Abstract Bayan Obo tailings are rich in rare earth elements (REEs), iron, and other catalytic active substances. In this study, mine tailings were calcined at different temperatures and tested for the catalytic combustion of low-concentration methane. Upon calcination at 600°C, high catalytic activity was revealed, with 50% CH4 conversion at 587°C (space velocity of 12,000 mL/g h). The physicochemical properties of catalysts were characterized using thermogravimetric analysis, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, hydrogen temperature-programmed reduction (H2-TPR), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Compared to the raw ore sample, the diffraction peak intensity of Fe2O3 increased post calcination, whereas that of CeCO3F decreased. A porous structure appeared after the catalyst was calcined at 600°C. Additionally, Fe, Ce, Ti, and other metal elements were more highly dispersed on the catalyst surface. H2-TPR results revealed a broadening of the reduction temperature range for the catalyst calcined at 600°C and an increase in the reduction peak. XPS analysis indicated the presence of Ce in the form of Ce3+ and Ce4+ oxidation states and the coexistence of Fe in the form of Fe2+ and Fe3+. Moreover, XPS revealed a higher surface Oads/Olatt ratio. This study provides evidence for the green reuse of Bayan Obo mine tailings in secondary resources.

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煅烧温度对甲烷催化燃烧稀土尾矿催化剂的影响

摘要 白云鄂博尾矿富含稀土元素（REEs）、铁等催化活性物质。在这项研究中，尾矿在不同温度下煅烧，并测试了低浓度甲烷的催化燃烧。在 600°C 下煅烧后，显示出高催化活性，在 587°C 下 CH4 转化率为 50%（空速为 12,000 mL/g·h）。使用热重分析、X 射线衍射、扫描电子显微镜、氢程序升温还原 (H2-TPR) 和 X 射线光电子能谱 (XPS) 表征催化剂的理化性质。与原矿样品相比，Fe2O3 的衍射峰强度在煅烧后增加，而 CeCO3F 的衍射峰强度降低。催化剂在 600°C 下煅烧后出现多孔结构。此外，Fe、Ce、Ti、和其他金属元素更高度地分散在催化剂表面。H2-TPR 结果表明，在 600°C 煅烧的催化剂的还原温度范围扩大，还原峰增加。XPS 分析表明Ce 以Ce3+ 和Ce4+ 氧化态的形式存在，而Fe 以Fe2+ 和Fe3+ 的形式共存。此外，XPS 显示出更高的表面 Oads/Olatt 比。本研究为白云鄂博尾矿在二次资源中的绿色再利用提供了依据。XPS 分析表明Ce 以Ce3+ 和Ce4+ 氧化态的形式存在，而Fe 以Fe2+ 和Fe3+ 的形式共存。此外，XPS 显示出更高的表面 Oads/Olatt 比。本研究为白云鄂博尾矿在二次资源中的绿色再利用提供了依据。XPS 分析表明Ce 以Ce3+ 和Ce4+ 氧化态的形式存在，而Fe 以Fe2+ 和Fe3+ 的形式共存。此外，XPS 显示出更高的表面 Oads/Olatt 比。本研究为白云鄂博尾矿在二次资源中的绿色再利用提供了依据。