铁（Fe）和稀土元素（REE）是现代工业和高科技应用中至关重要的战略矿产资源。铁是钢铁工业的基础，广泛应用于建筑、交通和制造业。稀土元素因其独特的光学、电学和磁学性质而被称为“工业维生素”，在永磁体、催化剂、先进陶瓷、新能源电池和国防技术中发挥着关键作用（Zhang等人，2025a；Zhang等人，2025b）。全球工业化和技术进步不断推动了对这两种资源的需求增长。与此同时，高品质、易于开采的矿床正在逐渐枯竭，因此迫切需要从复杂矿石、低品位矿床以及尾矿等二次资源中回收有价值的金属。因此，开发可持续的回收方法对于缓解资源压力和支持循环经济至关重要（Yue等人，2025）。
巴彦奥博矿床是一种具有全球意义的多金属资源，含有铁、稀土元素、铌等关键金属。其复杂的矿物组成和历史上的选矿限制导致了大量尾矿的堆积，目前估计尾矿总量为2亿吨，分布面积达1100万平方米（Xu和Peng，2009）。这些尾矿具有相当的经济价值，平均铁（TFe）品位为10–20%，稀土氧化物（REO）品位约为9%，同时还含有可回收的氟和铌（Shao等人，2023）。然而，尾矿的储存存在环境风险，包括粉尘排放、重金属浸出以及轻微的放射性。因此，高效回收这些尾矿对于资源利用和环境缓解至关重要。
目前从尾矿中回收铁和稀土元素的方法主要分为两类：直接分离法和焙烧辅助法。直接分离法采用磁选和浮选等物理技术。例如，Abaka-Wood等人（Abaka-Wood等人，2019a；Abaka-Wood等人，2019b）使用硅酸钠和淀粉作为抑制剂、油酸钠作为捕收剂，通过磁选和浮选实现了72.00%的REO回收率和1.67%的品位。Guo等人（Guo等人，2020）结合了研磨、浮选和强磁选，获得了50.30%的REO品位和61.60%的回收率，但铁的回收率较低。然而，巴彦奥博尾矿中的细小矿物共生体、复杂的矿物学特性以及表面改质现象常常限制了高品位和高回收率的同时分离。
焙烧辅助法通常利用碳基焙烧将弱磁性的赤铁矿转化为磁铁矿或金属铁，然后通过磁选回收铁。例如，Zhang等人（Zhang等人，2016）通过碳热还原获得了88.20%的金属铁，后续硫酸浸出实现了98.20%的铌和99.00%的稀土元素提取，但需要进一步纯化。Yang等人（Yang等人，2013）对稀土尾矿进行了焙烧处理，获得了45.45%的铁回收率和68.36%的回收率，但稀土元素、氟和磷仍残留在尾矿中。Faris等人（Faris等人，2017）发现，在煤基焙烧过程中，针铁矿脱水后转化为赤铁矿，而独居石基本保持稳定。尽管这些方法提高了铁的回收率，但存在显著缺点：碳基还原会产生大量CO2排放；过度还原会形成赤铁矿（FeO）或金属铁，降低效率；残留的碳可能覆盖矿物表面，干扰后续的稀土元素浮选。因此，开发一种低温、环保的工艺以实现铁和稀土元素的高效同时回收对于巴彦奥博尾矿的利用至关重要。
为了解决这些问题，本研究提出了一种从巴彦奥博尾矿中协同回收铁和稀土元素的集成工艺。该工艺的关键在于通过磁选预富集早期物理分离富铁部分和富稀土部分，然后仅对含铁流体应用基于氢气的矿物相变（HMPT）。这种策略利用氢气作为低碳还原剂高效强化和回收铁矿物，同时使富稀土部分无需热处理，保持其原始矿物学特性以便后续浮选。通过将基于磁强化的铁回收与基于浮选性能的稀土回收相结合，该工艺为巴彦奥博尾矿的协同利用提供了一种系统且低碳的途径。
