简介概要

某钾长石英岩型铌钽矿的综合利用研究

来源期刊：稀有金属2014年第3期

论文作者：宋翔宇唐志中徐靖周新民高志

文章页码：502 - 508

关键词：稀有金属;钾长石;铌钽矿;

摘要：针对某钾长石英岩型铌钽稀有金属矿,进行了详尽的工艺矿物学研究,查明金属矿物主要是赤铁矿,钛铁矿等;脉石矿物主要为钾长石、石英、云母等。钽铌铁矿以微细粒状态存在,大部分包裹于赤铁矿中。根据矿石性质并从可经济利用角度考虑,采用"强磁-反浮回收赤铁矿"+"磁选尾矿脱泥-反浮回收钾长石"工艺流程,回收了其中的铌钽、钾长石、赤铁矿、石英等矿物,提高矿床利用的经济可行性,为矿床勘探评价与开发利用提供科学依据。采用"强磁-反浮选"流程处理TFe品位为5.70%的原矿,得到的赤铁矿精矿TFe品位为60.51%,Nb2O5品位1009.79 g·t-1,Ta2O5品位147.32 g·t-1,TFe回收率为70.03%,Nb2O5回收率23.53%,Ta2O5回收率35.79%。强磁选尾矿再经过"脱泥+反浮选"工艺流程获得了长石精矿,长石精矿中K2O品位12.18%、回收率为75.29%。长石精矿中杂质氧化铁和氧化钛含量小于0.2%,该长石精矿符合行业标准（JC/T859-2000）中的一等品等级。赤铁矿精矿符合炼钢用铁矿石质量要求二级品。铌钽在赤铁矿精矿中富集,达到了综合回收的目的。

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网络首发时间: 2013-12-27 14:40

稀有金属 2014,38(03),502-508 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2014.03.023

某钾长石英岩型铌钽矿的综合利用研究

宋翔宇唐志中徐靖周新民高志

河南省岩石矿物测试中心,河南省矿物加工与生物选矿工程技术研究中心

河南省岩石矿物测试中心河南省矿物加工与生物选矿工程技术研究中心

摘要：

针对某钾长石英岩型铌钽稀有金属矿, 进行了详尽的工艺矿物学研究, 查明金属矿物主要是赤铁矿, 钛铁矿等;脉石矿物主要为钾长石、石英、云母等。钽铌铁矿以微细粒状态存在, 大部分包裹于赤铁矿中。根据矿石性质并从可经济利用角度考虑, 采用“强磁-反浮回收赤铁矿”+“磁选尾矿脱泥-反浮回收钾长石”工艺流程, 回收了其中的铌钽、钾长石、赤铁矿、石英等矿物, 提高矿床利用的经济可行性, 为矿床勘探评价与开发利用提供科学依据。采用“强磁-反浮选”流程处理TFe品位为5.70%的原矿, 得到的赤铁矿精矿TFe品位为60.51%, Nb2O5品位1009.79 g·t-1, Ta2O5品位147.32 g·t-1, TFe回收率为70.03%, Nb2O5回收率23.53%, Ta2O5回收率35.79%。强磁选尾矿再经过“脱泥+反浮选”工艺流程获得了长石精矿, 长石精矿中K2O品位12.18%、回收率为75.29%。长石精矿中杂质氧化铁和氧化钛含量小于0.2%, 该长石精矿符合行业标准 (JC/T859-2000) 中的一等品等级。赤铁矿精矿符合炼钢用铁矿石质量要求二级品。铌钽在赤铁矿精矿中富集, 达到了综合回收的目的。

关键词：

稀有金属;钾长石;铌钽矿;

中图分类号： TD98

作者简介：宋翔宇 (1971-) , 男, 河南西平人, 博士研究生, 教授级高级工程师, 研究方向:矿物加工工艺、微生物冶金等;电话:13673616299;E-mail:sxy5268@163.com;

收稿日期：2013-07-10

基金：河南省国土资源科研资金项目 (豫财招标[2010]61-20) 资助;

Comprehensive Utilization of a Potassium Feldspar and Quartzite Type of Niobium-Tantalum Ore

Song Xiangyu Tang Zhizhong Xu Jing Zhou Xinmin Gao Zhi

Henan Province Rock & Minerals Testing Center, Mineral Processing and Bioengineering Technology Research Center of Henan Province

Abstract：

The process mineralogy of a complex niobium-tantalum ore interlocked feldspar and quartz minerals was studied. It showed that Nb, Fe and feldspar could be recovered from the complex ore. The main metallic minerals were hematite and ilmenite, and the gangue minerals were potassium feldspar, quartz, mica. Tantalum-niobite existed in the fine grain state, most of them wrapped in hematite. These minerals were finely disseminated and had a complex occurrence relationship in the ore. According to the nature of the ore and the perspective of economic use, a proper beneficiation process was determined. The beneficiation process contained two parts, one was recovering hematite by high intensity magnetic separation-reverse flotation, the other was recovering potash feldspar by deslimingreverse flotation. In this experiment, the potash feldspar concentrate was obtained with K2O 12. 18% and recovery 75. 29%; the Hematite concentrate was updated with iron grade 60. 51% and recovery 70. 03%, the hematite concentrate containing Nb2O51009. 79 g·t- 1and recovery 23. 53%, the hematite concentrate containing Ta2O5147. 32 g·t- 1and recovery 35. 79%. The niobium-tantalum ores enriched in the hematite concentrate for the comprehensive recovery. The content of Fe2O3and TiO2was less than 0. 2%, and feldspar concentrates was in line with the first grade of the industry standard ( JC /T859-2000) . The hematite concentrate met the requirements of steelmaking with iron ore quality second grade. The study improved the economic viability of the use of mineral deposit and provided the basis for evalution and utilization of the mineral deposit.

Keyword：

rare metals; potassium feldspar; niobium-tantalum ore;

Received： 2013-07-10

铌和钽作为稀有金属资源具有熔点高 (钽为2996℃, 铌为2468℃) 、延性好、蒸气压低、耐蚀性强和热导率高等优良特性, 是电子、原子能、宇宙航行、钢铁、化工等工业的重要原料^[1]。

铌、钽共生密切, 它们的物理性质、化学性质、地球化学性质以及矿物学性质等, 都有许多类似之处, 因而常在同一矿物中出现。所有的铌矿物中都含有钽, 钽的矿物中都含有铌, 只是有主次之分。铌在地壳中平均质量分数为20×10^-6, 钽2×10^-6, w (Nb) /w (Ta) 值为10。铌、钽在主要岩浆岩和主要沉积岩都有不同程度的分布, 其中在花岗岩中含量较高^[1,2]。

国外钽铌储量分别为Ta₂O₅306.48 kt, Nb₂O₅32459 kt, 钽储量较大的国家主要是前苏联、澳大利亚、法国、埃及和泰国等。近十年来, 有些国家加强了钽资源的勘探, 尤其钽原料的生产矿山大力开展钽的勘探, 保证了钽原料的生产和供应。

我国铌钽矿产资源有以下主要特点^[2,3,4]: (1) 分布高度集中;铌矿分布在15个省区, 依次为:内蒙古占72.1%, 湖北占24.0%, 两省区合计占96.1%;其次为广东、江西、陕西、四川、湖南、广西、福建, 以及新疆、云南、河南、甘肃、山东、浙江等。 (2) 单一矿床少, 共伴生矿床多, 综合利用价值大。我国铌、钽矿经勘探表明大部分是综合性矿床, 其储量以共伴生矿床为主。 (3) 品位低, 储量大。

经对河南某地区1∶1万地质简测和工程揭露, 发现了赋存于大红口组白云钾长片岩、钾长变粒岩、黑 (二) 云钾长石英片岩中的含铌钽的矿体。矿体铌钽含量不均, 一般含量在0.015%~0.030%, (Nb+Ta) ₂O₅平均含量0.034%。经资源量初步估算, (Nb+Ta) ₂O₅ (334) 金属量3.84万吨。

本文以该矿区矿石的详细工艺矿物学研究为依据, 采用“强磁-反浮回收赤铁矿”+“磁选尾矿脱泥-反浮回收钾长石”工艺流程, 综合回收了其中的铌钽、钾长石、赤铁矿、石英等矿物, 提高了矿床利用的经济可行性, 为矿床勘探评价与开发利用提供科学依据。

1原矿性质

1.1化学成分

原矿主要化学成分分析结果见表1。

1.2矿石鉴定

矿石自然类型以赤铁矿化花岗片麻岩为主, 赤铁矿化白云钾长片麻岩次之, 绢云母化钾长片麻岩、高岭石化钾长片麻岩、斜长片麻岩及二云二长片麻岩少量, 偶见石英脉。

经近光片、薄片以及重砂鉴定^[5,6], 参考X射线衍射分析等结果, 该矿样组成矿石的矿物种类约10余种。金属矿物以赤铁矿 (包括钛赤铁矿) 为主, 占矿物总量7%, 且与铌钽铁矿关系甚为密切;钛铁矿次之, 含量2%;磁铁矿 (包括钛磁铁矿) 、褐铁矿、铌铁矿少量或微量。本次选矿回收的有用矿物重点为铌铁矿, 其次为赤铁矿等。铌铁矿含量属微量。脉石矿物以钾长石 (包括微斜长石和条纹长石) 为主, 含量60%;石英次之, 含量20%, 其他矿物白云母、绢云母、黑云母、高岭石等少量。磷灰石微量, 磷钇矿、独居石、锆石仅在个别薄片中可见。

其结构主要有:它形晶粒状结构、自形-半自形晶粒状结构、鳞片粒状变晶结构、包含结构、聚粒状结构、碎裂结构, 以及交代结构等。

构造主要有:稀疏星散状构造、稀疏浸染状构造、片麻状构造等。

铌铁矿在矿石中分布极不均匀, 多呈它形粒状, 少量为自形~半自形板柱状。铌铁矿主要与赤铁矿相关 (以包裹铌铁矿为主, 连生者次之) , 其次与石英、钾长石、钛铁矿、磁铁矿、云母 (包括白云母、绢云母、黑云母) 、高岭石等矿物相关。与赤铁矿相关的铌铁矿 (包括包裹及连生) 相对含量为58.03%。与钾长石连生或充填其裂隙或被包裹的铌铁矿相对含量占23.19%。与石英连生或充填其裂隙或被包裹的铌铁矿相对含量占16.68%。与其他矿物或连生或包裹的铌铁矿相对含量较少。铌铁矿在矿石中的嵌布状态有:粒间型铌铁矿、裂隙型铌铁矿和包裹型铌铁矿3种, 其中以包裹型铌铁矿、尤其赤铁矿包裹铌铁矿为主。

表1 原矿主要化学成分分析结果 (%) Table 1 Analysis results of major chemical composition of run-of-mine ore (%) 下载原图

表1 原矿主要化学成分分析结果 (%) Table 1 Analysis results of major chemical composition of run-of-mine ore (%)

2结果与讨论

2.1铌铁矿回收试验

铌铁矿常规回收方法有重选^[7,8]、磁选^[9,10]、浮选^[11,12,13]和电选^[14]、湿法浸出^[15,16]及其联合流程^[17,18]。针对该样品, 作者分别做了铌铁矿重选、铌铁矿磁选、铌铁矿重-磁联选、铌铁矿磁-浮联选、铌铁矿磁选-焙烧-磁选、铌铁矿磁选-焙烧-浸出等工艺流程的试验研究。结果表明, 铌铁矿磁选-焙烧-浸出等工艺流程的实验结果最好。其流程见图1, 结果如表2。

从表2可以看出, 经过磁选精矿焙烧-浸出后, 铌铁矿Nb₂O₅品位达到了0.9451%, Ta₂O₅品位达到了0.0676%, 较之前选矿流程铌铁精矿品位都有了较大提高, 但仍未能达到有效富集的目的。另外此流程成本较高、环境污染严重, 虽较其他流程精矿品位有较大提高, 但对于流程的选择仍然不是首选。

图1 铌铁矿磁选-焙烧-浸出试验流程Fig.1 Magnetic separation-roasting-leaching flowsheert for ni-obium-tantalum ores

表2 铌铁矿磁选-焙烧-浸出试验流程结果Table 2Test result of magnetism process-roasting-leac-hing for niobium-tantalum ores 下载原图

表2 铌铁矿磁选-焙烧-浸出试验流程结果Table 2Test result of magnetism process-roasting-leac-hing for niobium-tantalum ores

原因分析:

(1) 铌铁矿嵌布状态。铌铁矿主要的嵌布状态以包裹型铌铁矿为主占66.90%, 尤其赤铁矿包裹铌铁矿为主占61.31%, 另外石英、钾长石包裹铌铁矿占5.59%, 包裹型铌铁矿较难与其载体矿物单体解离。由工艺矿物学照片可以看出, 赤铁矿包裹铌铁矿呈筛状变晶结构, 铌铁矿边缘不齐整, 单体解离困难。

(2) 铌铁矿嵌布粒度。由铌铁矿粒度分布统计结果可以看出, 按近似面积含量计算, 铌铁矿则以-0.043~+0.01 mm为主, 占62.37%;-0.010~+0.001 mm粒级次之, 占33.51%, 铌铁矿嵌布粒度过细, 导致了铌铁矿回收困难。

(3) 该矿区中铌铁矿与赤铁矿共生关系密切, 赤铁矿含量较高。首先赤铁矿与铌铁矿比重相近, 铌铁矿与赤铁矿等降比<1.5, 难以将两者用重选方法分离。其次赤铁矿与铌铁矿都具有电磁性, 而其电磁性差异较小, 磁、电选也很难将其分离。再次铌铁矿是铁、锰、铌氧化物, 呈类质同象系列, 与赤铁矿可浮性相似, 浮选也很难将其两者分离。

综上所述, 该矿区铌铁矿在目前的选矿技术条件下, 不能以单独精矿形式回收利用。探索矿石综合利用工艺, 使铌钽矿在综合回收铌钽、钾长石、赤铁矿、石英等矿物中富集, 达到回收利用的目的。

2.2赤铁矿回收试验

赤铁矿具有弱磁性, 本次试验通过强磁选对赤铁矿进行初步富集, 强磁选可抛尾80%~90%, 且尾矿品位较低。应用高效捕收剂的反浮选可以得到较高的精矿品位和较高的回收率^[19]。如两种方法能合理搭配, 能够得到较佳效果。

2.2.1赤铁矿二段磨矿试验

结合原矿石含铁低的特点, 在粗磨条件下抛出尾矿, 粗精矿再磨反浮选得最终精矿, 这种工艺优点是减少了约80%~90%的二段再磨矿量, 药剂用量大幅减少, 这对于降低生产成本非常有利。配置流程结构的最大原则应是能及时抛尾, 能及时得精则得精, 最大限度地减少物料在生产过程中地循环过程, 以提高回收率和降低生产成本^[20]。

由图2可以看出, 随着磨矿细度的增加, 矿物单体解离度增加, 浮选精矿的品位不断升高。磨矿细度的增加, 造成部分赤铁矿过磨, 影响了回收率, 所以精矿回收率随着磨矿细度的不断增加, 呈下降的趋势, 综合考虑精矿的品位和回收率选择-0.045 mm占70%。

2.2.2赤铁矿精选石灰用量条件试验

铁矿石反浮选中Ca O是硅质脉石矿物的有效活化剂, 来源广, 价格低廉。考察不同石灰用量对赤铁矿精矿品位和回收率的影响, 石灰用量与精矿品位与回收率试验结果见图3。

随着石灰用量的增加, 精矿铁品位不断增加, 回收率逐渐下降, 下降的幅度较小。当石灰用量较低时, 铁精矿品位较低, 部分脉石矿物没有得到充分的活化, 使得部分脉石矿物未能被捕收剂捕收上来。当石灰用量增加到2800 g·t^-1时, 泡沫变粘稠, 扫选困难, 药剂选择性下降, 导致了品位较低。

图2 二段磨矿细度对赤铁矿精矿品位与回收率的影响Fig.2Influence of secondary grinding fineness on grade and recovery of hematite concentrate

图3 石灰用量对赤铁矿精矿品位和回收率的影响Fig.3Influence of dosage of lime on grade and recovery of hematite concentrate

2.2.3赤铁矿精选淀粉用量条件试验

可作为铁矿物抑制的药剂品种很多, 其中玉米淀粉是常用的抑制剂, 它的选择较好, 来源广泛。如图4所示, 随着淀粉用量的增加, 精矿铁品位不断下降, 回收率不断增加。当淀粉用量较小时, 浮选泡沫量较大, 部分赤铁矿被捕收剂捕收, 进入尾矿, 导致精矿品位较高, 回收率较低。当淀粉用量过大, 抑制力较强, 精矿回收率增加, 但精矿品位未能合格。

2.2.4赤铁矿精选XK-306用量条件试验

通过与其他捕收剂对比试验, XK-306具有捕收能力强、选择性好等优点。

如图5所示, 随着捕收剂用量增加, 精矿铁品位不断升高。但是, 精矿回收率也在不断下降。因此, 选择适当的捕收剂的用量非常重要。

图4 淀粉用量对赤铁矿精矿品位与回收率的影响Fig.4Influence of dosage of starch on grade and recovery of hematite concentrate

图5 赤铁矿精选XK-306用量对精矿品位与回收率的影响Fig.5 Influence of dosage of XK-306 on grade and recovery of hematite concentrate

2.3钾长石回收试验

原矿经过强磁选后将大部分赤铁矿被除去, 这对降低长石精矿的铁含量是非常有效的^[21,22,23]。原矿经过磁选后所得的强磁尾矿主要成分为长石、石英和云母。为了获得高质量的长石精矿, 我们需要进一步除去铁、石英和云母等矿物。通过对比石英长石分离试验流程和石英长石未分离试验流程, 选择一种更为经济合理的试验流程进行条件试验。

试验分别做了流程对比试验、精选脱泥硫酸用量条件试验、精选脱泥XK-307用量条件试验、精选除云母硫酸用量条件试验、精选除云母十二胺用量条件试验、精选除云母XK-307用量条件试验、精选云母扫选硫酸用量条件试验、精选云母扫选十二胺用量等条件试验。经过对试验条件进行必要的调整和优化, 进行了闭路试验。闭路试验结果见图6及表3。

图6 闭路试验数质量流程图Fig.6 Quantity-quality flowsheet of closed circuit test

表3 闭路试验结果Table 3 Closed-circuit test result 下载原图

表3 闭路试验结果Table 3 Closed-circuit test result

3结论

1.对原矿进行了工艺矿物学研究, 表明金属矿物以赤铁矿 (包括钛赤铁矿) 为主, 钛铁矿次之, 磁铁矿 (包括钛磁铁矿) 、褐铁矿、铌铁矿少量或微量。脉石矿物以钾长石 (包括微斜长石和条纹长石) 为主, 石英次之, 其他矿物白云母、绢云母、黑云母、高岭石等少量。

2.采用重、磁、浮、浸出等工艺, 进行了铌钽铁矿回收试验研究, 得到铌钽精矿Nb₂O₅品位1723 g·t^-1, Ta₂O₅品位125 g·t^-1, Nb₂O₅回收率48.10%, Ta₂O₅回收率36.09%。试验结果表明:由于该矿区铌铁矿粒度太细、且大部分包裹于赤铁矿中, 所以不能以独立精矿形式进行回收。选矿试验结果与工艺矿物学研究结果相吻合。

3.原矿通过“磁选+浮选”工艺流程获得了长石精矿, 长石精矿中K₂O品位12.18%、回收率为75.29%。长石精矿中杂质含量氧化铁+氧化钛=0.175%<0.2%, 该长石精矿符合行业标准 (JC/T859-2000) 中的I等品等级。达到了综合回收的目的。

4.用“强磁-反浮选”流程处理原矿TFe品位为5.70%, 可以得TFe品位为60.51%, Nb₂O₅品位1009.79 g·t^-1, Ta₂O₅品位147.32 g·t^-1, TFe回收率为70.03%, Nb₂O₅回收率23.53%, Ta₂O₅回收率35.79%的铁精矿。赤铁矿精矿符合炼钢用铁矿石质量要求二级品和炼铁用铁矿石质量要求一级品。对原矿中赤铁矿进行了有效的回收, 并对部分铌钽铁矿进行了综合回收。