白云鄂博矿资源综合利用过程中通过直接还原技术能够实现铁和稀土的分离,其中稀土进入渣中,如何强化渣中稀土结晶长大是后续稀土富集和分离重要保障。目前,含稀土的高温熔渣结晶行为研究主要集中在热力学、动力学以及工艺参数优化等方面。粘度作为影响高温熔体传输的重要物性之一,必定会影响结晶生长行为。因此,本文研究稀土结晶长大过程熔渣粘度演变规律,从熔渣粘度角度为调控稀土结晶生长行为提供实验数据与理论支撑。首先,针对CaO-SiO2-CaF2-Ce2O3熔渣体系,采用内柱体旋转法研究连续降温过程渣系粘度变化规律,采用拉曼光谱和X射线光电子能谱研究熔渣结构。发现Ce2O3在0-2 mol%范围内随温度降低粘度缓慢增加,达到临界转折温度后粘度迅速增加。当Ce2O3含量为3 mol%-5 mol%,粘度-温度曲线呈现出三个区域,高温时为液相区,粘度几乎不随温度改变;随温度降低进入低固相区,粘度随温度降低逐渐增加;温度进一步降低进入高固相区,随温度降低粘度急剧增加,且随Ce2O3含量增加三个区域间的临界转折温度逐渐升高。当CaF2含量为15 mol%-25 mol%时,粘度-温度曲线同样呈现出三个区域,但由于F主要以Ca-F和F-的形式存在,在F-的润滑和稀释作用下,导致粘度-温度曲线变化规律基本一致。CaO/SiO2比为1.0-1.2时,粘度-温度曲线同样呈现出三个区域,且随CaO/SiO2比增加三个区域间的临界转折温度逐渐升高。Ce2O3及CaO/SiO2比含量增加促进熔体结构解聚,有利于稀土结晶相出现,与粘度曲线的规律相符。进一步研究剪切速率对熔渣液相区、低固相区和高固相区三个区域的流变行为影响规律,发现液相区中流体表现为牛顿流体流动行为;低固相区中流体表现出假塑性流动,即粘度随剪切速率变化表现出与时间无关的剪切变稀行为;高固相区中,流体表现出触变性流动,即粘度随剪切速率变化表现出与时间相关的剪切触变行为。随着Ce2O3含量增加,剪切触变行为发生温度升高;CaF2含量增加,剪切触变行为发生温度降低;CaO/SiO2比增加,剪切触变行为发生温度升高。采用高温淬冷方法和扫描电镜研究粘度临界转折温度下稀土渣微观结构,采用激光共聚焦扫描显微镜的原位观察研究不同区域内稀土结晶相生长规律。发现转折温度下结晶情况与流变行为相符,随着Ce2O3含量的增加,样品在转折温度点逐渐出现稀土结晶相,且结晶相数量随着Ce2O3含量的增加进一步增多,粘度转折温度也随着Ce2O3含量的增加而升高;随着CaF2含量的增加,样品在转折温度点逐渐出现结晶相,结晶相数量也逐渐增加,但粘度转折温度逐渐降低;随着CaO/SiO2比含量的增加,样品在转折温度点逐渐出现结晶相,结晶相数量和粘度转折温度也逐渐增加。CaF2含量为15 mol%-25 mol%渣对应的高固相区内粘度与稀土相的生长速率有明显的线性关系,即粘度越小,稀土结晶生长的速率越快。