類濃縮鉱石入口１０１、濃硫酸入口１０２および第１のフッ素含有ガス出口１０４が、撹拌機１１の上方に独立して配置され、混合スラリー出口１０３が撹拌機１１の下に配置される。したがって、これは希土類濃縮鉱石と濃硫酸との間の反応の流れの動きに有益であり、工程全体の効率が向上する。
【００５５】
本開示の別の実施形態において、希土類濃縮鉱石の粒径は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者が選択することができる。本開示の特定の実施形態では、希土類濃縮鉱石は、８０〜３２０メッシュの範囲の粒径を有し得る。希土類濃縮鉱石の粒径が大きすぎると、希土類濃縮鉱石と濃硫酸との反応の助けにならないことが分かる。粒径が小さいと、希土類濃縮鉱石と濃硫酸との接触面積が増加するが、粒径が小さすぎると、反応が強すぎて制御できなくなり、それにより、粉砕に過剰なエネルギーを消費し、更に希土類濃縮鉱石の分解速度を低下させる。したがって、本開示の実施形態による希土類濃縮鉱石の粒径は、希土類濃縮鉱石の分解速度を大幅に増加させ、同時にエネルギーを節約することができる。
【００５６】
本開示の更に別の実施形態では、希土類濃縮鉱石と濃硫酸との質量比は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者が選択することができる。本開示の特定の実施形態では、希土類濃縮鉱石と濃硫酸との質量比は１：（１．２〜１．５）の範囲にある。希土類濃縮鉱石と濃硫酸との質量比が大きすぎると、希土類濃縮鉱石と濃硫酸との反応が不十分になり、希土類濃縮鉱石の分解速度が低下し、トリウムを希土類濃縮鉱石から分離することが困難となり、この場合、トリウムは浸出スラグにおいて富化され、放射性スラグを形成する。濃硫酸に対する希土類濃縮鉱石の質量比が小さすぎると、濃硫酸が過剰に消費され、混合時間が長くなり、その後の工程での残留酸が多くなる。したがって、本開示により提供される希土類濃縮鉱石と濃硫酸との質量比は、希土類濃縮鉱石の分解速度を更に増加させ、同時に混合速度を増加させ、エネルギーを節約することができる。
【００５７】
本開示の更なる実施形態では、混合条件は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者が選択することができる。本開示の特定の実施形態では、混合は、３０℃以下の温度で５〜１５分の範囲の時間間隔にわたって実施される。混合温度が高すぎる場合、希土類濃縮鉱石は濃硫酸と事前に局所的に反応し、混合効果が不十分になることが分かる。混合時間間隔が短すぎて、希土類濃縮鉱石が濃硫酸と完全に接触する状態に到達しない場合、物質移動は悪影響を受ける。したがって、混合温度が高すぎ、混合時間が長すぎたり短すぎたりする場合、希土類元素の酸化物の分解速度が低下する。
【００５８】
本開示のさらなる実施形態において、濃硫酸の質量濃度は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者によって選択され得る。本開示の特定の実施形態では、濃硫酸は、９３重量％以上の質量濃度を有する。濃硫酸の質量濃度は、希土類濃縮鉱石への浸透効率を大幅に改善し、同時に混合スラリーの品質を改善できるため、希土類元素の酸化物の分解速度が向上することが分かる。
【００５９】
本開示の一実施形態では、酸分解装置２００は、混合スラリー入口２０１、開始剤液体入口２０２、クリンカー出口２０３、および第２のフッ素含有ガス出口２０４を有する。混合スラリー入口２０１は、混合スラリー出口１０３に接続されている。撹拌プロペラ２１は酸分解装置２００内に配置され、加熱装置２２は酸分解装置の外壁に配置されている。酸分解装置２００は、混合スラリーと酸分解用の開始剤液体とを混合し、クリンカーと第２のフッ素含有ガスとを得るのに適している。具体的には、混合装置の混合スラリー出口を通して混合スラリーを酸分解装置に加え、同時に開始剤液体入口の弁を開く。混合スラリー中の濃硫酸は希釈されて熱を放出し、酸分解装置内の温度は補助加熱装置によって調整され、酸分解装置内で酸分解反応が完全に行われてバルククリンカーが形成される。エージングおよび焼成の２つの工程を同時に酸分解装置で実現することができ、したがって、希土類濃縮鉱石の酸分解反応の時間間隔が大幅に短縮することが分かる。更に、酸分解工程では、内部材料の粘度が大きく変化する、すなわち、内部材料が流体状態から半乾燥状態に徐々に変化し、最終的に乾燥し、これにより、クリンカーが得られる。酸分解装置は、上記の材料の特性の変化に効果的に対処できる。更に、酸分解反応の進行を促進するために撹拌プロペラが酸分解装置に配置され、酸分解反応の適切な温度を提供するために加熱装置が酸分解装置の外壁に配置される。酸分解工程全体の温度が低く保たれているため、濃硫酸の分解による硫黄含有ガスの発生が抑制され、第２のフッ素含有ガスをリサイクルすることが可能になる。同時に、放射能汚染およびトリウムの浪費を引き起こす可能性のあるスラグにトリウムが含まれることを抑制する。上述の酸分解装置は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者が選択することができ、例えば、横型反応器であってもよいことに留意すべきである。撹拌プロペラは、異なる回転速度を有する２つの撹拌パドルを備えたらせん二軸プロペラであってもよく、１つのパドルは、平行に配置された２つのシャフトの一方に配置される。加熱装置は、電気加熱または蒸気加熱の加熱方式を有してもよい。
【００６０】
本開示の一実施形態では、酸分解装置２００において、混合スラリー入口２０１および第２のフッ素含有ガス出口２０４は、酸分解装置２００の上部に独立して配置され、クリンカー出口２０３は、酸分解装置２００の下部に配置される。したがって、これは酸分解装置内で酸分解反応の流れの動きに有益であり、工程全体の効率が向上する。
【００６１】
本開示の別の実施形態では、酸分解条件は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者によって選択され得る。本開示の特定の実施形態では、酸分解は、１５０〜３００℃の範囲の温度で、１〜４時間の範囲の時間間隔で実施される。酸分解温度が高すぎると、濃硫酸が分解されて硫黄含有ガスが生成されると同時に、トリウムがクリンカーから溶液に浸出することが困難となる場合があり、トリウムが浸出スラグ中に残り、放射性固体廃棄物を形成する可能性がある。酸分解温度が低すぎるか、または酸分解時間間隔が短すぎる場合、希土類元素の酸化物の分解速度が遅くなる。酸分解時間間隔が長すぎる場合、希土類濃縮鉱石の分解速度は、ある程度に達した後はそれ以上増加しないが、エネルギー消費が増加し、工程全体の時間間隔が長くなる。したがって、本開示により提供される酸分解の温度および時間間隔は、希土類濃縮鉱石の分解速度を著しく増加させ、トリウムの浸出速度を増加させ、同時にエネルギーを節約することができる。
【００６２】
本開示の更に別の実施形態では、開始剤液体の種類は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者によって選択され得る。本開示の特定の実施形態では、開始剤液体は、廃酸および後続工程からの工業用水から選択される少なくとも１つである。酸分解反応を実行するには、特定の温度に到達する必要があることが分かる。開始剤液体は、濃硫酸を希釈して熱を放出し、混合スラリーの温度を上げ、酸分解反応を活性化するために使用され、希釈熱を利用して外部熱源の供給を減らすことができる。
【００６３】
この工程では、希土類濃縮鉱石と濃硫酸とを混合して特定の温度まで加熱し、濃縮鉱石に含まれる成分ＲＥＯ、ＴｈＯ２などを硫酸と反応させて可溶性硫酸塩を形成する。ＣａＦ２、Ｆｅ２Ｏ３などもまた、異なる程度まで反応して硫酸塩になる。希土類硫酸塩、硫酸トリウム、硫酸鉄などを水溶液に溶解することができる。フッ素は、焼成排気ガス中にＨＦまたはＳｉＦ４の形で存在し、蒸気の存在下でアンモニアと反応して、製品として販売されている固体の酸性フッ化アンモニウム（ＮＨ４ＨＦ２）を形成する。このような工程中（１５０〜３００℃）、硫酸は分解せず、少量の硫酸のみが蒸発する。排煙にはＨＦ、ＳｉＦ４、および少量の硫酸ミストしかないため、排煙からの副産物としてフッ素をリサイクルするための条件が改善される。
【００６４】
（１）バストナサイト濃縮鉱石の酸分解の主な反応は次の通りである。
２ＲＥＦＣＯ３＋３Ｈ２ＳＯ４＝ＲＥ２（ＳＯ４）３＋２ＨＦ↑＋２ＣＯ２↑＋２Ｈ２Ｏ
ＴｈＯ２＋２Ｈ２ＳＯ４＝Ｔｈ（ＳＯ４）２＋２Ｈ２Ｏ
（２）モナザイトは次のように分解される。
【００６５】
２ＲＥＰＯ４＋３Ｈ２ＳＯ４＝ＲＥ２（ＳＯ４）３＋２Ｈ３ＰＯ４
Ｔｈ３（ＰＯ４）４＋６Ｈ２ＳＯ４＝３Ｔｈ（ＳＯ４）２＋Ｈ３ＰＯ４
副反応は次の通りである。
【００６６】
ＣａＦ２＋Ｈ２ＳＯ４＝ＣａＳＯ４＋２ＨＦ↑
Ｆｅ２Ｏ３＋３Ｈ２ＳＯ４＝Ｆｅ２（ＳＯ４）３＋３Ｈ２Ｏ
ＳｉＯ２＋４ＨＦ＝ＳｉＦ４↑＋２Ｈ２Ｏ
本開示の実施形態では、浸出装置３００は、クリンカー入口３０１、水入口３０２、および浸出スラリー出口３０３を有する。クリンカー入口３０１は、クリンカー出口２０３に接続されている。浸出装置３００は、浸出スラリーを得るために、浸出のためにクリンカーを水と混合するのに適している。具体的には、酸分解装置内のバルククリンカーを、クリンカー出口を通して定量スクリューコンベヤを介して浸出装置に送り、その後、一定の割合の水を加えて浸出を実行する。しばらくすると、浸出スラリーが形成される。酸分解工程でトリウムがトリウム酸スラットに変換された後、トリウム酸スラットが浸出スラリーに浸出することが分かる。これに基づいて、環境への放射線による危険を回避するためにトリウムをリサイクルできる。
【００６７】
本開示の一実施形態では、浸出条件は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者によって選択されてもよい。本開示の特定の実施形態では、浸出温度は環境温度であり、浸出時間間隔は０．５〜１時間の範囲である。浸出温度は環境温度であり、クリンカー中の硫酸塩は加熱せずに水に溶解できるため、外部の熱源を回避できることが分かる。同時に、適切な浸出期間により、硫酸塩の完全な溶解が保証される。
【００６８】
本開示の別の実施形態では、水のクリンカーに対する質量比は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者によって選択され得る。本開示の特定の実施形態では、水のクリンカーに対する質量比は、（８〜１２）：１の範囲である。水とクリンカーとの質量比が小さすぎる場合、硫酸塩が過飽和して結晶化する可能性があり、水とクリンカーとの質量比が大きすぎてはならないことが分かり、あるいは、システムの材料流量が多すぎるため、後続の廃液の処理が困難となる。
【００６９】
本開示の一実施形態では、固液分離装置４００は、浸出スラリー入口４０１、濾過液出口４０２、および浸出スラグ出口４０３を有する。浸出スラリー入口４０１は浸出スラリー出口３０３に接続され、浸出スラグ出口４０３は酸分解装置２００に接続される。固液分離装置４００は、濾過液および浸出スラグを得るため、および酸分解のために浸出スラグを酸分解装置にリサイクルするために、浸出スラリーの固液分離を行うのに適している。具体的には、浸出装置から得られた浸出スラリーは、固液分離用ポンプにより固液分離装置に送られ、それにより濾過液および浸出スラグが得られる。浸出スラグはバッチで酸分解装置に定量的に戻され、濾過液は次の抽出工程に送られる。したがって、希土類元素の酸化物の分解速度を著しく向上させることができ、同時にトリウム回収率を向上させることができる。
【００７０】
本開示の実施形態による希土類濃縮鉱石の処理システムでは、撹拌機を混合装置内に配置することにより、希土類濃縮鉱石と濃硫酸とを迅速かつ強制的に混合することができ、希土類濃縮物に濃硫酸が十分に浸透するため、後続の酸分解工程で凝集が起こることを抑制し、酸分解工程の物質移動に好ましい条件を提供する。更に、水冷ジャケットが混合装置の外壁に配置され、混合装置を循環水で冷却して、混合装置内の温度が一定範囲に維持されるようにし、この場合、高温での希土類鉱石の分解を回避することができ、トリウムの回収が実現される。本開示では、エージングおよび焼成の２つの工程を同時に酸分解装置で実現することができ、したがって、希土類濃縮鉱石の酸分解反応の時間間隔が大幅に短縮する。更に、酸分解工程では、内部材料の粘度が大きく変化する、すなわち、内部材料が流体状態から半乾燥状態に徐々に変化し、最終的に乾燥し、これにより、クリンカーが得られる。酸分解装置は、上記の材料の特性の変化に効果的に対処できる。更に、酸分解反応の進行を促進するために撹拌プロペラが酸分解装置に配置され、酸分解反応の適切な温度を提供するために加熱装置が酸分解装置の外壁に配置される。酸分解工程全体の温度が低く保たれているため、放射能汚染やトリウムの廃棄を引き起こす可能性のあるスラグにトリウムが含まれることが抑制され、更に、硫黄含有ガスが濃硫酸の分解で生成されることを抑制し、したがって、第２のフッ素含有ガスをリサイクルすることが可能である。酸分解工程では、希土類濃縮物中のトリウムは、浸出中に浸出スラリーに入るトリウム酸塩になる。したがって、トリウムは、環境に対する放射線による危険を回避するためにリサイクルできる。浸出スラリーに対して固液分離が更に行われ、得られた浸出スラグは再び酸分解工程にリサイクルできるため、トリウム回収率およびＲＥＯ分解率が更に向上する。したがって、本システムには、原料の幅広い適応性、低消費エネルギー、および連続生産という利点がある。同時に、トリウムを効果的に回収でき、希土類濃縮鉱石の分解率を大幅に改善でき、例えば、ＲＥＯ分解率は９６％に達し得る。
【００７１】
加えて、本開示の一実施形態では、図５に示されるように、希土類濃縮鉱石を処理するシステムは、ボールミル装置５００およびふるい装置６００を更に含む。
本開示の一実施形態では、ボールミル装置５００は、希土類濃縮鉱石入口５０１および希土類濃縮鉱石粒子出口５０２を有し、希土類濃縮鉱石と濃硫酸とを混合する前に希土類濃縮鉱石をボールミル粉砕して希土類濃縮鉱石粒子を得るのに適しており、したがって、希土類元素の酸化物の分解速度が増加する。
【００７２】
本開示の一実施形態において、ふるい装置６００は、希土類濃縮鉱石粒子入口６０１、過大粒材料出口６０２、および過小粒材料出口６０３を有する。希土類濃縮鉱石粒子入口６０１は希土類濃縮鉱石粒子出口５０２に接続され、過大粒材料出口６０２はボールミル装置５００に接続され、過小粒材料出口６０３は希土類濃縮鉱石入口１０１に接続されている。ふるい装置６００は、上記のように得られた希土類濃縮鉱石粒子をふるい分けて、過大粒材料および過小粒材料を得るのに適している。過大粒材料はボールミル粉砕にリサイクルされ、過小粒材料は濃硫酸と混合される。不適格な粒子サイズを有するふるい分けされた過大粒材料は、ボールミル粉砕のためにボールミル装置に戻され、この工程の原料コストおよび時間コストが大幅に削減され、ふるい分けされた過小粒材料が混合装置に送られて濃硫酸と混合され、希土類元素の酸化物の分解速度を更に高める。ふるい装置の過小粒材料出口は、計量装置によって混合装置の希土類濃縮鉱石入口に接続できることを理解されたい。具体的には、過小粒材料の粒径は８０〜３２０メッシュである。
【００７３】
本開示の一実施形態では、図６に示すように、希土類濃縮鉱石を処理するシステムは、ガス処理装置７００を更に含む。
本開示の一実施形態では、ガス処理装置７００は、フッ素含有ガス入口７０１、噴霧液体入口７０２、およびフッ素含有スラリー出口７０３を有する。フッ素含有ガス入口７０１は、第１のフッ素含有ガス出口１０４と第２のフッ素含有ガス出口２０４の両方に接続されている。ガス処理装置７００は、噴霧液を第１のフッ素含有ガスおよび第２のフッ素含有ガスに噴霧して、フッ素含有スラリーを得るのに適している。混合装置および酸分解装置の両方が温度制御装置を有するため、第１のフッ素含有ガスおよび第２のフッ素含有ガス中の不純物が大幅に低減され、第１のフッ素含有ガスおよび第２のフッ素含有ガスのダスト内容物は少ない。したがって、噴霧液をフッ素含有ガスに直接噴霧することができ、噴霧処理の前に除塵装置を設ける必要がない。フッ素含有ガスおよびその中のダストは、噴霧液に溶解し得る。ろ過工程後、ろ過されたスラグは酸分解装置に戻されてもよく、濾過液はフッ化物の調製に使用されてもよい。フッ素含有ガスの回収および利用を実現し、排気ガスによる環境汚染を回避することは有益である。
【００７４】
本開示の一実施形態では、噴霧液の特定の種類は特に限定されず、実際の必要性に応じて当業者が選択することができる。本開示の特定の実施形態では、噴霧液は、水およびアルカリ性液体から選択される少なくとも１つである。具体的には、アルカリ性液体は水酸化アンモニウムであってもよい。したがって、フッ素含有ガスの回収および利用を実現し、排気ガスによる環境汚染を回避することは有益である。
【００７５】
本開示は、例示に過ぎず、本開示を限定することを意図しない特定の例を参照して説明される。
【実施例１】
【００７６】
バストナサイト鉱石は、ボールミル装置によってボールミル粉砕され、ふるい装置によってふるい分けされて、これにより８０〜３２０メッシュの粒径を有するバストナサイト粒子が得られた。バストナサイト粒子を計量し、事前に計量した９８重量％の濃硫酸を含む混合装置に加えた。濃硫酸とバストナサイト粒子との質量比は１．４：１であった。混合装置を冷却するために水を循環させて、混合装置内の温度を３０℃未満に保った。１０分間十分に撹拌した後、混合スラリーが形成され、酸は均一であり、同時に第１のフッ素含有ガスが発生した。次に、混合スラリーを混合装置の混合スラリー出口から排出し、酸分解装置に加えた。開始剤液体（工業用水）入口の弁を開き、混合スラリー中の濃硫酸を希釈して熱を放出した。酸分解装置内の温度は、補助加熱装置によって調整された。１２０℃で３０分間撹拌した後、混合スラリーを直ちに２５０℃で１時間酸分解反応に供し、バルククリンカーを得ると同時に第２のフッ素含有ガスが発生した。バルククリンカーを、酸分解装置のクリンカー出口から浸出装置に定量的に供給した。浸出装置において、水とクリンカーとの質量比８：１で水を計量し、浸出タンクに加えて１時間機械的に撹拌して浸出スラリーを形成した。浸出スラリーを、加圧および濾過のためにプレートおよびフレームフィルタプレスにポンプで送り、それにより、８重量％のスラグ率を有する濾過液および浸出スラグを得た。浸出スラグの化学組成を分析し、浸出スラグをバッチで酸分解装置に定量的に戻し、浸出液を次の抽出工程に供給した。
【００７７】
この例では、ＲＥＯ（希土類元素の酸化物）の分解率は９５．１８％であり、第１のフッ素含有ガスおよび第２のフッ素含有ガスは後部ガス吸収塔で回収され、それによりフッ素はリサイクルされ利用された。
【実施例２】
【００７８】
バストナサイト鉱石は、ボールミル装置によってボールミル粉砕され、ふるい装置によってふるい分けされて、８０〜３２０メッシュの粒径を有するバストナサイト粒子が得られた。バストナサイト粒子を計量し、事前に計量した９８重量％の濃硫酸を含む混合装置に加えた。濃硫酸とバストナサイト粒子の質量比は１．５：１であった。混合装置を冷却するために水を循環させて、混合装置内の温度を３０℃未満に保った。８分間十分に撹拌した後、混合スラリーが形成され、酸は均一であり、同時に第１のフッ素含有ガスが発生した。次に、混合スラリーを混合装置の混合スラリー出口から排出し、酸分解装置に加えた。開始剤液（廃酸）入口の弁を開き、混合スラリー中の濃硫酸を希釈して熱を放出した。酸分解装置内の温度は、補助加熱装置によって調整された。１３０℃で３０分間撹拌した後、混合スラリーを直ちに２８０℃で１時間酸分解反応に供し、バルククリンカーを得ると同時に第２のフッ素含有ガスが発生した。バルククリンカーを、酸分解装置のクリンカー出口から浸出装置に定量的に供給した。浸出装置において、水とクリンカーとの質量比１０：１で水を計量し、浸出タンクに加えて０．５時間機械的に撹拌して浸出スラリーを形成した。浸出スラリーを、加圧および濾過のためにプレートおよびフレームフィルタプレスにポンプで送り、それにより、６．３重量％のスラグ率を有する濾過液および浸出スラグを得た。浸出スラグの化学組成を分析し、浸出スラグをバッチで酸分解装置に定量的に戻し、浸出液を次の抽出工程に供給した。
【００７９】
この例では、ＲＥＯ（希土類元素の酸化物）の分解率は９６％であり、第１のフッ素含有ガスおよび第２のフッ素含有ガスは後部ガス吸収塔で回収され、それによりフッ素はリサイクルされ利用された。
【実施例３】
【００８０】
バストナサイトおよびモナザイトを含み、８０〜３２０メッシュの粒径を有する混合鉱石を計量し、事前に計量した９８重量％の濃硫酸を含む混合装置に加えた。濃硫酸と混合鉱石との質量比は１．５：１であった。混合装置を冷却するために水を循環させて、混合装置内の温度を３０℃未満に保った。１０分間十分に撹拌した後、混合スラリーが形成され、酸は均一であり、同時に第１のフッ素含有ガスが発生した。次に、混合スラリーを混合装置の混合スラリー出口から排出し、酸分解装置に加えた。開始剤液体（工業用水および廃酸を含む混合液）入口の弁を開き、混合スラリー中の濃硫酸を希釈して放熱した。酸分解装置内の温度は、補助加熱装置によって調整された。８５℃で３０分間撹拌した後、混合スラリーを直ちに２８０℃で２時間酸分解反応に供し、バルククリンカーを得ると同時に第２のフッ素含有ガスが発生した。バルククリンカーを、酸分解装置のクリンカー出口から浸出装置に定量的に供給した。浸出装置において、水とクリンカーとの質量比１２：１で水を計量し、浸出タンクに加えて１時間機械的に撹拌して浸出スラリーを形成した。浸出スラリーを、加圧および濾過のためにプレートおよびフレームフィルタプレスにポンプで送り、それにより、６．８重量％のスラグ率を有する濾過液および浸出スラグを得た。浸出スラグの化学組成を分析し、浸出スラグをバッチで酸分解装置に定量的に戻し、浸出液を次の抽出工程に供給した。
【００８１】
この例では、ＲＥＯ（希土類元素の酸化物）の分解率は９６％であり、第１のフッ素含有ガスおよび第２のフッ素含有ガスは後部ガス吸収塔で回収され、それによりフッ素はリサイクルされ利用された。
【実施例４】
【００８２】
バストナサイトおよびモナザイトを含み、８０〜３２０メッシュの粒径を有する混合鉱石を計量し、事前に計量した９８重量％の濃硫酸を含む混合装置に加えた。濃硫酸と混合鉱石との質量比は１．４：１であった。混合装置を冷却するために水を循環させて、混合装置内の温度を３０℃未満に保った。１５分間十分に撹拌した後、混合スラリーが形成され、酸は均一であり、同時に第１のフッ素含有ガスが発生した。次に、混合スラリーを混合装置の混合スラリー出口から排出し、酸分解装置に加えた。開始剤液体（工業用水）入口の弁を開き、混合スラリー中の濃硫酸を希釈して熱を放出した。酸分解装置内の温度は、補助加熱装置によって調整された。１００℃で３０分間撹拌した後、混合スラリーを直ちに２８０℃で２時間酸分解反応に供し、バルククリンカーを得ると同時に第２のフッ素含有ガスが発生した。バルククリンカーを、酸分解装置のクリンカー出口から浸出装置に定量的に供給した。浸出装置において、水とクリンカーとの質量比１０：１で水を計量し、浸出タンクに加えて１時間機械的に撹拌して浸出スラリーを形成した。浸出スラリーを、加圧および濾過のためにプレートおよびフレームフィルタプレスにポンプで送り、それにより、７．２重量％のスラグ率を有する濾過液および浸出スラグを得た。浸出スラグの化学組成を分析し、浸出スラグをバッチで酸分解装置に定量的に戻し、浸出液を次の抽出工程に供給した。
【００８３】
この例では、ＲＥＯ（希土類元素の酸化物）の分解率は９６％であり、第１のフッ素含有ガスおよび第２のフッ素含有ガスは後部ガス吸収塔で回収され、それによりフッ素はリサイクルされ利用された。
【００８４】
以上、本開示の特定の実施形態を詳細に説明したが、本開示は、上記の実施形態の特定の詳細に限定されるものではない。本開示の技術的概念の範囲内で、本開示の技術的解決策に対して様々な単純な修正を行うことができ、したがって、すべての様々な修正は、本開示の特許請求の範囲内にあるものとする。
【００８５】
更に、上記の特定の実施形態で説明した特定の技術的特徴は、互いに矛盾しない限り、任意の適切な方法で組み合わせることができることに留意されたい。不必要な繰り返しを避けるため、可能な組み合わせはここでは詳細に説明しない。
【００８６】
加えて、本開示の概念から逸脱しない限り、本開示の異なる実施形態を組み合わせることもでき、本開示の開示とみなすべきである。
本明細書を通して「実施形態」、「いくつかの実施形態」、「一実施形態」、「別の例」、「例」、「特定の例」または「いくつかの例」への言及は、実施形態または例に関連して説明される特定の特徴、構造、材料または特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態または例に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な場所での「いくつかの実施形態では」、「一実施形態では」、「実施形態では」、「別の例では」、「例では」、「特定の例では」、または「いくつかの例では」などの句の出現は、必ずしも本開示の同じ実施形態または例を参照しているわけではない。更に、特定の特徴、構造、材料、または特性は、１つ以上の実施形態または例において任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【００８７】
説明的な実施形態を示し説明したが、当業者は、上記の実施形態が本開示を限定するように解釈すべきではなく、本開示の精神、原理および範囲から逸脱することなく実施形態に変更、代替、および修正を加えることができることを理解するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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