本發明涉及有價金屬分離回收技術領域，特別是指一種低溫分離稀土礦還原礦中鐵、渣及稀土相的裝置及方法。
背景技術：
白云鄂博礦床位于我國內蒙古自治區包頭市，系沉積變質——熱液交代的世界罕見中國獨有的巨大的鐵、稀土、鈮等多金屬多元素共生的大型礦床。現已發現有71種元素，170種礦物，其稀土儲量居世界第一位，稀土礦的組成元素繁多，其中TFe品位較低(30％左右)、ReO含量較高(6％左右)、Nb等元素含量在0.1％左右，且礦物相組成、結構十分復雜，各礦物相的結晶粒度極為細小。這使得當前的選礦冶煉技術一直未能解決稀土礦中各元素有效分選的難題。
國內外科研單位及工作者對白云鄂博鐵礦資源的開發利用進行了大量的研究，經過多年的探索和實踐，研發出了一系列的工藝及方法：
在選礦方面，提出了氧化礦和磁鐵礦分別處理的選礦工藝流程。對于氧化礦選礦，研究并確定出了弱磁選-強磁選-反浮選的綜合回收鐵、稀土的選礦新工藝。其中，為了提鐵降氟降鉀鈉實現精料方針，將弱磁選精礦與強磁選精礦由混合反浮選改為分別單獨浮選；對強磁選精礦先采用堿性反浮選降氟、而后在弱酸性介質中正浮選提鐵降鉀鈉。對于磁鐵礦選礦，設計并改進了連續磨礦-弱磁選-浮選(選稀土)的流程，但其間由于稀土選礦工藝的改造，該流程停止了稀土精礦的生產，最終形成了連續磨礦-弱磁選-反浮選(除螢石)的工藝流程。對于稀土礦物選礦，其亟待解決的問題是稀土礦物與鐵礦物、鈮礦物、硅酸鹽礦物以及含鈣、鋇等礦物的有效分離。目前回收白云鄂博礦中的稀土礦物采用的方法主要是浮選工藝，含稀土的入選原料經由一粗二精一掃浮選工序就可生產出50％ReO的混合稀土精礦，如果需要60％ReO的精礦，則需增加一道精選工藝。
在冶煉方面，白云鄂博稀土精礦多采用高溫硫酸強化焙燒水浸稀土(“三代”酸法)工藝，即混合稀土礦物與硫酸混合，經加熱反應全部生成稀土硫酸鹽后進入水浸液，釷則在高溫強化焙燒時生成不溶于水的焦磷酸鹽(或磷酸鹽)留在水浸渣中，這種渣因含放射性釷而被專門堆存。白云鄂博鐵精礦多采用傳統的，也是較成熟的燒結-高爐-轉爐流程回收鐵。但是，由于鐵精礦磨礦粒度細，容易造成燒結礦、球團礦的質量差；其次由于氟、鈉、鉀等有害元素在高爐中存在及作用，導致該礦的高爐利用系數長期以來處于較低水平。此外，高爐冶煉后稀土元素全部進入高爐渣中，只有小部分高爐渣用于制取稀土中間合金，大部分堆存廢棄，不僅造成資源浪費，而且還污染環境。
大量研究工作提出采用直接還原工藝處理稀土礦，該工藝可使礦中的鐵元素在較低的溫度下被還原成金屬態。但關于還原鐵與脈石相的分離，目前仍依賴于傳統的選礦工藝，但由于復雜的礦物相結構使得鐵、脈石間的分離難以達到理想的效果。近年來，有研究工作指出采用直接還原——高溫熔分工藝來實現稀土礦中液態鐵相與渣相間的分離，但該工藝需要1550℃以上的高溫，在如此高的溫度下不僅大量的雜質元素和共生元素會滲入到鐵液之中，造成鐵液成分的不可控；而且由于稀土礦中還含有大量的CaF2，其在成渣以后會對爐襯造成嚴重的腐蝕。
技術實現要素：
本發明旨在低于鐵熔點、以及稀土相成渣溫度的條件下，將稀土礦還原礦中鐵相與渣相予以分離，不僅能有效阻止礦中稀土元素及雜質元素向鐵相中的滲入，最大限度的提高鐵相的純度；而且，能夠同時實現稀土相在渣中的富集。
為此，本發明的目的在于提出一種低溫分離稀土礦還原礦中鐵、渣及稀土相的裝置及方法。該裝置包括電極加熱裝置，橢圓形反應器、反應器支撐系統、軸承、傳動軸、調速電動機、反應器旋轉平臺和下水口；電極加熱裝置從橢圓形反應器頂部伸入橢圓形反應器內，橢圓形反應器安置在反應器支撐系統上，反應器支撐系統正下方通過傳動軸與調速電動機連接，反應器支撐系統安置在反應器旋轉平臺上，反應器支撐系統和反應器旋轉平臺之間設置軸承，橢圓形反應器下部開有下水口。調速電動機通過傳動軸驅動橢圓形反應器與反應器支撐系統在反應器旋轉平臺上高速旋轉，通過離心旋轉產生的超重力實現熔融渣相與固態鐵相間的分別富集。
采用該裝置進行分離的方法，具體包括如下步驟：
(一)將稀土礦的直接還原礦加入橢圓形反應器中，并通過電極加熱裝置加熱至1050-1300℃，使得渣相熔融，而鐵相保持固態；
(二)開啟調速電動機，驅動橢圓形反應器在水平方向上高速旋轉、產生水平向外的超重力場，促使固態鐵相沿超重力方向向橢圓形反應器內壁一側富集；而熔融渣相則沖破鐵相阻隔、并沿超重力反方向遷移聚集至橢圓形反應器中心區域；
(三)待分離完成后關閉調速電動機，橢圓形反應器停止旋轉，開啟下水口，使富集至橢圓形反應器中心區域的熔融渣相經下水口排出，而富集至橢圓形反應器內壁一側的固態鐵相停留在橢圓形反應器內，實現熔融渣相與固態鐵相的高效分離。
其中，稀土礦包括稀土礦原礦、含稀土礦鐵精礦。步驟(二)中的超重力系數為100-600g，分離時間控制在7-15min。
本發明的上述技術方案的有益效果如下：
上述方案中，利用超重力實現了稀土礦還原礦中鐵相與渣相在低于鐵熔點、以及稀土相成渣溫度條件下的富集與分離，這不僅能有效阻止礦中稀土元素及雜質元素向鐵相中的滲入，最大限度的提高鐵相的純度；而且，能夠同時實現稀土相在渣中的富集。經大量試驗證明發現經超重力低溫分離后可以同時得到MFe(金屬鐵)含量高于98％的鐵相，以及富含稀土元素的渣相。
附圖說明
圖1為本發明的低溫分離稀土礦還原礦中鐵、渣及稀土相的裝置結構示意圖。
其中：1-電極加熱裝置；2-橢圓形反應器；3-反應器支撐系統；4-軸承；5-傳動軸；6-調速電動機；7-反應器旋轉平臺；8-下水口；9-熔融渣相；10-固態鐵相。
具體實施方式
為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。
本發明提供一種低溫分離稀土礦還原礦中鐵、渣及稀土相的裝置及方法。
如圖1所述，為該裝置結構示意圖，該裝置中，電極加熱裝置1從橢圓形反應器2頂部伸入橢圓形反應器2內，橢圓形反應器2安置在反應器支撐系統3上，反應器支撐系統3正下方通過傳動軸5與調速電動機6連接，反應器支撐系統3安置在反應器旋轉平臺7上，反應器支撐系統3和反應器旋轉平臺7之間設置軸承4，橢圓形反應器2下部開有下水口8。
使用該裝置進行分離稀土礦還原礦中鐵、渣及稀土相時，將稀土礦的直接還原礦加入橢圓形反應器2中，并通過電極加熱裝置1加熱至1050-1300℃，使得渣相熔融、而鐵相保持固態。然后，開啟調速電動機6，驅動橢圓形反應器2在水平方向上高速旋轉、產生水平向外的超重力場，促使固態鐵相10沿超重力方向向橢圓形反應器2內壁一側富集；而熔融渣相9則沖破鐵相阻隔、并沿超重力反方向遷移聚集至橢圓形反應器2中心區域。待分離完成后，關閉調速電動機6，橢圓形反應器2停止旋轉，同時開啟反應器下水口8，使富集至橢圓形反應器2中心區域的熔融渣相9經反應器下水口8排出，而富集至橢圓形反應器2內壁一側的固態鐵相10停留在橢圓形反應器2內。最終，實現熔融渣相9與固態鐵相10的高效分離。
以下結合具體實例予以闡述。
實施例1：
取白云鄂博礦區的稀土礦進行氣基還原，然后將20kg稀土礦還原礦加入橢圓形反應器2中，然后加熱升溫至1200℃至渣相熔融。隨后，啟動調速電動機6驅動橢圓形反應器2在水平方向上旋轉、并調整重力系數為400g，恒溫超重力分離7min后關閉調速電動機6、并進行取樣分析。根據所取樣品的宏觀圖可知，采用超重力方法實現了稀土礦還原礦中渣相與鐵相在1200℃的有效分離，固態鐵相10沿超重力方向富集至橢圓形反應器2內壁，而熔融渣相9則沿反方向富集至橢圓形反應器2中心區域。進一步對分離后的固態鐵相10與熔融渣相9分別進行化學分析與XRF分析，發現固態鐵相10中MFe(金屬鐵)的含量高達98.54％，并且稀土相全部進入渣中，渣中稀土含量達到14.50％，可見采用超重力方法能夠顯著提高鐵相的純度，且同時將稀土相富集至渣中，實現了稀土礦中鐵與稀土元素的有效分離。
實施例2：
取白云鄂博礦區的稀土礦進行氣基還原，然后將20kg稀土礦DRI加入橢圓形反應器2中，然后加熱升溫至1100℃至渣相熔融。隨后，啟動調速電動機6驅動橢圓形反應器2在水平方向上旋轉、并調整重力系數為600g，恒溫超重力分離15min后關閉調速電動機6、并進行取樣分析。根據所取樣品的宏觀圖可知，采用超重力方法同樣實現了稀土礦還原礦中熔融渣相9與固態鐵相10在1100℃的有效分離，固態鐵相10沿超重力方向富集至橢圓形反應器2內壁，而熔融渣相9則沿反方向富集至橢圓形反應器2中心區域。進一步對分離后的熔融渣相9與固態鐵相10分別進行化學分析與XRF分析，發現固態鐵相10中MFe(金屬鐵)的含量達到98.02％，稀土相全部進入渣中，且渣中稀土含量達到14.74％，可見采用超重力方法能夠顯著提高鐵相的純度，且同時將稀土相富集至渣相之中，實現了稀土礦中鐵與稀土元素的有效分離。
以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。