2. 内蒙古自治区高效洁净燃烧重点实验室, 内蒙古 包头 014010
2. Inner Mongolia Autonomous Region Key Laboratory of Efficient and Clean Combustion, Baotou 014010, China
中国作为世界稀土资源储量最大的国家，出产的稀土资源品位高、种类全且矿点分布合理，其中以包头白云鄂博地区的超大型铁-稀土-铌多金属共生矿床最为珍贵[1]。白云鄂博矿经过磁选-浮选等选矿工艺流程能够产出品位约50% 的稀土精矿[2]。但精矿中也含有大量的非稀土元素，在冶炼过程中造成极大的环境压力[3]。如今稀土元素广泛应用于冶金[4]、磁性材料[5]和催化剂的制备[6-7]等领域。稀土精矿中稀土元素含量高、种类多、且具有独特的连生关系，可为氨气选择性还原氮氧化物(NH3-SCR)催化剂的制备提供有利的基础条件。目前众多研究者致力于探究白云鄂博稀土精矿在制备高效环保的脱硝催化剂方面的工作。Gong等[8]以白云鄂博稀土精矿为原料，利用硝酸法和水热法浸出稀土矿中的有价元素，吸附于活性炭上从而制备脱硝催化剂，探究酸量和水热温度对脱硝效率的影响。Zhang等[9]将一系列酸碱处理过的稀土精矿负载于拟薄水铝石，进而探究低温NH3-SCR脱硝性能。Bai等[10]使用Fe、Mn修饰改性后的白云鄂博稀土精矿，发现改性后精矿的NH3-SCR催化性能大幅提高。以上学者认为稀土精矿优异的NH3-SCR催化性能必然与矿物本身特有的属性存在联系，但均没有对稀土精矿本身性质进行细致研究。研究矿物自身的属性，尤其是稀土元素之间的关系，可以为研究稀土矿物催化剂的作用机理提供理论依据。因此，本研究选用白云鄂博稀土精矿进行工艺矿物学检测，通过对矿相的元素组成、粒度分布以及典型矿物嵌布特征的分析，再经过研磨、普通球磨、低温高能球磨的处理，研究不同球磨方式对脱硝性能的影响，旨在为白云鄂博稀土精矿后续负载活性物质及深入分析脱硝机理提供重要的理论依据。
2 实验(方法与设备) 2.1 催化剂的制备方法采用的原料为白云鄂博稀土精矿，用适量的稀土精矿经过研磨、普通球磨、低温高能球磨3种工艺处理。研磨(raw ore)是指用普通的研钵手工研磨；普通球磨(ordinary ball milling)是指使用普通行星式球磨机进行球磨，转速为400 r·min-1，正反转时间为30 min，总时间为2 h；低温高能球磨(low-temperature high-energy ball milling，L-H ball milling) 是指采用全向行星式球磨机进行球磨，转速为400 r·min-1，正反转时间为30 min，总时间2 h。之后将所有样品在马弗炉中焙烧2 h，温度为500 ℃。
2.2 催化剂的活性评价催化剂性能测试系统由精密混气箱-流量计、石英管、管式炉、采样器、傅里叶红外光谱烟气分析仪及计算机数据采集设备组成。首先确定气体管路密封是否良好，在密闭性良好的情况下进行空管气体流速恒定测试，使气路中的气流在常温下恒定，且烟气分析仪(GASMET DX4000)所检测的气体含量恒定；然后添加石英棉和样品进行升温测试，在温度为100~400 ℃内测试催化剂的脱硝性能，检查点的恒温时间为30 min。模拟气体组分为NO(φB=0.05%)、NH3(φB=0.05%)、O2(φB=3%)、N2(平衡气)，φB为气体体积分数，总体积流量为100 mL·min-1，体积空速为10 000 h-1。催化剂的脱硝效率即NO转化率为
| $ \eta ({\rm{NO}}) = \frac{{{\varphi _{{\rm{in}}}} - {\varphi _{{\rm{out}}}}}}{{{\varphi _{{\rm{in}}}}}} \times 100\% $ | (1) |
式中：φin、φout分别为NO进气和出气体积分数，%。
2.3 催化剂的表征及设备本实验所用的表征及设备如下：工艺矿物学分析数据检测设备由Zeis Amics高分辨率矿物分析仪、Zeis Sigma500扫描电子显微镜(SEM)和Brock XFlash 6130能谱仪组成。催化剂的物相分析，使用X射线衍射仪(XRD) (PERSEE XD-3，中国)。催化剂的表面形貌分析，使用Sigma-500扫描电子显微镜(SEM-EDS)(蔡司，德国)。催化剂的比表面积和孔径，使用JW-BK200C比表面和孔径分析仪(BET) (JWBG，中国)。分析催化剂的酸强度和定性分析酸量，采用PCA-1200多功能化学吸附仪(H2-TPR) (PLEX TUNING，希腊)。原位红外吸附实验采用VERTEX 70型傅里叶变换红外光谱仪(DRIFTS) (Bruker，美国)(包括一个MCT探测器和一个高温微红外配件)。
3 实验结果与讨论 3.1 稀土精矿矿物学分析 3.1.1 矿物组成和化学成分稀土精矿的主要矿物组成见表 1。稀土矿物主要为氟碳铈镧矿、独居石、氟碳钙铈矿和氟碳铈矿，质量分数分别为31.16%、29.78%、5.37% 和1.64%。氟碳铈矿质量分数不高，其他主要矿物类型包括铁氧化物、金属硫化物、硅酸盐和碳酸盐，质量分数分别为1.1%、0.74%、1.1% 和19.97%。其中碳酸盐主要为磷灰石和萤石。从表中可以发现，稀土精矿中稀土和碳酸盐是2种主要矿物类型，总质量分数为89.29%。与已有研究相结合，可以得出稀土类矿物是其主要的活性矿物。
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表 1 稀土精矿主要矿物组成 Table 1 Main mineral compositions in the rare earth concentrates |
稀土精矿的主要化学成分见表 2。稀土精矿中含有丰富的元素种类，具有催化作用的Ce元素的质量分数为25.85%，其他主要稀土元素Nd和La质量分数分别为16.19%、3.20%。主要杂质元素的总质量分数达到15.79%，包括Ca、Ba、Si、Mg，这些杂质会对矿物材料催化剂的实际使用效率产生一定影响。
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表 2 稀土精矿主要化学成分 Table 2 Main chemical components in rare earth concentrates |
表 3为稀土精矿中Ce、La、Nd的分布，从表中可以发现，Ce和La主要分布在氟碳铈镧矿和独居石中，Nd大部分存在于氟碳铈镧矿中，一小部分存在于氟碳钙铈矿。不难发现，氟碳铈镧矿富集了3种稀土元素的50%。质量分数最高的Ce元素主要集中在氟碳铈镧矿和独居石中，根据上述分析，可得在以精矿为原料制备脱硝催化剂的过程中，发挥有效作用的矿物为氟碳铈镧矿和独居石。
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表 3 稀土精矿中稀土元素Ce、La、Nd的分布 Table 3 Distribution of Ce, La, and Nd in the rare earth concentrates |
矿物粒度特征是影响催化剂脱硝性能的重要指标(见表 4)。从稀土精矿主要矿物的粒度分布来看，矿物的粒度分布是一致的。除氟碳铈镧矿外，矿物粒度在18.75~22.30 μm的占比大于75%，说明氟碳铈镧矿粒度分布相对不均匀，约有24.11% 的矿物呈随粒径增大而减小的状态。但从总体分布来看，稀土精矿中的矿物粒度较细，分布均匀。
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表 4 稀土精矿中主要矿物的粒度分布占比 Table 4 Proportion of particle size distributions of main minerals in rare earth concentrates |
选取SEM图中特征关系明显的区域进行分析(如图 1所示)，发现稀土精矿本身矿相复杂、元素种类繁多。存在氟碳铈镧矿和独居石单体，氟碳铈镧矿和铁氧化物毗邻共生，铁氧化物渗入氟碳铈镧矿，沿裂缝侵蚀至氟碳铈镧矿中与其共生等。稀土精矿中矿物的主要存在形式有单体、包覆、相邻、共生等。其中以包裹型和毗邻型为主。稀土精矿的复杂矿相结构在催化脱硝领域也具有特殊的应用价值。
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图 1 稀土精矿SEM图 Fig.1 SEM micrographs of the rare earth concentrates |
为了了解精矿本身的分解程度，分析稀土精矿中氟碳铈镧矿、氟碳铈矿、独居石和氟碳钙铈矿4种主要矿物的镶嵌特征。表 5为4种矿物的单体解离度，分别为69.69%、56.23%、74.58% 和54.28%。表 6为稀土精矿中4种矿物二元共生矿物的关联度，从表中可以发现氟碳钙铈矿与氟碳铈镧矿及独居石二元共生关系最为密切，分别为5.62%和5.99%。也就是说，除69.69% 的氟碳铈镧矿以独立矿物形式存在外，11.61% 的氟碳钙铈矿处于与氟碳铈镧矿和独居石的二元共生状态。氟碳铈矿与氟碳铈镧矿的二元共生关系接近4.25%。值得注意的是氟碳铈矿与氟碳铈镧矿的共生关系最为密切，与氟碳钙铈矿、磷灰石、萤石的共生关系也十分密切。表 6中的数据具体化了抽象的矿物夹层特征，该表提供了白云鄂博稀土精矿中各种矿相之间二元共生的关联度，结果表明：氟碳钙铈矿、氟碳铈矿、独居石和氟碳铈镧矿存在或相互包裹或相邻的共生关系。矿物相间的共生关系为以稀土精矿制备矿物催化材料提供了特殊的催化条件。
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表 5 矿物单体解离度 Table 5 Degrees of monomer dissociation of minerals |
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表 6 稀土精矿中二元共生矿物的关联度 Table 6 Relation relevancy of binary symbiotic minerals in the rare earth concentrates |
表 7为稀土精矿中三元包裹矿物的关联度，从表中可以发现，氟碳钙铈矿与氟碳铈镧矿及独居石的三元包裹关系最为密切，分别为9.24% 和6.98%。受成分影响，氟碳铈矿与磷灰石共生关系高达12.55%，氟碳铈矿与氟碳铈镧矿包裹关系的矿物颗粒占总矿物的9.67%，氟碳铈矿与独居石占总矿物的6.26%。从独居石的三元包裹关系数据中可以发现，与氟碳铈镧矿的共生程度尤为突出，与氟碳铈镧矿的三元包裹关系的数据相对应。
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表 7 稀土精矿中三元包裹矿物的关联度 Table 7 Relation relevancy of ternary packaged minerals in the rare earth concentrates |
与氟碳铈镧矿、氟碳铈矿、独居石、氟碳钙铈矿形成二元共生关系的全矿物质量分数在9.2%~16.71%，形成三元包裹关系的全矿物质量分数在12.57%~35.32%。通过对比发现，各矿物的三元包裹度均高于二元共生关系。这可能是由于长期的地质运动，钙和镧溶解进入氟碳铈矿，形成氟碳铈矿和氟碳钙铈矿。两者均与氟碳铈矿的结构相似，这也是其他元素与稀土元素协同催化作用的关键验证。
3.2 球磨方式对稀土精矿的影响从稀土精矿的工艺矿物学分析可得，氟碳铈矿的粒度分布不均匀，导致催化过程中烟气不能与其均匀发生反应，同时稀土精矿特殊的矿相结构，使许多能有效脱氮的元素被其他矿物包裹，难以发挥其催化作用。因此本研究采用球磨技术对稀土精矿进行均质化处理，探讨球磨方法对稀土精矿脱硝催化作用的影响。
3.2.1 脱硝性能测试脱硝性能如图 2所示。由图可知，在300 ℃时，低温高能球磨试样的脱硝效率显著优于原矿样品，脱硝效率提高了约30%。归因于低温高能球磨可以进一步粉碎稀土精矿中的一些连生矿物，增加催化剂表面单位面积的稀土元素含量，从而增加矿物催化剂中有效稀土元素与烟气间的接触面积；其次，低温高能球磨不仅可以细化稀土精矿颗粒，而且在球磨过程中产生的复杂相变也是提高脱硝效率的关键因素。300 ℃之后随着温度升高活性逐渐降低，原因可能是因为NH3和NO在催化剂表面的吸附活化物种，如─NH2、硝酸盐、亚硝酸盐等物种在催化剂表面的稳定性较差，容易受到温度的影响，在温度过高时易发生分解，导致活性下降。也可能是由于还原剂NH3被氧化，导致还原剂数量减少。
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图 2 不同处理方式的NO转化率 Fig.2 NO conversion under different treatment methods |
稀土精矿的矿相特征如图 3所示。从XRD图谱的整体峰型可以发现，稀土精矿是一个多矿相复杂共存的体系，其中主要矿相包括氟碳铈矿(CeCO3F)、独居石(CePO4)、磷灰石(Ca5(PO4)3F)和萤石(CaF2)。结果表明，稀土精矿的衍射峰强度高，峰形尖锐，晶型成熟，且结晶度高，推测其与稀土精矿特殊的地质成矿条件密切相关。与原矿和普通球磨矿相比，低温高能球磨后样品的衍射峰变得更加尖锐，说明晶体结构发生变化，且暴露出更多的矿相，包括(Ce，La，Nd)PO4，以及某些含量极少的特殊矿相如CuFe2S3、CaCeF6等。说明低温高能球磨可进一步暴露部分连生矿物，提高矿物催化材料与烟气的接触程度，有利于催化脱硝反应的进行。
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图 3 不同处理方式的XRD图谱 Fig.3 XRD patterns of samples under different treatment methods |
3种不同球磨方式处理的稀土精矿的比表面积和孔径对比见表 8，经低温高能球磨处理的精矿虽然平均孔径没有提升，但单位孔体积和比表面积均有所提高，其比表面积及孔体积的变化归因于高能球磨的作用，而原稀土精矿的平均孔径略高的原因可能是多种矿物形成的共生包裹形式在焙烧过程中发生不同程度的氧化，产生的部分孔隙结构致使平均孔径略高。图 4为低温高能球磨后精矿的吸脱附等温线以及孔径分布，图中p/p0为相对压力，dV/dD为孔面积，从图中可以看到，在0.4 < p/p0 < 0.9[11]的压力区域表现出具有代表性的Ⅳ型等温线且能明显观察到滞后回线，说明样品的微孔结构中存在较大的孔[12]。孔径分布图也表示样品中存在完整的介孔结构。
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表 8 不同处理方法的比表面积和孔径比较 Table 8 Comparison of specific surface and pore size of samples under different treatment methods |
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图 4 L-H球磨的吸脱附等温线和孔径分布图 Fig.4 Adsorption-desorption isotherms and pore size distributions of samples after L-H ball milling |
稀土精矿的矿相结构复杂多样，为了研究不同球磨方法对精矿表面的影响，通过SEM研究精矿表面形貌(见图 5)。从宏观上看，普通球磨(b)和低温高能球磨(c)可以减小稀土精矿的粒径。从微观上看，原矿颗粒(d)和普通球磨颗粒(e)的矿物表面相对平坦，而低温高能球磨颗粒(f)表面产生不规则的孔洞，该孔洞可提高催化剂表面对气体的吸附能力。不同方式处理精矿的EDS能谱图(见图 6)，相比于手工研磨的原矿，经过球磨处理的精矿表面暴露了更多的Ce、La、Nd等稀土元素，尤其是经过低温高能球磨处理的精矿提高最为明显，其表面丰富的稀土元素能促进催化反应的进行。
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图 5 不同球磨方法的SEM图 Fig.5 SEM micrographs of samples after different ball milling treatments |
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图 6 不同处理方式的EDS能谱图 Fig.6 EDS spectra of samples after different ball milling treatments |
不同处理方式的H2-TPR图谱如图 7所示，从图中可以看出，低温高能球磨和普通球磨相对于原矿峰型明显尖锐，表明稀土精矿分别经2种球磨方法作用后，其粒度更加均一，使得氢气的扩散和吸附性能相近，进而使得催化剂的还原过程能够同时进行[13]；另外观察到3个样品均在650 ℃附近产生一个H2还原峰的主峰，此峰对应于Ce4+向Ce3+的转化，520 ℃左右出现的微弱峰归属于Ce3+向Ce4+的转化[14]，800 ℃以上的还原峰归属于CeO2的体相还原[15]，表明精矿中的稀土元素Ce在催化过程中发挥重要作用。
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图 7 不同处理方式的H2-TPR Fig.7 H2-TPR patterns of samples after different ball milling treatments |
图 8为原矿、普通球磨、低温高能球磨的DTG谱图。图中yDTG为最大分解速率，从图中可以发现，原矿和普通球磨的图形相对一致，DTG曲线均在400~600 ℃有2个明显的峰谷，推测是由于精矿中的氟碳铈矿受热逐渐分解，释放CO2，其分解分为两步，首先CeCO3F分解为Ce7O12，由于温度的不断升高，Ce7O12进一步分解为CeO2[16]，因此对应的DTG曲线出现2个明显的峰谷，第一个峰谷分别出现在472、473 ℃，最大分解速率分别为−0.45%、−0.55%。低温高能球磨的样品第一个峰谷同样出现在471 ℃，但其最大分解速率为−0.10 %，明显低于前两者。推测是由于稀土精矿在高能球磨作用下使精矿颗粒间产生强烈的摩擦，促使部分氟碳铈矿发生分解，加之中间产物Ce7O12极不稳定，因此认为低温高能球磨过程中可以使大部分氟碳铈矿发生分解。DTG图谱中原矿和普通球磨样品的第2个峰谷分别出现在568和557 ℃，最高分解速率分别为−1.12%、−0.97%。而低温高能球磨样品第2个峰谷出现在626 ℃，最大分解速率为−1.06 %，比原矿最大分解速率的温度高。推测是由于低温高能球磨过程中，各矿物在强烈的球磨过程中暴露出更多的包裹型矿物，新暴露的矿物之间产生新的相互作用，致使分解温度升高，正是由于这种新的相互作用，使得稀土精矿的催化活性得到进一步提升。
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图 8 不同处理方式的DTG图谱 Fig.8 DTG patterns of samples after different ball milling treatments |
热稳定实验在体积流量为100 mL⋅min−1的N2的气氛下进行，当NH3或NO+O2的吸附气体在低温下吸附60 min后，随着升温程序温度上升，在50~400 ℃，每隔50 ℃为一个记录点记录光谱。NH3和NO+O2吸附在经过低温高能球磨后的稀土精矿表面的热稳定实验结果如图 9和10所示。由图 9可知，随着温度的升高，NH3在催化剂表面的热稳定性实验中，1 321 cm−1处的峰归属于精矿表面B酸性位点结合NH3产生的振动峰，而在1 616，1 064 cm−1处的峰则归属于L酸性位点结合了NH3[17-18]，在1 616 cm−1处的峰归属中间产物─NH2的吸收峰。由图 10可知，NO+O2在催化剂表面的热稳定性实验中，温度≤200 ℃时，在1 316和1 087 cm−1处出现了2个单齿硝酸盐的吸收峰[19-20]，温度≥200 ℃时，出现了1 396 cm−1的双齿硝酸盐和1 178 cm−1的桥式硝酸盐的吸收峰，1 535 cm−1处的峰为─NO2的对称振动峰，可以发现，随着温度的升高，桥式硝酸盐吸收峰的峰强减弱，单齿硝酸盐的吸收峰消失，双齿硝酸盐的吸收峰有所增强。因此推测在催化剂表面NO吸附物种低温段主要由结构不稳定的单齿硝酸盐占据其活性位，250 ℃以上受桥式硝酸盐影响。
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图 9 NH3在催化剂表面热稳定性实验 Fig.9 Thermal stability experiment results of NH3 on the catalyst surface |
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图 10 NO+O2在催化剂表面热稳定性实验 Fig.10 Thermal stability experiment results of NO+O2 on the catalyst surface |
本研究设计了低温高能球磨方式处理精矿的瞬态DRIFTS反应实验，考察反应气体NH3和NO+O2以不同顺序通入样品的不同反应现象。实验在100 mL⋅min−1的N2的气氛下进行，温度为300 ℃，吸附时间为60 min，每隔10 min记录一次光谱。图 11为稀土精矿在预吸附NH3 60 min之后通入NO+O2的红外图谱，稀土精矿在吸附NH3之后，在催化剂表面观察到B酸性位(1 509 cm−1)的NH4+吸附、L酸性位的NH3吸附(1 091 cm−1)以及1 552 cm−1处NH3氧化形成中间产物的吸收峰[21]，切换至NO+O2后，观察到在1 509 cm−1处归属于B酸性位的NH4+吸附峰消失，1 091 cm−1处L酸性位的NH3吸附峰以及1 552 cm−1处NH3氧化形成中间产物的吸收峰在10 min后减缓，而归属于桥式硝酸盐(1 658 cm−1)[22]、单齿硝酸盐(1 419 cm−1)的峰强明显[23]，这说明预吸附在Lewis酸性位和Brønsted酸性位上的NH3可以与气态的NO发生反应。当吸附态的NH3被消耗后，不同种类的硝酸盐和亚硝酸盐物种可以占据其活性位并吸附在催化剂表面。
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图 11 NO+O2在预吸附NH3的精矿表面的吸附图谱 Fig.11 Adsorption spectra of NO+O2 on the concentrate surface with pre-adsorbed NH3 |
图 12为稀土精矿在预吸附NO+O2 60 min之后通入NH3的红外图谱，归属于桥式硝酸盐的吸附峰(1 691 cm−1)在通入NH3 30 min时峰强明显下降[24]，单齿硝酸盐的吸附峰(1 419 cm−1)在通入NH3 20 min后峰强下降[25]，双齿硝酸盐的吸附峰(1 521 cm−1)在通入NH3 10 min后峰强下降[26]。说明单齿硝酸盐、双齿硝酸盐和桥式硝酸盐都参与了NH3-SCR反应，其中单齿硝酸盐变化最为明显，但有学者提出，双齿硝酸盐本身不参与SCR催化反应，其峰强变化的体现是由于精矿内部复杂的共生-包裹结构促进了活化程度较低的双齿硝酸盐参与反应。
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图 12 NH3在预吸附NO+O2的精矿表面的吸附图谱 Fig.12 Adsorption spectra of NH3 on the concentrate surface with pre-adsorbed NO+O2 |
总的说来，经过低温高能球磨处理的稀土精矿会暴露更多的活性物质，增强对气体的吸附活化能力，促进催化剂表面酸性位点的形成，推动催化反应的进行。当NO+O2通入预吸附NH3的催化剂时，L酸性位吸附的NH3及B酸性位吸附的NH4+消失，随后出现双齿硝酸盐、单齿硝酸盐及桥式硝酸盐的吸附峰，即L酸性位和B酸性位上的中间产物具有较高的活性，在通入NO+O2后，吸附的氨基物种与气态的NOx反应，此反应遵循Eley-Rideal机理。当NH3通入预吸附NO+O2的催化剂时，单齿硝酸盐及桥式硝酸盐吸附峰明显下降，同时双齿硝酸盐吸附峰减弱，即NH3可以以氨基中间产物的形式吸附并与活化硝酸盐物质发生反应，此反应符合Langmuir-Hinshelwood机理。
具体反应过程如下所示：
Lewis酸：
| $ {{\rm{O}}_2} \to 2{\rm{O}}({\rm{ad}}) $ |
| $ {\rm{N}}{{\rm{H}}_3} \to {\rm{N}}{{\rm{H}}_2}({\rm{ad}}) $ |
| $ {\rm{N}}{{\rm{H}}_3} + {\rm{O}}({\rm{ad}}) \to {\rm{N}}{{\rm{H}}_2}({\rm{ad}}) + {{\rm{H}}^ + } + {{\rm{e}}^ - } $ |
Brønsted酸：
| $ {\rm{N}}{{\rm{H}}_3}({\rm{g}}) + {{\rm{H}}^ + } \to {\rm{NH}}_4^ + ({\rm{ad}}) $ |
Langmuir-Hinshelwood机理：
| $ {\rm{NO}} + {\rm{O}}({\rm{ad}}) + {\rm{M}} - {\rm{O}} \to \begin{array}{*{20}{c}} {{\rm{Monodentate}}{\text{ nitrate}}} \\ {{\text{Bidentate nitrate}}} \\ {{\text{Bridge nitrate}}} \end{array} \to {\rm{N}}{{\rm{H}}_4}{\rm{N}}{{\rm{O}}_2} \to {\rm{N}}{{\rm{H}}_2}{\rm{NO}} \to {{\rm{N}}_2} + {{\rm{H}}_2}{\rm{O}} $ |
Eley-Rideal机理：
| $ {\rm{NO}} + {\rm{N}}{{\rm{H}}_2} \to {\rm{N}}{{\rm{H}}_2}{\rm{NO}} \to {{\rm{N}}_2} + {{\rm{H}}_2}{\rm{O}} $ |
(1) 稀土精矿中的稀土元素主要富集于氟碳铈镧矿和独居石中，且稀土精矿中矿物种类繁多，稀土矿物与其他矿物的共生包裹关系复杂，嵌布粒度较细，在NH3-SCR催化过程中可以起到特殊的催化协同作用，为稀土精矿作为SCR催化剂提供了理论支撑。
(2) 通过比较不同球磨方式处理的稀土精矿发现，低温高能球磨过程可使稀土精矿颗粒更加均匀，更重要的是可以促进暴露出的矿物之间产生新的相互作用，利于稀土精矿的NH3-SCR反应的进行，脱硝能力提高了30%，表面形貌、矿相结构及氧化还原能力均有提高，为稀土精矿后续负载活性物质提供了条件。
(3) 经原位红外分析发现，低温高能球磨后的稀土精矿的SCR过程在300 ℃同时遵循Langmuir-Hinshelwood和Eley-Rideal机理。稀土元素的多样性以及上亿年的复杂地质条件下形成的特殊矿相结构，为利用矿物催化材料制备脱硝催化剂的研究以及稀土精矿的高值化利用奠定了基础。
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