稀有金属 2003,(04),482-485 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2003.04.016
氟碳铈矿粗细分选新工艺
曾兴兰
上海第二工业大学稀土研究室,上海第二工业大学稀土研究室 上海200041 ,上海200041
摘 要：
依据稀土矿石粒度特征及其物理、化学性质 , 研究了矿粒群间各矿物可选性差异 , 应用粗细分选技术和物理选矿与化学选矿相结合的方法回收氟碳铈稀土矿。粗粒矿群中的氟碳铈稀土用重选方法回收 , 中粒矿群中的氟碳铈稀土用磁选方法回收 , 微细粒矿群中的氟碳铈稀土用浮选方法回收 , 此方法用于四川牦牛坪稀土矿的选矿可获得REO =62 %～ 70 % , 稀土总回收率 80 %～ 85 %的优质稀土精矿。
关键词：
氟碳铈矿 ;粗细分选 ;稀土 ;
中图分类号： TD923
收稿日期： 2002-06-15
Bastnasite Separation Process Based on Size Fractions
Abstract：
Based on the physical and chemical properties and the difference of size, separation feasibility of bastnasite from its associated minerals was investigated. A jointed process was found to be desirable for achieving a better performance, i.e., using gravitational separation for the coarse fraction, magnetic separation for the medium sized, and flotation for the fine. Industrial practice of this process at Maoniuping Rare Earth Mine demonstrated that a higher grade concentrate REO 62%～70%) with a higher recovery rate (80%～85%) can be obtained.
Keyword：
bastnasite; size fraction; rare earths;
Received： 2002-06-15
氟碳铈矿是提取轻稀土元素的主要矿物。 此类工业矿床有美国芒廷帕斯 (Mountain Pass) 稀土矿、 越南都巴奥 (Dong Pao) 稀土矿
[1 ]
、 土耳其的贝伊利卡赫尔 (Beylikahir) 稀土矿、 中国的牦牛坪稀土矿、 德昌大陆槽稀土矿和山东微山稀土矿。 氟碳铈矿的选矿工艺, 主要有全浮选工艺;重选、 磁选、 浮选相互匹配的组合工艺;选-冶联合工艺。 其中比较先进的浮选工艺, 是高温浮选和高选择性捕收剂浮选。 例如, 美国帕斯山稀土选矿厂把矿浆加热至90 ℃, 用精制塔尔油作捕收剂, 6次搅拌调桨, 经1次粗选、 5次精选, 获得REO 60%~63%、 回收率65%~70%的氟碳铈矿精矿
[2 ]
。 微山稀土矿采用选择性捕收剂-L102, 经1次粗选3次精选作业, 可获得含REO 65%和40%两种氟碳铈矿精矿, 稀土总回收率≥85%
[3 ]
。 重选或重选-磁选联合或重选-磁选-浮选联合工艺在四川攀西地区稀土选矿厂普遍采用。 单一重选只能获得REO 50%~60%, 回收率45%~55%的氟碳铈矿精矿, 重选-磁选联合, 虽然可获得部分高品位稀土精矿, 稀土回收率只有60%~66%, 大量微细粒氟碳铈矿由于质量小, 随水流冲入尾矿中, 造成稀土资源严重浪费。 土耳其Beylikahir稀土矿由于氟碳铈矿结晶粒度微细 (几微米) , 用选冶联合工艺回收稀土: 先用物理方法分选出粗粒萤石和其它粗粒伴生矿物, 得到含[REO]>25%的稀土粗精矿, 再用硫酸浸出、 湿法处理分离提取稀土氧化物。 上海第二工业大学于1995年, 在四川冕宁稀土选矿厂应用L102高效捕收剂, 从重选和磁选丢弃的尾矿中浮选微细粒氟碳铈矿取得突破, 稀土精矿品位REO 65%~72%、 稀土回收率85%~90%
[4 ]
。 1999年在此基础上开展了“稀土选矿新工艺研究”。 经过两年试验, 研究成功了“稀土矿物粗细分选新工艺”。 使稀土矿的选矿技术、 分离效率及其产品指标 (品位和回收率) 提高到了新阶段和新水平。
1 试验矿样及其矿石性质
1.1 试验矿样和主要矿物组成
本研究用的试验矿样采至牦牛坪稀土矿55~63线方兴稀土公司矿区, 矿石严重风化, 原生矿泥 (包括黑泥) 较多; 主要矿物有氟碳铈矿、 重晶石、 天青石、 萤石、 霓辉石、 石英、 长石、 钠铁闪石、 黑云母、 方铅矿、 黄铁矿、 磁铁矿、 赤铁矿、 褐铁矿、 方解石等。 可以综合利用的有用矿物除氟碳铈矿外, 还有重晶石、 萤石、 方铅矿等。 氟碳铈矿在矿石中的嵌布粒度极不均匀, 一般为2.0~0.030 mm, 最大者可达数厘米, 最小者几微米。
1.2 原矿粒度组成
牦牛坪稀土矿石的粒度组成与稀土品位密切相关, 一般来说原矿品位高的矿石, 微细矿粒群占的比例多, 氟碳铈矿结晶粒度较粗; 低品位矿石的原矿, 矿石硬度大, 粗矿粒群比率大, 而氟碳铈矿结晶粒度较细。 表1列出中品位矿石之粒度组成。 从表1看出小于0.15 mm矿粉占30.29%, 其中REO占31.32%。
1.3 氟碳铈矿与选矿有关的物理、 化学性质
氟碳铈矿化学式 (Ce La…) FCO3 ; 含REO 74.77%~76.00%。 在空气中焙烧, 分解形成氟氧化物、 氧化物等, 同时Ce3+ 氧化成Ce4+ 。 氟碳铈矿溶於盐酸、 硫酸、 磷酸和硝酸。 晶体外观颜色呈黄、 褐、 棕色等, 粉末呈黄色或棕色。 有关物理性质见表2。
2 试验方法和技术参数
2.1 试验方法
试验研究紧密结合生产实际, 试验用的原矿、 设备选型、 水质、 药剂力求与生产条件基本一致, 便于研究成果顺利转化为生产力并能在工业生产上达到预定指标。 粗粒矿群用摇床重选方法分选, 中粒矿群用干式强磁场磁选方法分选, 微细粒矿群用浮选方法分选。 重选、 磁选试验在工业生产上进行; 浮选试验在实验室进行, 浮选设备选用机械搅拌式自动充气单槽浮选机; 型号规格:XFD 0.5L, XFD 0.75L, XFD1.0L。 浮选药剂全部选用工业品:水玻璃, 工业品, 模数2.95, 浓度35%。 L102工业品、 规格:N>7.0。
2.2 技术参数
给矿粒度100目占60%~65%; 摇床给矿浓度20%~25%, 摇床冲程12~14 mm, 冲次300~340 次/min, 床面坡度2°~3°。 磁选给矿粒度小于48目, 交流电压380 V、 直流电压220 V, 激磁电流I 1 =1.35A、 I 2 =1.65 A, 去铁的磁场强度0.08 T, 选稀土的磁选强度1.5 T。 浮选给矿粒度全部通过100目, 小于200目者占75%。 浮选条件见表3。
3 选矿流程
工艺流程简述:原矿磨至65%为约100目, 送入摇床重选, 分选出粗粒氟碳铈矿精矿、 摇床中矿和尾矿。 摇床中矿经烘干或晒干后进行磁选, 得到三种产品:中粒氟碳铈矿精矿、 磁选尾矿和铁质矿物 (作为废弃尾矿) 。 磁选尾矿与摇床尾矿合并进行筛分分级, 除去粗粒脉石, 连生体中矿进行二次磨矿 (细度75%为约200目) , 磨细后的矿浆与筛下产品合并进行选择性脱泥, 脱泥后的沉砂进行浮选。 浮选得到精矿和尾矿两种产品:精矿为微细粒氟碳铈矿, 尾矿含重晶石和萤石, 可作为下一步综合利用的原料。 工艺流程结构见流程图1。
4 选矿试验结果
稳定试验做了两批矿样, 每批矿样分别进行了3套平行试验。 从表4所列数据可以看出:第一批矿样原矿品位平均值REO 5.46%, 摇床精矿的
表1 原矿粒度组成和REO在各粒级的含量及其分布率Table 1 Size analysis of feed
粒级/mm
+2.0
-2+1.0
-1.0+0.15
-0.15+0.074
-0.074+0.043
-0.043+0.03
-0.030
合 计
产率/%
28.37
12.385
28.885
6.665
6.645
3.52
13.53
100.00
REO/%
5.62
6.17
9.53
11.62
10.59
7.10
4.45
7.44
REO分布率/%
21.44
10.27
36.97
10.41
9.46
3.36
8.09
100.00
表2 氟碳铈矿与选矿有关的物理性质Tab.2 Physical properties governing separation of bastnasite
项目
比重/ (g·cm-3 )
比磁化系数/ (cm·g-1 )
硬 度
结晶粒度/mm
热分解温度/℃
晶格常数/nm
数值
4.6~5.0
11.39
4.3~4.9
2.0~0.005
≥550
7.129
表3 浮选技术参数Table 3 Technical parameters of flotation
项目
浮选药剂用量㎏/ (kg·t-1 ) (g·t-1 ) *
矿浆pH值
浮选温度/℃
浮选浓度/%
水玻璃
L102
L108*
2# 油*
参 数
1.0~1.2
1.5~1.8
70~100
60~80
7.5~8.5
37~45
33
图1 工艺流程示意图 Fig.1 Flowsheet of process
稀土品位为57.67%、 磁选精矿稀土品位为73.16%、 浮选精矿品位为64.27%; 稀土精矿综合品位和回收率分别为62.00%和83.12%。 第二批矿样给矿品位平均值REO 7.83%, 摇床精矿品位为57.59%、 磁选精矿品位为73.20%、 浮选精矿品位为64.99%, 稀土精矿综合品位和回收率分别为62.13%和85.06%, 稀土回收率比第一批样高2个百分点, 稀土精矿品位与第一批样差不多。
5 分析讨论
5.1 技术路线
粗细分选; 粗粒和中粒氟碳铈矿用物理选矿方法回收, 微细粒群氟碳铈矿用化学选矿方法回收。 主要依据和基本原理: (1) 氟碳铈矿自然结晶粒度粗细不均。 (2) 氟碳铈矿性脆, 自然界容易被风化, 矿石加工时容易“粉化”。 (3) 不同粒径的矿物, 其与选矿相关的物理化学性质 (如形状、 堆比重、 比表面积、 比磁化系数、 比导电系数、 表面电性、 表面能、 可溶性、 热力学性质等) 有较大差异; (4) 粗粒与细粒矿物在流体介质、 磁场, 电场、 矿浆体系中受力及施力 (重力、 磁力、 表面张力、 静电感应力、 动量、 惯性等) 的大小、 状态及其运动轨迹不同; (5) 粗粒与细粒矿物的化学活性也有一定差异。 (6) 矿粒群的粒级范围越窄, 异性矿物之间的上述差异越大, 分选效果越好。 (7) 不同选矿设备和选矿方法有其合适的粒度范国。 因此采用重选-磁选-浮选工艺分别回收粗粒、 中粒、 微细粒氟碳铈矿是科学的方法。
5.2 选矿技术指标
粗细矿粒群分选法避免了已单体解离的稀土矿物产生过粉碎; 同时较好地控制了粒级范围, 利于提高选矿效率, 使选矿效果趋于最佳化, 确保获得高品位、 高收率稀土精矿。 产品指标平衡表 (见表5) 可以看出:两批矿样的磁选精矿品位均在73%以上, 浮选精矿品位大于64%, 浮选作业回收率87.35%~90.31%。 稀土精矿平均品位大于62%, 稀土总回收率83%~85%。
5.3 与国内外同类稀土矿选矿技术指标比较
目前全球正在开采的单一氟碳铈矿有美国的芒廷帕斯稀土矿、 中国的微山稀土矿、 四川攀西地区的稀土矿、 (包头白云鄂博稀土矿是氟碳铈矿、 独居石混合矿型稀土矿, 不属单一氟碳铈矿) 。 表
表4 流程试验结果Table 4 Flowsheet Test results
原矿
摇 床 精 矿
磁 选 精 矿
浮 选 精 矿
综 合 精 矿
REO/
产率/
回收率/
REO/
产率/
回收率/
REO/
产率/
回收率/
REO/
产率/
回收率/
5.52
57.35
4.44
46.11
72.95
1.33
17.50
62.05
1.94
21.81
61.21
7.71
85.50
5.35
58.20
4.07
44.25
73.48
1.24
17.03
66.05
1.68
20.74
62.78
6.99
82.02
5.52
57.49
4.22
43.95
73.08
1.26
16.73
65.02
1.77
20.84
62.15
7.24
81.52
5.46
57.67
4.24
44.78
73.16
1.28
17.15
64.27
1.80
21.19
62.00
7.32
83.12
7.95
57.45
6.49
46.90
72.50
1.90
17.35
62.80
2.75
21.72
61.34
11.14
85.95
7.77
58.05
6.03
45.03
74.05
1.79
17.06
67.50
2.36
20.49
63.03
10.18
82.58
7.78
57.29
5.96
43.89
73.08
1.77
16.52
65.02
3.12
26.07
62.01
10.85
86.48
7.83
57.59
6.16
45.31
73.20
1.82
17.01
64.99
2.74
22.74
62.13
10.72
85.06
表5 选矿产品技术指标和稀土氧化物平衡Table 5Product parameters and REO distribution in flowsheet
序号
产品名称
(REO) /
产率/
(REO)
总回收
作业回收
原 矿
5.46
100.00
5.46
100.00
100.00
1
摇床精矿
57.67
4.24
2.445
44.78
44.78
2
磁选精矿
73.16
1.28
0.936
17.15
65.96
3
浮选精矿
64.27
1.80
1.157
21.19
87.35
4
综合精矿
62.00
7.32
4.538
83.12
5
脱泥矿泥
2.45
25.29
0.620
11.35
6
浮选尾矿
0.65
25.79
0.167
3.07
7
磁选铁矿
4.02
0.27
0.011
0.20
8
废弃脉石
0.30
41.33
0.124
2.26
9
合 计
5.46
100.00
5.46
100.00
原 矿
7.83
100.00
7.83
100.00
100.00
1
摇床精矿
57.59
6.16
3.548
45.31
45.31
2
磁选精矿
73.20
1.82
1.332
17.01
62.81
3
浮选精矿
64.99
2.74
1.781
22.74
90.31
4
综合精矿
62.13
10.72
1.66
85.06
5
脱泥矿泥
3.16
25.43
0.804
10.25
6
浮选尾矿
0.80
23.88
0.191
2.44
7
磁选铁矿
4.11
0.38
0.015
0.20
8
废弃脉石
0.40
39.59
0.159
2.05
9
合 计
7.83
100.00
7.83
100.00
6列出了目前同类稀土矿最佳选矿工艺及其技术指标。
美国采用的稀土选矿方法是高温浮选 (矿浆温度85~90 ℃) 、 强搅拌工艺, 经六次搅拌五次精选获得REO60%~63%、 回收率65%~70%氟碳铈矿精矿, 浮选流程长, 能耗高。 微山稀土矿采用全浮选流程, 用羟肟酸捕收剂, 经一次粗选四次精选可获得REO69.55%、 回收率64.47%的实验室指标。 德昌大陆槽稀土采用磁选—重选流程, 获得REO51.08%、 回收率78.11%实验室指标和REO50%~52%、 回收率35%~40%的工业生产指标
[5 ,6 ,7 ,8 ,9 ]
。 本工艺采用粗细分选方法, 重选-磁迭-浮选联合流程可获得REO≥62%, 回收率80%~85%的工业规模试验指标, 其中浮选作业只需一次选别则可获得REO62%~67%、 浮选作业回收率85%~90%的浮选精矿。
表6 与同类选矿工艺、 技术指标比较 (* 选矿厂试生产指标; **浮选作业指标) Table 6 Comparison with other processes
稀土矿
选矿方法浮选次数
原矿 (REO) /%
精矿 (REO) /%
稀土回收率/%
文献
美国芒廷帕斯稀土矿
高温浮选 一粗五精
7.2~10.50
60~63.0
65~70
《稀士》上册 1995. 314
山东微山稀土矿
羟肟酸浮选 一粗四精
5.12
69.55
64.47
[2]
德昌大陆槽稀土矿
磁选-重选
5.08
51.08 (50~52) *
78.11 (35~40) *
[5]
牦牛坪稀土矿
粗细分选、 重选-磁选-浮选, 一次浮选
5.0~5.5
≥62 (62~70) **
80~85**
本项目6批矿石平行
参考文献
[1] ] 池汝安, 王淀佐. 稀土选矿与提取技术[M].北京:科学出版社, 1996.129.
[2] 曾兴兰, 李芳积. 氟碳酸盐稀土矿的选矿[J].中国稀土学会学术年会论文集, 1994, 8:152.
[3] 李芳积, 曾兴兰. 攀西地区氟碳铈矿选矿工艺研究[J].上海第二工业大学学报, 1999, 16 (1) :1.
[4] 李芳积, 曾兴兰. 细粒稀土矿物浮选研究[J].上海第二工业大学学报, 2000, 17 (2) :1.
[5] 曾兴兰, 李芳积. 微山稀土矿选矿工艺研究[J].上海第二工业大学学报, 1991, 8 (2) :47.
[6] 张宗华, 罗长青, 杨得坤, 等. 德昌大陆槽稀土矿选矿试验研究[J].稀土, 1998, 19 (5) :1.
[7] 汪 中, 车丽萍. 我国氟碳铈矿浮选研亢究新进展[J].稀土, 1991, 12 (4) :42.
[8] 赵春辉, 陈宏超, 岳学晨. 新型浮选药剂LF 8、LF 6在稀土选矿生产中们的应用[J].稀土, 2000, 21 (3) :1.
[9] 徐金球, 徐晓军. 新型捕收剂2羟基1萘甲醛肟的合成及其在稀土矿石、浮选中的应用[J].国外金属矿选矿, 2001, 5:38.
