磷硅酸盐型稀土矿选矿试验研究.pdf

2 0 1 8 年第3 期有色金属 选矿部分 5 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 8 ．0 3 ．0 1 2 磷硅酸盐型稀土矿选矿试验研究 熊文良，邓杰，陈达，邓善芝，张丽军 中国地质科学院矿产综合利用研究所矿冶工程中心，成都6 1 0 0 4 1 摘要磷硅酸盐型稀土矿是一类重要的稀土资源，该矿石矿物元素组成复杂，矿石结构嵌布紧密，主要含稀土 矿物为菱黑稀土矿，其稀土元素理论品位低，且与脉石矿物可浮性相近，分选难度高，开发利用困难。针对某低品位磷 硅酸盐型稀土矿开展矿物学及选矿技术研究，以形成适于低品位磷硅酸盐稀土矿开发利用的选矿技术。以R E O 品位 为1 ．4 6 ％的某磷硅酸盐型稀土矿石为研究对象，采用单一浮选工艺，选用自主研发的浮选捕收剂R F S ，经一次粗选、两 次扫选、三次精选闭路流程，获得了R E O 品位2 3 ．2 5 ％，R E O 回收率为7 8 ．0 3 ％的稀土精矿，为磷硅酸盐稀土矿资源的 开发利用提供借鉴。 关键词菱黑稀土矿；磷硅酸盐型稀土矿；稀土捕收剂；浮选 中图分类号T D 9 5 5文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 8 0 3 - 0 0 5 7 - 0 5 B e n e f i c i a t i o nR e s e a r c ho naP h o s p h o r u s ．．s i l i c a t e ．．R EO r e X I O N GW e n l i a n g ，D E N GJ i e ，C H E ND a ，D E N GS h a n z h i ，z 删ⅣG ￡季u n I n s t i t u t eo 厂M u l t i p u r p o s eU t i l i z a t i o no fM i n e r a lR e s o u r c e s ， C h i n aA c a d e m yo fG e l o g i c a lS c i e n c e ，C h e n g d u6 l 0 0 4 l ，C h i n a A b s t r a c t P h o s p h o r u s ．s i l i c a t e R Eo r ei s o n ek i n do fi m p o r t a n tr a r ee a r t hr e s o u r c e ，b u tt h eb e n e f i c i a t i o n t e c h n o l o g yw a sf e wi n v e s t i g a t e d ．I nt h i sp a p e r ，t h eb e n e f i c i a t i o nr e s e a r c hw a sc o n d u c t e do nap h o s p h o r u s s i l i c a t e 。 R Eo r e ，m i n e r a l o g yr e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h em a i nr a r ee a r t hm i n e r a li ss t e e n s t r u p i n e ，i tO W n Se o m p l e xe l e m e n t c o m p o n e n t ，r e s u l t si nl o wt h e o r yR Eg r a d e ．B ys i n g l e f l o t a t i o np r o c e s s ，w i t ht h es e l f - d e v e l o p e dc o l l e c t o rR F S ， b e n e f i c i a t i o nr e s e a r c hw a sc o n d u c t e d ，i nt h e1 一s t e pr o u g h e rf l o t a t i o n ，2 一s t e ps c a v e n g e rf l o t a t i o n ，3 - s t e pc l e a n i n g f l o t a t i o nl o c k e dc y c l ef l o t a t i o nt e s t s ．t h er a r ee a r t hc o n c e n t r a t ew i t h2 3 ．2 5 ％R E Og r a d ea n d7 8 ．0 3 ％R E O r e c o v e r yw a so b t a i n e d ．T h i sr e s e a r c hp r o v i d e sr e f e r e n c ea n di n s p i r a t i o no nt h ed e v e l o p m e n to fp h o s p h o r u s s i l i c a t e - R Er e s o u r c e s ． K e yw o r d s s t e e n s t r u p i n e ；p h o s p h o r u s s i l i c a t e - R Eo r e ；R E Oc o l l e c t o r ；f l o t a t i o n 稀土广泛应用于清洁能源、国防科技、工业技 术、电子产品等领域之j ，是国家重要的战略资源。 我国已探明稀土氧化物工业储量为I8 5 9 万t ，约占 世界已探明稀土储量的2 3 ．6 ％，轻、中、重稀土元素 齐全。稀土工业矿物的种类很多旧1 ，主要包括氟碳 酸盐类、磷酸盐类、硅酸盐类、复酸盐类矿物，现阶段 工业提取稀土金属最主要的三种矿物为独居石 [ R E ，T h ，Y P O 。] 、氟碳铈矿[ R E C O ，F ] 和磷钇矿 [ Y ，R E P O 。] H 引。目前，针对独居石、氟碳铈矿和 磷钇矿的开发利用，国内外开展了大量的研究工 作帕引，但磷硅酸盐型稀土矿的研究仅1 9 6 6 年丹麦 原子能委员会以油酸为捕收剂进行了稀土浮选的研 究‘9J 。本文以某R E O 品位为1 ．4 6 ％的磷硅酸盐稀 土矿为研究对象，开展磷硅酸盐稀土矿的选矿研究 工作，研发适于低品位磷硅酸盐型稀土矿开发利用 的选矿工艺，为合理开发利用该类型稀土矿资源提 供技术支撑。 1 样品性质 1 ．1 矿石性质 对试验样品进行多组分分析，结果见表1 。 基金项目地质调查项目 D D 2 0 1 7 9 4 2 2 ；稀土资源研究与综合和用国家重点实验室开放课题 2 0 1 7 2 1 9 5 2 收稿日期2 0 1 7 1 2 - 2 8修回日期2 0 1 8 - 0 4 1 1 作者简介熊文良 1 9 7 9 - ，男，湖北黄冈人，博士，高级工程师。 通信作者邓杰 1 9 8 4 一 ，男，重庆人，博士，高级工程师。 万方数据 5 8 有色金属 选矿部分2 0 1 8 年第3 期 由表1 可知，矿石中仅稀土元素有开发利用价 值，且R E O 品位较低，仅为1 ．4 6 ％，表明该矿石为 低品位稀土矿；原矿中S i O 品位达5 1 ．6 7 ％，表明矿 石中脉石矿物主要为硅酸盐矿物。 表2 T a b l e2 1 ．2 矿石的矿物组成 采用矿物自动分析仪 M L A 对样品开展矿物 成分分析，矿石的矿物组成结果如表2 所示。 原矿主要矿物含量 M a i nm i n e r a l sc o n t e n to fr u n ．o f - m i n eo r e／％ 该磷硅酸盐稀土矿工艺矿物学研究表明，矿石 中的稀土矿物主要为菱黑稀土矿[ N a 。。 F e ， M n 4 R E E 6 Z r ，T h S i 60 1 8 2 S i ，P O 。 5 P 0 4 O H ，F ，O 2 H O ] ，其理论R E O 品位仅为2 5 ％一 3 0 ％，其次含少量独居石，脉石矿物主要为石英、云母、 长石、类长石等硅酸盐矿物。矿石中的稀土矿物嵌布 粒度较脉石矿物细，且稀土矿物与N b ／Z r 硅酸盐矿物 共生紧密。 2 试验结果与讨论 2 ．1 试验方案 该磷硅酸盐稀土矿中主要稀土矿物为菱黑稀土 矿，其比磁化系数及比重与脉石矿物的差异均不大， 前期探索试验表明磁选及重选均不能有效富集稀土 矿物，仅浮选可以较好的实现稀土与脉石矿物的分 离，因此选定浮选作为分选该矿石的主要方法。 试验样品经破碎筛分混匀缩分后进行选矿试验， 浮选矿浆浓度为3 0 ％，浮选温度为室温 1 8 ～2 6 ℃ ， 由于该矿石中脉石矿物以硅酸盐类矿物为主，水玻 璃是硅酸盐矿物的常用抑制剂，且在稀土工业生产 中应用广泛0 | ，因此选择水玻璃为该矿石浮选抑制 剂开展试验研究，试验用水玻璃模数为2 ．5 ～2 ．7 。 试验流程如图1 所示。将所得浮选精矿尾矿分别烘 干缩分制样，化验分析其中的R E O 品位，考察不同 浮选条件对精矿中R E O 品位的影响。 2 ．2 捕收剂筛选试验 对比四种捕收剂H 2 0 5 、M H 、R F S 和O L ，开展捕 收剂筛选试验研究，其中H 2 0 5 和M H 为目前常用 的稀土捕收剂，其主要成分为羟肟酸，O L 为油酸， 图1 浮选试验流程图 F i g ．1 F l o w s h e e to ff l o t a t i o nt e s t s R F S 为自主开发的稀土捕收剂，其对稀土矿物的捕 收能力较强。根据菱黑稀土矿元素组成推断，矿物 表面稀土元素质点较少，因此对捕收剂的捕收能力 要求较高，同时由于该捕收剂中主要成分为羟肟酸， 其对硅酸盐脉石的捕收能力较弱，具有较好的选择 性。捕收剂筛选试验条件为磨矿细度一7 4 斗m 含 量7 5 ％，水玻璃用量1 ．2k g ／t ，捕收剂用量4 0 0g ／t ， 试验结果如表3 所示。 表3捕收剂选择试验结果 T a b l e3R e s u l t so fc o l l e c t o rs c r e e n i n gt e s t s，‰ 捕收剂种类产品名称产率R E O 品位R E O 回收率 精矿 H 2 0 5尾矿 原矿 7 ．4 5 0 ．7 7 1 ．4 5 5 2 ．4 7 4 7 ．5 3 1 0 0 ．0 M H 精矿 尾矿 原矿 7 ．5 6 O ．5 8 1 ．4 5 6 5 ．0 2 3 4 ．9 8 1 0 0 ．0 精矿 尾矿 原矿 7 ．0 5 0 ．4 9 1 ．4 5 7 1 ．0 8 2 8 ．9 2 1 0 0 ．O 0 L 精矿 尾矿 原矿 3 ．5 9 O ．4 2 1 ．4 4 8 0 ．2 4 1 9 ．7 6 1 0 0 ．OM％∞一铝观加一曲叭加一o∞叭引啪一m扎啪一⋯卧啪一弦以啪 万方数据 2 0 1 8 年第3 期熊文良等磷硅酸盐型稀土矿选矿试验研究 5 9 由表3 可知，以H 2 0 5 和M H 为捕收剂，可得到 R E O 品位较高的稀土精矿，但其浮选回收率较低； O L 对稀土矿物的捕收能力较强但选择性差，不利于 后续精选；R F S 可以得到稀土品位和回收率均较高 的浮选精矿，因此选定R F S 为稀土浮选捕收剂。 2 ．3 磨矿细度试验 合理的磨矿细度对于目的矿物和脉石矿物的解 离至关重要，本试验样品中菱黑稀土矿嵌布粒度较 细，为确定适宜磨矿粒度，固定水玻璃用量为 1 ．2k g ／t ，捕收剂用量4 0 0g ／t ，考察不同磨矿细度对 浮选精矿指标的影响．试验结果见图2 。 图2 磨矿细度试验结果 F i g ．2 I n f l u e n c eo fg r i n d i n gf i n e n e s s o nt h ef l o t a t i o n 由图2 可知，随磨矿细度的增加，矿石解离度逐 渐提高，稀土浮选精矿品位和回收率逐渐增加，当磨 矿细度一7 4 “m 含量大于8 0 ％时，矿浆中细粒级颗 粒含量增高，浮选精矿中细粒级脉石矿物含量增多， 导致浮选精矿R E O 品位降低，故选择磨矿细度一7 4 “m 含量8 0 ％为宜。 2 ．4 捕收剂用量试验 固定磨矿细度一7 4 斗m 含量为8 0 ％，水玻璃用 量1 ．2k g ／t ，考察捕收剂用量对浮选指标的影响，试 验流程结果见图3 。 图3 所示结果可知，随着捕收剂R F S 用量增 加，浮选精矿R E O 品位逐渐减低，但回收率逐渐上 升，综合考虑精矿品位及回收率各方面的因素，粗选 捕收剂用量在5 0 0g ／t 时分选指标较佳，故选择捕收 剂用量为5 0 0g ／t 。 2 ．5 水玻璃用量试验 固定磨矿细度为一7 4 斗m 含量8 0 ％，捕收剂用 量5 0 0g ／t ，考察不同水玻璃用量对浮选精矿指标的 影响。试验结果见如4 所示。 由图4 所示结果可知，随水玻璃用量增加，水玻 图3 捕收剂用量试验结果 F i g ．3 I n f l u e n c eo fc o l l e c t o rd o s a g e o nt h ef l o t a t i o n 图4 水玻璃用量试验结果 F i g ．4 I n f l u e n c eo fs o d i u ms i l i c a t eO f ft h ef l o t a t i o n 璃对脉石矿物抑制作用增强，浮选精矿品位上升，当 水玻璃用量大于1 ．0k g ／t 时，水玻璃对稀土矿物抑 制效果明显，浮选精矿回收率显著下降，水玻璃适宜 用量为1 ．0k g ／t 。 2 ．6 开路试验 在条件试验的基础上，开展开路试验，流程图及 药剂制度见图5 ，试验指标见表4 。从表4 中可以看 图5 开路浮选试验流程图 F i g ．5 F l o w s h e e to fo p e n c i r c u i tt e s t 万方数据 6 0 有色金属 选矿部分2 0 1 8 年第3 期 出，通过开路试验，可以得到R E O2 5 ．1 5 ％的稀土精 矿，稀土尾矿中R E O 分布率为1 7 ．0 2 ％，各中矿产 品品位分布合理，表明采用的药剂制度和分选流程 适宜于分选该矿石。 表5闭路试验药剂制度 T a b l e5R e a g e n ts c h e m eo fl o c k e dc y c l et e s t sf ％ 药剂及用量粗选最磊五i ‰ 表4开路试验结果 喜惹嘉{ ；1 ，5 。。0 0 i 嚣罢2 7 T a b l e4R e s u l t so fo p e nc i r c u i tt e s t s／％ 表6闭路试验结果 T a b l e6R e s u l t so fc l o s e d ．c i r c l et e s t／％ 通过图6 及表6 可知，采用单一浮选工艺可实 2 ．7 闭路试验现对该磷硅酸盐稀土矿中的稀土矿高效利用。通 在条件试验及开路试验的基础上，开展闭路试过一次粗选、两次扫选、三次精选工艺，可获得 验，药剂制度见表5 ，最终指标见表6 ，数质量流程图R E O 品位2 3 ．2 5 ％，R E O 回收率为7 8 ．0 3 ％的稀土 见图6 。精矿。 酬州躺⋯1 0 0 三．；。告 2 3 5 0 { 等 ／ J 在 n r - ．1 1 1 7 ‘⋯i 0 0 ．5 4 ⋯‘⋯4， 1 7 ／7、 ～- z ，．0 0 蒜} ／ ．．，，．0 ．6 4 精 选I ．．一2．16扫 遮严3 葡r L ～ ． 1 2 1 0 孽弋／s s 嚆 W ．直Z 黑 1 叶uO L “。。 ， 、 ，、I ⋯8 ．7 2十t嫠m 菱．4 U 4 s 粥器z ．s s 导 ， 、 精选3 上 z - s 等 9 5 ．2 0 神‘ 精矿 图6 闭路数质量流程图 F i g ．6 D a t ab a l a n c eo fc l o s e d c i r c l et e s t 3结论 1 某磷硅酸盐稀土矿中原矿R E O 品位低，仅为 1 ．4 6 ％，主要稀土矿物为菱黑稀土矿，脉石主要为石 英，长石等硅酸盐矿物。 2 以自主研发的R F S 为捕收剂，水玻璃为抑制 0 ．3 3 2 1 ．9 7 剂，通过单一浮选工艺可以实现该矿石的高效分选。 3 通过条件试验，确定了浮选的磨矿细度、捕 收剂种类及用量、抑制剂水玻璃用量等浮选参数，为 浮选闭路试验提供了详实的技术参数。 4 通过闭路试验获得了R E O 品位2 3 ．2 5 ％， R E O 回收率为7 8 ．0 3 ％的稀土精矿，对该资源的合 万方数据 2 0 1 8 年第3 期熊文良等磷硅酸盐型稀土矿选矿试验研究 6 1 理开发利用提供了技术支撑。 参考文献 [ 1 ] K A N A Z A W AY ．K A M I T A N IM ．R a r ee a r t hm i n e r a l sa n d r e s o u r c e si nt h ew o d d 『J ] ．J o u r n a lo fA l l o y sa n d C o m p o u n d s ，2 0 0 6 ，3 7 1 9 1 3 3 9 - 1 3 4 3 ． [ 2 ] 韩明，郭明强，田兆墨．稀土元素在国民经济发展中 的应用[ J ] ．中国矿业，2 0 1 1 增刊1 4 6 - 5 0 ． [ 3 ] K L I N G E RJM ．Ah i s t o r i c a lg e o g r a p h yo fr a r ee a r t h e l e m e n t s F r o md i s c o v e r yt ot h ea t o m i ca g e [ J ] ．T h e E x t r a c t i v eI n d u s t r i e sa n dS o c i e t y ，2 0 1 5 ，2 3 5 7 2 - 5 8 0 ． [ 4 ] 周喜，韩晓英．我国稀土产业现状及发展趋势 上 [ J ] ．稀土，2 0 1 0 ，3 1 5 9 6 - 1 0 1 ． [ 5 ] 杜晓慧．全球稀土矿产资源分布、开发现状以及未来发 展格局[ J ] ．资源与产业，2 0 1 4 ，1 6 6 2 1 - 2 8 ． 6j C H E L G A N IsC ，R U D O L P HM ，L E I S T N E RT ，e ta 1 ．A r e v i e wo fr a r ee a r t hm i n e r a l sf l o t a t i o n M o n a z i t ea n d x e n o t i m e [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fM i n i n gS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y ，2 0 1 5 ，2 5 6 8 7 7 4 8 3 ． [ 7 ] A D A MJ ，P I N GCY ，W A T E R SKE ．Ar e v i e wo ft h e b e n e f i e i a t i o no fr a r ee a r t he l e m e n tb e a r i n gm i n e r a l s [ J ] ． M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 1 3 ，4 1 1 9 7 - 11 4 ． [ 8 ] K U M A R IA ，P A N D AR ，J H AMK ，e ta 1 ．P r o c e s s d e v e l o p m e n t t or e c o v e rr a r ee a r t hm e t a l sf r o mm o n a z i t e m i n e r a l Ar e v i e w [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 1 5 ，7 9 1 0 2 ．1 1 5 ． [ 9 ] S O E R E N S E NE ，L U N D G A A R DT ．S e l e c t i v ef l o t a t i o n o f s t e e n s t r u p i n ea n dm o n a z i t ef r o mk v a n e f j e l d1 6 a v r i t e [ E B ／ O L ] ．[ 2 0 1 8 3 - 2 6 ] ．h t t p s ／／t r o v e ．n l a ．g o v ．a r t ／ w o r k ／3 2 0 2 5 5 4 6 ． [ 1 0 ] 黄万抚，文金磊，陈园园．我国稀土矿选矿药剂和工艺 的研究现状及展望[ J ] ．有色金属科学与工程，2 0 1 2 ， 3 6 7 5 _ 8 0 ． 万方数据