简介概要

湖北某低品位稀土矿石选矿试验研究

来源期刊：稀有金属2018年第12期

论文作者：向俊车小奎郑其王雷王雷赵航

文章页码：1316 - 1322

关键词：稀土矿;氟碳铈矿;独居石;浮选;

摘要：湖北省某低品位稀土矿物质组成复杂,矿石中主要有价成分为稀土和铌。稀土矿物主要以氟碳铈矿、独居石为主,且嵌布粒度十分细微,造成稀土较难分选。根据此稀土矿石的特点及其赋存状态,确定了单一浮选的选矿工艺流程,重点进行了磨矿细度、浮选捕收剂、增效剂、抑制剂等条件试验,最终确定磨矿细度-74μm含量占96%,预先除杂,粗选抑制剂为水玻璃,捕收剂为H205,捕收剂增效剂为BYA,起泡剂为2#油,扫选抑制剂为水玻璃,捕收剂为H205,精选抑制剂为BYD,捕收剂为H205的"两粗一扫六精"的闭路浮选工艺流程,获得了较好的稀土浮选指标,精矿REO品位49. 10%,回收率51. 77%,实现了稀土的有效回收。最后,还针对稀土尾矿进行了铌回收的试验研究,结果表明,该矿石中铌矿物嵌布粒度极细,分布不均一,且共伴生情况复杂,从而导致铌精矿品位和回收率都很难提高,无法达到回收目的。

网络首发时间: 2017-05-04 10:50

稀有金属 2018,42(12),1316-1322 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.xy17030019

湖北某低品位稀土矿石选矿试验研究

向俊车小奎郑其王雷邓巧娟赵航

北京有色金属研究总院稀有金属冶金材料研究所

摘要：

湖北省某低品位稀土矿物质组成复杂, 矿石中主要有价成分为稀土和铌。稀土矿物主要以氟碳铈矿、独居石为主, 且嵌布粒度十分细微, 造成稀土较难分选。根据此稀土矿石的特点及其赋存状态, 确定了单一浮选的选矿工艺流程, 重点进行了磨矿细度、浮选捕收剂、增效剂、抑制剂等条件试验, 最终确定磨矿细度-74μm含量占96%, 预先除杂, 粗选抑制剂为水玻璃, 捕收剂为H205, 捕收剂增效剂为BYA, 起泡剂为2#油, 扫选抑制剂为水玻璃, 捕收剂为H205, 精选抑制剂为BYD, 捕收剂为H205的“两粗一扫六精”的闭路浮选工艺流程, 获得了较好的稀土浮选指标, 精矿REO品位49. 10%, 回收率51. 77%, 实现了稀土的有效回收。最后, 还针对稀土尾矿进行了铌回收的试验研究, 结果表明, 该矿石中铌矿物嵌布粒度极细, 分布不均一, 且共伴生情况复杂, 从而导致铌精矿品位和回收率都很难提高, 无法达到回收目的。

关键词：

稀土矿;氟碳铈矿;独居石;浮选;

中图分类号： TD955

作者简介：向俊 (1990-) , 男, 湖南娄底人, 硕士研究生, 研究方向:有色金属选矿工艺;E-mail:1096436866@qq.com;;*车小奎, 教授;电话:010-82241301;E-mail:xk197909@sina.com;

收稿日期：2017-03-10

基金：国家科技部高技术研究发展计划 (863计划) 项目 (2013AA065703) 资助;

Experimental Research on Mineral Processing Technology for a Low Grade Rare Earth Ore in Hubei

Xiang Jun Che Xiaokui Zheng Qi Wang Lei Deng Qiaojuan Zhao Hang

Rare Metal Metallurgical Materials Research Institute, General Research Institute for Nonferrous Metals, Beijing

Abstract：

The composition of low grade rare earth ore in Hubei was very complicated, whose main valuable components were rare earths and niobium. The rare earth minerals were mainly composed of bastnaesite and monazite. The mosaic size of rare earth ore was quite fine, as a result, it was rather difficult to successfully separate them. Given rare earth ore's unique characteristics and occurrence state, the single flotation process was established. Lots of tests for the flotation technical condition were conducted in the laboratory, especially the appropriate grinding fineness and optimum flotation reagent system, such as the dosage and types of collector, synergistic and inhibitors etc. The beneficiation process of low grade refractory rare earth ore showed that the efficient separation could be obtained under the condition of the grinding fineness was-74 μm 96%, removing impurity in advance. At roughing stage using water glass as inhibitors, H205 as collector, BYA as synergist and 2#oil as foaming agent, at scavenging stage using sodium silicate as inhibitors, and H205 as collector, at cleaning stage choosing BYD as inhibitors and H205 as collector, a closed-circuit flowsheet of“two roughing, one scavenging, six cleaning”was adopted. In these processes, the effective enrichment of rare earth ore was achieved when the grade and recovery rate in concentrate was 49. 10% and 51. 77% respectively. Additionally, in rare-earth tailings the recycling research of niobium ore was explored. It was found that niobium was disseminated in very fine grain size, scattered unevenly and associated intricately, leading to the difficulty to improve niobium concentrate grade and recovery rate. Thus, under present laboratory experiments, the effective beneficiation of niobium ore in rare-earth tailings could not be achieved.

Keyword：

rare-earth ore; bastnasite; monazite; flotation;

Received： 2017-03-10

稀土被誉为新世纪高科技及功能材料的宝库, 被称为现代工业的维生素 ^[1,2] 。稀土元素在现代高新科技、军事国防、新能源、新材料等领域发挥着至关重要的作用 ^[3,4,5] 。世界稀土资源主要集中在中国、澳大利亚、俄罗斯、美国、巴西、加拿大和印度 ^[6,7] , 其中我国是世界上稀土资源最丰富的的国家 ^[8] 。初步查明, 含稀土的矿物有250多种, 最主要的稀土矿物包括氟碳铈矿[ (Ce, La) (CO₃) F]、独居石[ (Ce, La, Nd, Th) PO₄]以及离子吸附型稀土、磷钇矿、磷灰石矿、褐帘石 ^{[9,10,11,12,13]} 。

湖北某庙娅铌-稀土矿体储量大、矿石类型复杂, 属于含稀土、铌矿物的蚀变碳酸盐与正长岩的混杂矿石。为氟碳铈矿和独居石型轻稀土, 分离富集难度大, 一直没有得到很好的开发利用。对于微细粒稀土, 浮选是最主要的选矿方法 ^[14] , 本文将根据此矿石的性质, 着重进行浮选回收试验研究。

浮选药剂的选择对浮选起着至关重要的作用 ^[15] 。稀土矿的捕收剂主要包括羟肟酸类、芳烃酰胺类、烷基膦酸脂类、芳烃膦酸类、烷基羧酸类和芳烃羧酸类, 应用最为广泛的有C_5-9烷基异羟肟酸、H₂₀₅、H316、苯乙烯磷酸、油酸、氧化石蜡皂、AM、AN等 ^[16,17,18] 。而稀土矿的抑制剂主要有水玻璃、羧甲基纤维素、明矾、柠檬酸、氟硅酸钠等。

根据矿石性质研究结果发现原矿中有价矿物为稀土和铌矿物, 本研究旨在通过大量条件试验, 探索出能够有效回收原矿中稀土和铌矿物, 适合此类矿物的药剂制度及选矿工艺, 为该类矿石的回收提供有效的理论依据和技术指导。

1 实验

1.1 矿样

矿石中稀土矿物主要为氟碳铈矿、独居石, 其次为氟碳钙铈矿, 少量铌易解石。脉石矿物主要有长石、方解石、铁白云石、石英、萤石, 其次有绢云母、褐铁矿、碳质、黑云母、磷灰石、白霞石、绿帘石, 金属矿物为黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、磁黄铁矿。该矿为含稀土、铌的正长岩-碳酸岩型矿床, 碳酸岩型矿石具他形晶粒结构, 块状构造, 主要为铁碳酸盐矿物, 其次为石英和云母, 含有少量碳质。正长岩型矿石具中粒半自形结构, 块状构造, 成分主要为长石, 次为云母、白霞石等。稀土与铌矿物成浸染状、细脉浸染状分布于方解石、长石、石英等矿物颗粒间或裂隙中。有价矿物粒度相差悬殊, 分布不均匀。矿物间互相交织嵌生, 或连生, 或互为包体。矿样化学多元素分析结果如表1所示, 稀土分量化学分析结果如表2所示。

由化学多元素分析结果可知, 矿石中主要有价成分为稀土和铌, 稀土品位REO 0.61%, CeO₂含量0.29%。由稀土配分可知, 该矿属于以La, Ce, Pr, Nd为主的轻稀土。由化学物相分析可知, 稀土矿物以氟碳酸盐为主, 占94%以上, 其次独居石占4%左右。

表1 原矿化学多元素分析结果Table 1Chemical analysis of multi-elements of raw ore (%) 下载原图

表1 原矿化学多元素分析结果Table 1Chemical analysis of multi-elements of raw ore (%)

表2 稀土分量化学分析结果Table 2 Chemical composition of rare earth of head sam-ple (%) 下载原图

表2 稀土分量化学分析结果Table 2 Chemical composition of rare earth of head sam-ple (%)

1.2 药剂

本文中捕收剂主要考察了H₂₀₅、氧化石蜡皂、四川捕收剂及H₂₀₅+氧化石蜡皂组合捕收剂的影响, 捕收剂增效剂考察了BYA以及BYAH两种, 粗选抑制剂选择水玻璃, 精选抑制剂为BYD。

1.3 方法

本文重点进行了以浮选为主的工艺研究, 进行粗选和精选条件试验, 探索磨矿细度和捕收剂、增效剂、抑制剂的种类和用量等因素对浮选效果以及稀土富集规律的影响。条件试验优劣的对比以精矿中CeO₂品位和Ce回收率为依据。并根据稀土尾矿中铌赋存特征, 进行了“强磁选-重选-焙烧磁选-酸洗”的联合选矿工艺探索铌的回收情况。

2 结果与讨论

2.1 浮选粗选试验

2.1.1 磨矿细度试验

稀土矿物结晶粒度微细, 难以单体解离。磨矿细度将严重影响浮选指标, 合理的磨矿细度对于稀土矿物与脉石矿物的分离至关重要。为了确定最佳的磨矿细度, 试验固定pH值调整剂NaOH用量1200 g·t^-1 (矿浆pH=9) , 抑制剂水玻璃用量800 g·t^-1, 捕收剂H₂₀₅用量600 g·t^-1, 捕收剂增效剂BYA用量150 g·t^-1, 起泡剂2^#油用量20 g·t^-1。磨矿细度对稀土浮选指标的影响试验结果见图1。

由图1可知, 随着磨矿细度的增加, Ce回收率逐渐增加, 当磨矿细度-74μm占96%以上, Ce回收率基本保持不变;而随着磨矿细度的增加, CeO₂品位先逐渐增加, 当磨矿细度达到-74μm占96%以上时, CeO₂品位随磨矿细度的增加急剧下降, 所以选择适宜的磨矿细度为-74μm占96%。

2.1.2 粗选捕收剂试验

固定磨矿细度为-74μm占96%, NaOH用量1200 g·t^-1, 抑制剂水玻璃用量600 g·t^-1, 起泡剂2^#油用量20 g·t^-1。在H₂₀₅、氧化石蜡皂、四川捕收剂及H₂₀₅+氧化石蜡皂前期试验探索的较佳用量下进行捕收剂种类对比试验, 试验用量分别为800, 100, 100及 (1000+80) g·t^-1, 试验结果见图2。

由图2可知, 粗选捕收剂选用单一H₂₀₅效果较好, 此时Ce回收率较高, 且CeO₂品位最高。可见, H₂₀₅对稀土矿的选择性较好, H₂₀₅的使用有利于精矿品位的提高。

接下来, 在适当的捕收剂用量范围进行了捕收剂H₂₀₅用量探索试验, 用量分别固定在300, 600, 800, 1000 g·t^-1。试验结果如图3所示。

图1 磨矿细度试验结果Fig.1 Test results of griding fineness

图2 捕收剂种类试验结果Fig.2 Test results of collector types

图3 捕收剂用量试验结果Fig.3 Test results of collector dosage

由图3可知, 随着捕收剂用量的增加, 稀土粗精矿Ce回收率先增加后基本保持不变, 而粗精矿CeO₂品位却先提高后降低, 最适宜的粗选捕收剂H₂₀₅用量为600 g·t^-1。

2.1.3 捕收剂增效剂试验

虽然H₂₀₅对稀土矿物的选择性较好但是捕收能力较弱, 故进一步探索了两种增效剂BYA和BYAH对捕收剂H₂₀₅的增强效果。固定磨矿细度为-74μm占96%, 粗选NaOH用量1200 g·t^-1, 水玻璃用量600 g·t^-1, H₂₀₅用量600 g·t^-1, 2^#油用量20 g·t^-1。两种增效剂对H₂₀₅的增强效果, 试验结果如图4所示。

由试验结果可以看出, 增效剂的适当使用能明显提高选矿指标, 但用量过大会使CeO₂品位大大降低。比较两种增效剂, 采用BYA能提高粗精矿CeO₂品位, 同时回收率接近90%;而采用BYAH虽然能大幅提高粗精矿CeO₂品位, 但Ce回收率偏低。因此, 粗选捕收剂增效剂选用BYA, 用量为300 g·t^-1时效果最佳。

图4 增效剂种类及用量试验结果Fig.4 Test results of synergists types and dosage

2.1.4 抑制剂用量试验

固定磨矿细度为-74μm占96%, NaOH用量为1200 g·t^-1, H₂₀₅用量为600g·t^-1, BYA用量为300 g·t^-1, 2^#油用量为20g·t^-1, 抑制剂水玻璃用量对稀土浮选的影响试验结果如图5所示。

由图5可以看出, 在水玻璃用量少于450g·t^-1时, CeO₂品位和Ce回收率随用量的增加而增加, 当用量大于450 g·t^-1后CeO₂品位和Ce回收率急剧降低。故选择粗选抑制剂水玻璃用量为450 g·t^-1比较适宜。

2.1.5 预先除杂对比试验

矿样含有碳质及硫化矿等易浮矿物, 粗选时会优先进入粗精矿, 严重影响精选作业, 不利于精矿品位的提高。因此, 考虑将易浮矿物先浮出后再进行稀土浮选, 考察能否改善稀土浮选效果及效率。

图5 抑制剂用量试验结果Fig.5 Test results of inhibitors dosage

固定磨矿细度-74μm占96%, 除杂浮选煤油用量10 g·t^-1, 2^#油用量为20 g·t^-1, 反浮选去除泡沫产品, 然后进行四次精选, 其中NaOH用量1200 g·t^-1, 水玻璃用量450 g·t^-1, H₂₀₅用量600g·t^-1, BYA用量300 g·t^-1, 2^#油用量为20 g·t^-1, 考察精矿质量。不除杂流程, 除了没有反浮选除杂作业以外, 其他与除杂流程一致。两种流程试验结果对比如图6所示。

除杂流程中, 除杂产品中稀土损失约3%, 但是, 由图6的试验结果可知, 除杂后精矿中Ce回收率、CeO₂品位更高。经过除杂处理, 精选富集比更大, 说明除杂对精选有利。所以, 确定在粗选之前增加初步的浮选除杂, 有利于精矿产品品质的提高。

2.2 精选条件试验

根据粗选试验结果, 浮选对稀土矿物富集效果较好。接下来针对除杂后的一次粗选精矿, 进行了精选捕收剂用量和抑制剂种类及用量条件探索试验。

2.2.1 精选捕收剂用量试验

采用BYD作为精选抑制剂, H₂₀₅作为精选捕收剂进行精选试验, 固定BYD用量200 g·t^-1, H₂₀₅用量试验结果如图7所示。

由图7可以发现, 随着捕收剂用量的增加, Ce回收率明显增加, 但CeO₂品位也会随之下降。当捕收剂H₂₀₅用量超过400 g·t^-1时Ce回收率增加缓慢, 而CeO₂品位下降明显。因此试验确定精选捕收剂H₂₀₅用量为400 g·t^-1。

图6 除杂与不除杂试验对比结果Fig.6 Test results of removing impurity with or without remo-ving impurity

图7 精选捕收剂用量试验结果Fig.7 Test results of collector dosage

2.2.2 精选抑制剂试验

固定精选捕收剂H₂₀₅用量为400 g·t^-1。采用水玻璃和BYD作为精选抑制剂进行对比试验, 试验结果如图8所示。

由图8结果, 比较水玻璃和BYD两种抑制剂用量对浮选精矿的影响, 可以看出, 在使用水玻璃做抑制剂时, 随着用量的增加, Ce O₂品位基本保持不变, 而Ce回收率急剧下降。使用BYD做抑制剂时, Ce O₂品位缓慢增加, 而Ce回收率在用量小于400g·t^-1时基本保持不变, 大于400 g·t^-1时急剧下降, 确定适宜的精选抑制剂为BYD用量400 g·t^-1。

图8 精选抑制剂种类及用量试验结果Fig.8 Test results of inhibitors types and dosage

2.3 浮选闭路试验

在条件试验的基础上, 进行了全流程闭路试验, 其中多次精选时药剂用量逐步减半, 流程如图9所示, 试验结果如表3。从表3的试验结果可以发现, 在磨矿细度-74μm含量占96%, 预先除杂, “两粗一扫六精”的单一浮选流程, 可获得产率0.63%, REO品位49.10%, 回收率51.77%的精矿。

图9 浮选闭路试验流程Fig.9 Flowsheet of closed-circuit test

表3 闭路流程试验结果Table 3 Results of closed-circuit test (%) 下载原图

表3 闭路流程试验结果Table 3 Results of closed-circuit test (%)

2.4 铌回收情况介绍

该矿石中含Nb₂O₅0.079%, 铌矿物主要是铌铁矿、铌金红石。铌铁矿呈薄板状集合体, 板长0.1~2.5 mm, 粒径0.005~0.030 mm, 晶形特征与赤铁矿相似, 分布不均一, 在岩石裂隙及孔隙中较富集, 零星见于岩石中。铌金红石显微柱状、粒状、针状, 粒径0.005~0.030 mm, 局部见于石英、云母分布的裂隙中, 部分与微粒状铌铁矿连生, 局部见于硅化石英晶粒间隙。从上述矿石性质分析判断, 该矿石中的铌将较难回收。

稀土尾矿中Nb₂O₅品位0.080%, 对该部分铌进行回收试验。其中主要含铌矿物铌铁矿和铌金红石具有弱磁性, 因此考虑强磁选初步富集, 去除非磁性脉石矿物。且主要含铌矿物密度大, 重选可与大部分脉石矿物分离。但与黄铁矿、磁黄铁矿等密度相近矿物较难分离, 仅通过物理选矿方法不能完全除去碳酸盐、硅酸盐等脉石矿物, 考虑通过酸洗的方式进一步富集铌矿物, 脉石溶于酸液, 铌矿物进入渣相。综合考虑, 采用“强磁选-重选-焙烧磁选-酸洗”的工艺流程, 如图10所示, 试验结果如表4所示。

通过“强磁选-重选-焙烧磁选-酸洗”的选铌流程, 可获得Nb₂O₅品位5.961%, 对矿总回收率为23.31%的铌精矿, 但品位和回收率都较低, 富集效果不理想。综合分析, 该矿石中铌矿物嵌布粒度极细, 分布不均一, 与铁矿物连生紧密, 共伴生情况复杂, 自由表面较少, 可能是导致铌精矿品位和回收率都很难提高的原因。