钽铌矿的选矿技术综述_姜文杰.pdf

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收稿日期2019-09-30 作者简介姜文杰 (1996) , 男, 硕士研究生。通讯作者童雄 (1965) , 男, 教授, 博士。 总第 521 期 2019 年第 11 期 金属矿山 METAL MINE 钽铌矿的选矿技术综述 姜文杰 1 童雄 1, 2 谢贤 1, 2 康博文 1 赵瑜 11 (1. 昆明理工大学国土资源工程学院, 云南 昆明 650000; 2. 昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用 国家重点实验室, 云南 昆明 650093) 摘要钽、 铌是工业上不可替代的金属, 钽铌矿普遍具有品位较低、 嵌布粒度细、 性脆易碎、 矿物组分复杂等 特点, 选矿工艺往往较复杂。为促进钽铌矿选矿技术的进步, 对钽铌矿选矿技术进行了综述, 指出钽铌矿的粗选宜 以重选工艺为主, 精选多采用磁选、 浮选、 电选工艺; 电选工艺主要用于精矿的除杂和综合回收; 浮选工艺可以有效 地回收钽铌细泥; 化学选矿是处理低品位复杂钽铌矿的有效工艺。因此, 钽铌矿的选别常采用联合工艺流程。 关键词钽铌矿重选磁选浮选电选化学选矿联合工艺流程 中图分类号TD92文献标志码A文章编号1001-1250 (2019) -11-120-05 DOI10.19614/ki.jsks.201911021 Summary on Beneficiation Technology of Tantalum-niobium Ores Jiang Wenjie1Tong Xiong1, 2Xie Xian1, 2Kang Bowen1Zhao Yu112 (1. Faculty of Land Resource Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 65000, China; 2. National Key Laboratory for Clean Application of Complex Non-ferrous Metal Resources, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China) AbstractTantalum and niobium are industrially irreplaceable metals, the common characteristics with tantalum-niobi- um ores are low-grade, disseminated fine, brittle and of complex mineral composition, which makes the mineral processing of tantalum-niobium ore more complicated. In order to promote the mineral processing technology of tantalum-niobium ores,the separation s of tantalum-niobium ore were reviewed. It was pointed out that the gravity separation should be used in the roughing separation of tantalum-niobium ores,and the processes of magnetic separation,flotation and electric separation should be adopted in the cleaning separation. The electric separation is mainly used for impurity removal and comprehensive recovery of concentrate,and the flotation process can effectively recycle the fine mud of tantalum and niobium. The chemical mineral processing is an effective process for the treatment of low-grade complex tantalum-niobium ores. Generally speaking, the combined flowsheet is often used in the separation of tantalum-niobium ores. KeywordsTantalum-niobium ores, Gravity concentration, Magnetic separation, Flotation, Electric separation, Chem- ical extraction, Combined flowsheet Series No. 521 November2019 钽和铌都属于高熔点的稀有金属, 具有导电性、 冷加工性能和氧化膜导电性好等优点, 在军工行业 和钢铁行业都有广泛的应用, 特别是近年来计算机 和汽车工业的发展, 钽铌的需求量骤增, 更是促进了 钽铌矿石选矿技术的发展 [1]。钽、 铌矿物在自然界一 般呈类质同象混合物的形式存在, 结构组成复杂, 绝 大部分是无水氧化物。国外的钽铌矿品质较好, 如 巴西和加拿大等国的钽铌矿主要以烧绿石的形式存 在, 品位高, 选冶难度较低。我国的钽铌矿品位较 低, 大多在0.02~0.06, 其矿床大都属于多金属共 伴生矿床, 矿物组分复杂, 有用矿物嵌布粒度细, 因 此, 选冶难度较大 [2-4], 目前大都采用联合工艺手段进 行回收。 1钽铌矿石的主要选矿方法 1. 1重选法 钽铌矿石中主要有价矿物的密度都在4 t/m3以 上 [5], 属于重矿物, 而其脉石矿物的密度相对于较轻。 因此, 重选是处理此类矿物的有效选别方法。重选 120 ChaoXing 主要用于钽铌矿石的粗选, 在钽铌矿石的重选过程 中, 粗颗粒一般可采用跳汰选、 重介选或跳汰与重介 联合流程。在选别过程中, 为了保证有用成分不被 过粉碎, 一般采用阶段磨矿、 阶段选别的流程。 盛能庆 [6]在对某钽铌矿石进行可选性研究时, 采 用1粗1扫的重选流程, 在粗选阶段采用螺旋溜槽进 行一段粗选, 粗选尾矿再磨后摇床扫选。得到 (TaNb) 2O5品位为 11.64、 回收率为 78.89 的钽铌 粗精矿。在对某弱钠化花岗岩型钽铌矿石的综合利 用研究中, 刘清高 [7]等最终确立了预先筛分阶段磨 矿摇床重选的选别流程, 粗选钽铌粗精矿品位和 回收率均较高。左美媛 [8]在对宜春某选矿厂进行工 艺优化时, 将尾矿由螺旋分级机进行分级脱泥, 返砂 经过球磨机细磨、 螺旋溜槽粗选、 摇床精选得到最终 钽 铌 精 矿 ,对 尾 矿 的 钽 铌 回 收 率 为 25.06、 (TaNb) 2O5品位为36.87, 最大限度地回收了钽铌矿 物, 提高了选厂的经济效应。 1. 2浮选法 为了提高钽铌精矿的品位和回收率, 对于钽铌 粗精矿和钽铌矿细粒矿泥宜采用浮选法进行选别 [9]。 钽铌矿物浮选的捕收剂主要有脂肪酸类、 胂酸类、 羟 肟酸类和阳离子类型捕收剂, 常用水玻璃、 六偏磷酸 钠、 淀粉、 焦磷酸等作为抑制剂, 以硫酸、 盐酸、 氢氟 酸、 氟化钠等为活化剂 [10-11]。钽铌矿石的矿物结构复 杂, 伴生矿物种类众多, 为了最大程度地回收有用矿 物, 钽铌矿石的浮选常采用组合类捕收剂, 如广州有 色金属研究院生产的苯甲羟肟酸与辅助捕收剂WT2 组合浮选钽铌矿石取得了较好的选别结果 [12]。 1. 2. 1钽铌稀土矿石的浮选 钽铌和稀土元素由于地质条件等原因常赋存在 同一矿物中, 此类钽铌稀土矿矿物结构复杂, 嵌布关 系紧密, 钽铌矿物的品位低, 并且此类矿石优先选别 的多为稀土矿物, 这进一步加大了回收其中钽铌矿 物的难度。叶志平 [13]等在对包钢磁选尾矿中的钽铌 矿物和稀土矿物进行综合回收试验时, 先浮选回收 尾矿中的稀土矿物, 再以S-2为捕收剂浮选其中的铌 矿物, 得到了 Nb2O5品位为 1.66, 回收率为 35.58 的粗精矿, 在后续的精选中, 由于伴生矿物的干扰, 效果并不明显。此类与钽铌矿物等稀有金属矿物共 生的稀土资源采用常规的选矿方法很难分别进行富 集回收, 通常是将稀土与钽铌矿等一起富集后, 再通 过冶炼工艺实现二者的分离。 1. 2. 2钽铌钨锡矿石的浮选 对于与钨、 锡等比重较大的矿物共生的钽铌矿 石, 通常采用重选或重-磁联合工艺预选得到粗精矿, 再使用浮选法对粗精矿进行分离提纯。朱建光 [14]等 利用胂酸类捕收剂对钽铌离心机精矿进行浮选研 究, 采用苄基砷酸为捕收剂, 经1粗1扫2精的浮选流 程处理, 得到(TaNb) 2O5品位为 1.38、 回收率为 75.29的混合精矿, 钽、 铌的富集比分别为 55倍和 35.8倍, 精矿含锡超过12, 实现了资源的综合回收。 广西栗木锡矿床属于钨锡浸染型花岗岩矿床, 长期 以来, 钽铌矿泥仅使用重选法处理, 选矿指标极不理 想。陈玉 [15]对该矿泥进行了浮选试验, 选用苯乙烯 磷酸作捕收剂, 氟硅酸钠为粗选的活化剂和精选抑 制剂, 经过1次粗选和3次精选, 获到了良好的选矿 指标, 与重选法相比, 钽铌的回收率提高了51.95个 百分点。 1. 2. 3钽铌细泥的浮选 对钽铌细泥进行回收利用是提高钽铌回收率的 重要手段。一般而言, 重选法对细粒级的钽铌矿物 回收效果较差, 回收率仅在40左右, 而采用浮选法 则可以达到55~70 [16-17]。因此, 针对浮选法回收 细粒级钽铌矿物, 选矿工作者进行了大量的实验研 究。高玉德 [12]等在细粒钽铌矿石进行选矿工艺流程 及药剂研究中, 采用苯甲羟肟酸和WT2作为组合捕收 剂, 使用硝酸铅作为铌钽锰矿及黑钨矿的活化剂, 使 用水玻璃抑制脉石矿物。进行了1粗1精1扫流程闭 路实验, 最终得到Ta2O5品位为13.53的钽铌精矿, 精选作业回收率为89.25。董天颂 [18]等在对细粒钽 铌矿石选矿新工艺的研究中, 选取WT1WT2为组合 捕收剂, 以硝酸铅为活化剂, TS1TS2为脉石矿物的组 合抑制剂进行1粗1精1扫浮选闭路试验, 得到Ta2O5 品位达12.00、 作业回收率为84.00的精矿。刘书 杰 [19]等在对某细微、 低品位钽铌尾矿进行选矿研究 时, 采取重选浮选联合工艺, 选用螯合捕收剂 BK412和辅助捕收剂 BK411, 进行了 1粗 2扫 3精浮 选闭路实验, 最后获得 Ta2O5和 Nb2O5的品位分别为 18.25 和 9.08, 作 业 回 收 率 分 别 为 35.52 和 35.22的精矿。 1. 3磁选法 磁选是利用矿物之间的磁性差异来分离矿物的 一种选矿方法, 具有工艺简单、 操作方便、 无污染的 特点。钽铌矿物具有弱磁性, 采用强磁选工艺富集 时, 钽铌矿粗选精矿除含有钽铌矿物外, 通常还含有 钛铁矿、 赤铁矿等多种弱磁选矿物, 并会夹杂多种一 定量的非磁性矿物, 采用其他方法分选较为困难。 因此, 磁选前, 一般先用酸清除铁磁性矿物等, 提高 磁选的选择性。 何首文 [20]对于原矿含泥量大, 钽铌矿物嵌布粒 2019年第11期姜文杰等 钽铌矿的选矿技术综述 121 ChaoXing 度细, 主要有用矿物为钽铌铁矿、 锰钽铁矿和少量细 晶石的矿石, 使用湿式强磁选机进行钽铌矿物粗选 和细泥丢尾试验, 精选使用SQC-2-700型湿式强磁选 机, 精矿Ta2O5品位0.103, 作业回收率为75.24, 丢 尾率为75.20, 获得了较好的效果。湖南某钽铌矿 石钽、 铌含量较低, 除含有钽铌铁矿外, 还有少量的 金属硫化矿, 刘霞在粗选阶段采用1粗1精的磁选流 程, 粗选采用强磁选流程, 精选采用弱磁选, 最终获 得 Ta2O5品位为 6.21, Nb2O5品位 5.66 的磁选精 矿 [21]。 1. 4电选法 电选是利用各种矿物及物料电性质不同而进行 分选的一种物理选矿方法。由于电选在分选过程中 不需要耗费大量的水资源, 因此在干旱缺水的地区 是一种很好的选矿方法。对于某些导电性较好的钽 铌矿物 (重钽铌矿、 钽铌铁矿、 钛钽铌矿、 钛铌钙铈 矿、 铌铁矿) 可以采用电选的方法分离富集, 而黄绿 石、 细晶石等则属于不良导体, 因此不能采取常规的 电选方法分选。 游明辉 [22]在研究高压静电选矿机及其在里松 Nb、 Ta、 Ti、 Sn、 Zr砂矿精选中的应用时, 原矿中的连 生体较多, 风化严重, 矿石表面污染严重, 用磁选的 方式很难获得合格的精矿, 褐钇铌产品磷杂质含量 超标。磷多以独居石、 磷钇矿的形式出现, 是非导 体, 但褐钇矿属于较良导体, 因此在精选的最后一道 作业用高压电选机, 最终使得杂质磷含量降低了0.1 个百分点, 褐钇矿产品品位提高了1.35个百分点, 实 际回收率达到99.60。同时在难选褐钇铌矿的电选 中也获得了很好的选矿指标。 1. 5化学选矿法 对于某些硬度大、 成分复杂的钽铌矿, 磨矿时难 以达到单体解离, 使用重选、 浮选、 磁选等方法难以 获得合格的精矿, 使用化学处理的工艺就是一种十 分有效的手段。钽铌精矿基本上都能被氢氟酸分解 生成氟化物 [23]。在处理时加入硫酸可以显著提高钽 铌的分解率, 同时其他的元素可以生成稳定的硫酸 盐, 有利于下一步的萃取分离。钽铌矿在HF-H2SO4 体系中的反应式为 Ta2O514HF2H2TaF75H2O , Nb2O514HF2H2NbF75H2O , TiO26HFH2NbF72H2O , Fe2O33H2SO4Fe2(SO4) 33H2O , SiO26HFH2SiF62H2O , WO38HFH2WF83H2O . 赵明智 [24]在钛钽铌矿强化分解工艺的研究中使 用的原矿属于金红石类矿物, 硬度大, 难磨, 成分复 杂, 钽铌的分解率低。实验时将钽铌矿磨矿至0.055 ~0 mm, 在分解槽中加入工业氢氟酸, 再加入钽铌矿 石和硫酸, 在85 ℃保温条件下搅拌24 h, 最后萃取分 离, 钽铌的分解率均在 95 以上, 取得了预期的效 果。张耀华等 [25]研究了不同浓度的仲辛醇对钽铌的 萃取与反萃取性能的影响, 结果表明, 用煤油稀释的 工业仲辛醇作为萃取剂, 仲辛醇的浓度在 75~ 100时, 对钽铌的萃取容量较大, 并且由于加入煤油 后降低了有机相粘度, 对提高钽铌回收率有益。 2钽铌矿选矿技术的应用 在钽铌矿的选矿实践中, 采用单一工艺流程, 钽 铌的回收率低、 精矿质量差, 很难实现资源的高效综 合利用, 所以大都采用联合工艺流程。如白云鄂博 的微细粒铌钙矿, 由于其矿物嵌布粒度较细, 矿物泥 化严重。采用重选浮选重选的联合流程, 最大 程度地回收了细泥中的钽铌矿物 [26-27]。 2. 1重磁浮联合流程 江西宜春钽铌矿 [28-29]是我国主要的钽铌原料基 地, 钽铌矿物主要是铌钽铁矿、 细晶石和含钽锡矿。 其采用一段闭路一段开路的2段磨矿流程, 钽铌选矿 采用磁选重选的联合流程, 粗选采用湿式强磁选 机回收钽铌铁矿物, 重选回收细泥中的钽铌矿物, 粗 选采用螺旋溜槽, 精选采用摇床, 最后采用浮选回收 非金属矿物。最终得到(TaNb) 2O5品位为 46~ 50, 回收率 46~48 的钽铌精矿; 锂云母精矿 Li2O品位为4~4.5、 回收率60左右。内蒙古白 云鄂博矿 [26-27]在磁选浮选选铁后, 使用羟肟酸回收 尾矿中的稀土, 再用磁选重选浮选联合工艺流 程回收稀土尾矿中的铌, 取得了不错的生产指标。 2. 2磁浮与化学浸出联合流程 巴西阿拉克萨铌矿 [30-31]是世界上最大的铌原料 生产基地, 主要的含铌矿物为黄绿石, 矿石的入选品 位较高, 约在3。采用磁选浮选化学浸出的联 合工艺流程, 原矿经一段闭路磨矿, 采用双筒弱磁选 机选出磁铁矿, 磁选尾矿选用胺类阳离子捕收剂, 氟 硅酸钠作为活化剂, 盐酸调节pH到2.5~3.5, 经1粗4 精浮选流程处理, 得到Nb2O5品位为55~60的铌 精矿。但精矿中Pb、 S、 Ba等有害元素超标, 经焙烧、 酸浸后得到Nb2O5品位达59~65的合格精矿, 回 收率达到了60~80。 2. 3重磁电联合流程 澳大利亚格林布斯钽矿石是属风化伟晶岩锡钽 矿石, 有用矿物主要是含钽铁矿和锡石。原矿经重 选和磁选得到钽铌混合粗精矿, 粗精矿采用卡森筛 金属矿山2019年第11期总第521期 122 ChaoXing 分级, 大于0.8 mm的部分给入风力摇床, 摇床精矿先 用盘式磁选机磁选得到钛铁矿、 钽铁矿, 非磁性矿物 再用感应辊式磁选机得到锡石精矿; 0.4~0.8 mm物 料经过风力摇床、 高压辊式电选机、 盘式磁选机处理 后得到钛铁矿和钽精矿; 细粒部分物料经过风力摇 床、 高压辊式电选机、 盘式磁选机, 最终得到Ta2O5品 位为40、 Nb2O5品位为30的钽精矿和SnO2品位为 72的锡精矿, 实现了资源的综合利用 [32-33]。 3结语与展望 (1) 钽、 铌在地壳中的丰度较大, 但是很分散, 往 往矿石呈贫、 细、 杂的状态, 富矿很少。并且容易同 铁、 钛、 钍和稀土元素发生类质同像作用, 导致钽铌 矿成分复杂、 选冶难度较大。 (2) 钽铌矿的粗选主要采用重选工艺, 因此开发 新的重选设备和工艺能够有效地提高钽铌矿的利用 率; 对于细泥中的有用矿物, 浮选工艺则优势明显, 在浮选法的研究中, 主要是创新浮选药剂的设计, 特 别是调整剂的研究, 合适的调整剂能够增大脉石矿 物与钽铌矿物之间的浮游差异, 使得浮选过程更加 快速有效。 (3) 采用单一的选矿方法选别钽铌矿石无法获 得很好的效果, 可以将不同的选矿方法相结合。利 用联合工艺流程, 扬长避短, 提高钽铌回收率的同 时, 也可以将其他金属元素综合利用起来。 参 考 文 献 常前发.循环经济实现矿业可持续发展的重要途径 [J] .金属 矿山, 2005 (7) 1-4. 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