白云鄂博稀土精矿工艺矿物学研究.pdf

2 0 1 9 年第6 期有色金属 选矿部分 l ’ d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 l 一9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 6 ．0 0 l 白云鄂博稀土精矿工艺矿物学研究 朱智慧1 ，杨占峰1 ’2 “，王其伟2 ”，王振江2 ”，李娜2 ’3 1 ．内蒙古科技大学矿业研究院，内蒙古包头0 1 4 0 1 0 ；2 ．包头稀土研究院，内蒙古包头0 1 4 0 3 0 ； 3 ．白云鄂博稀土资源研究与综合利用国家重点实验室，内蒙古包头0 1 4 0 3 0 摘 要对白云鄂博稀土精矿进行化学分析．化验其元素组成及含量，并采用场发射扫描电子显微镜、能谱仪、A M l c s 自动矿物分析系统对其矿物组成、粒度分布及嵌布特征进行了详细研究。结果表明，稀土精矿品位为5 1 ．7 5 ％．主要由氟碳铈 矿和独居石组成．二者共占7 1 ．4 8 ％，氟碳铈矿与独居石嵌布粒度较细，主要分布在3 0 “m 粒级以下．占比分别为9 5 ．6 9 ％与 9 5 ．1 0 ％，氟碳铈矿与独居石和其它矿物连生关系复杂．主要呈浸染状、粒状集合体与萤石、铁矿物、磷灰石、自云石等矿物连 生。该研究结果对白云鄂博稀土资源综合高效利用具有一定的指导意义。 关键词白云鄂博；稀土精矿；粒度分布；嵌布特征 中图分类号T D9 1 3 ；T D 9 5 4文献标志码A文章编号16 7 l 一9 4 9 2 2 0 1 9 0 6 一o o o l 0 4 S t u d yo nT e c h n o l o g i c a lM i n e r a l o g yo fR a r eE a r t hC O n c e n t r a t ei nB a y a nO b O Z H UZ h t h u i l ，Y A N GZ h n n f c n 9 1 ’2 ～，W A N GQ i ⅥP i2 ～，W A N GZ h e n j i n n g2 ～，L lN n 2 。 J ．f 行s ￡i f “￡Po ，M i ，2 i ，2 9E 行g i ”P P r i 玎g ，，，2 行P ，．j Ⅵ6 行g o f 妇U 知f u P ，．s i f yo 厂S f i P 行f Pn “ dT _ f 行o Z o g y ， B 口o ￡o “0 j 4 D j D ，C i “ n ；2 ．B 口o ￡o “R ￡r P 。f 弘r ￡ R P s P n ，．f J 行s f i f “￡P ，B n o f o “J 打行P rM o 村g o Z i nD j 4 D 3 0 ，C i 行口； 3 ．R n ，．PE | n 以 R P s o “，．f P sR P s P c ￡r c J I l 口行矗f PC o m 户r P P ，l s i 口PU i Z i 2 n f i o 行S 地￡PK P yL n 6 0 r c ￡￡o r y o 厂B “y “” 6 0 ，B “o f o “O j 4 0 3 0 ，C ；订“ A b s t r a c t I nt h i sp a p e r ，t h ec h e m i c a la n a l y s i so fB a i y a n0 b or a r ee a r t hc o n c e n t r a t ei sc a r r i e do u t ，a n d t h ee l e m e n tc o m p o s i t i o na n dc o n t e n ti so b t a i n e d ．T h em i n e r a lc o m p o s i t i o n ， p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o na n d d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sw e r es t u d i e di nd e t a i lb yf i e l de m i s s i o ns c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ， e n e r g y d i s p e r s i v es p e c t r o m e t e ra n dA M I C Sa u t o m a t i cm i n e r a la n a I y s i ss y s t e m ．T h er e s u l t ss h o wt h a t t h eg r a d eo f r a r ee a r t hc o n c e n t r a t ei s5 1 ．7 5 ％，a n di ti sm a i n l yc o m p o s e do fb a s t n a e s i t ea n dm o n a z i t e ，w h i c ha c c o u n t e d f o r7 1 ．4 8 ％，a n dt h es i z eo fb a s t n a e s i t ea n dm o n a z i t ei sf i n e ，w h i c hm a i n l yd i s t r i b u t e sb e l o w3 0 肚mg r a i n s i z ea c c o u n t i n g9 5 ．6 9 ％a n d9 5 ．1 0 ％r e s p e c t i v e l y ．T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nb a s t n a e s i t ea n dm o n a z i t ea n d o t h e rm i n e r a l si sc o m p l e x ，a n dt h e ya r em a i n l yd i s s e m i n a t e da g g r e g a t e sa s s o c i a t e dw i t hf l u o r i t e ，i r o no r e ， a p a t i t e ， d o l o m i t ea n do t h e rm i n e r a l s ．T h er e s e a r c hr e s u l t sh a v ec e r t a i n g u i d i n gs i g n i f i c a n c e f o r c o m p r e h e n s i v ea n de f f i c i e n tu t i l i z a t i o no fr a r ee a r t hr e s o u r c e si nB a y a n b o ． K e yw o r d B a y a n b o ；r a r ee a r t hc o n c e n t r a t e ；p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n ；e m b e d d i n gc h a r a c t e r i s t i c s 白云鄂博矿是一座以铁、稀土、铌为主的超大型 多金属共生矿床，稀土资源储量居世界首位[ 12 ] ；经 过选矿工作者多年来对白云鄂博矿稀土矿物浮选技 术的研究，稀土选矿技术水平得到了较大的提高，最 终确定了弱磁一强磁一浮选工艺流程，生产的稀土 精矿品位约为5 0 ％，同时稀土精矿中含有2 0 ％以上 的其它矿物，其中包括萤石、铁矿物、磷灰石、闪石、 石英、白云石和重晶石等_ 5 ] 。 收稿日期2 0 1 9 一0 3 2 0 作者简介朱智慧 1 9 9 2 修回日期2 0 1 9 1 0 - 1 1 ，男，内蒙古乌兰察布市人。 目前，稀土冶炼主要以R E O 为5 0 ％的稀土精矿 作为原料，采用浓硫酸高温焙烧工艺生产氯化稀土、 碳酸稀土，但是由于稀土精矿中含有大量的非稀土 元素，增加了焙烧工艺中原辅材料消耗和三废的产 生量，造成了极大的环保压力[ 6 ‘9 ] ，因此需要为稀土 冶炼提供高品位稀土精矿，以减少渣量的排放。工 艺矿物学特征研究的目的是充分综合利用矿物原 料，提高有用组分的提取率，因此只有查明了白云鄂 万方数据 2 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第6 期 博稀土精矿的工艺矿物学特征，才能更好地提高稀 土选矿回收率和资源利用率【l o 。1 1 | 。本文采用化学分 析方法，并结合场发射扫描电子显微镜、能谱仪和自 动矿物分析系统，对包钢集团宝山矿业有限公司生 产的稀土精矿进行了工艺矿物学特征研究口2 ㈦] 。 1 稀土精矿物质组成 1 ．1 稀土精矿化学组成 采用化学分析方法对白云鄂博矿稀土精矿进行 多元素分析，结果如表1 所示，稀土精矿成分复杂， 元素种类较多，其中目标回收元素为稀土氧化物 R E 0 ，占5 1 ．7 5 ％，需要排除的杂质元素主要为 铁、钙、氟、磷、硅、钡等。 表l稀土精矿多组分分析结果 T a b l e1 A n a l y s i sr e s u l t so fm u l t i p l e C o m p o n e n t si nr a r ee a r t hc o n c e n t r a t e 组分含量／％组分含量／％ N a ， O ．2 7 A 1 2 3 O ．2 2 K 2 O ．0 3 6R E 5 1 ．7 5 M g O ．3 4 N b 2 s O ．0 6 2 C a 13 ．2 0F8 ．9 9 B a 1 ．4 1P3 ．0 4 S i ，2 ．1 3S 0 ．4 0 T h 2 0 ．2 4T F e3 ．8 4 1 ．2 稀土精矿的稀土元素配分 采用电感耦合等离子体发射光谱法分析稀土精 矿中稀土元素配分情况如表2 ，由表2 可知稀土精矿 主要以镧、铈、镨、钕四种轻稀土元素为主，其中这四 种稀土元素氧化物I 。a 2 。、C e 2 、P r 6 ⋯N d 2 3 配 分和为9 7 ．9 9 ％。 表2稀土精矿的稀土元素配分 T a b l e2D i s t r i b u t i o no fr a r ee a r t h e l e m e n t si nr a r ee a r t hc o n c e n t r a t e s 成分含量／％成分含量／％ I ，a 2 32 6 ．9 9D y 2 3 O ．1 0 C e 0 2 5 1 ．2 4H o z - 0 ．1 0 P r 6 0 l l4 ．9 3E ‘2 O ．1 0 N d 2 31 4 ．8 3T “2 、{ O ．1 S ”2 3 1 ．0 5 Y b 2 3 O ．1 0 E u 2 f 3 O ．19I ．u2 3 O ．1 0 G d 2 l 0 ．3 Y 2 3 O ．2 3 T b 4 7 O ．1 0 1 ．3 稀土精矿矿物组成 采用场发射扫描电子显微镜和矿物自动分析系 统对稀土精矿进行定性和定量分析，结果见表3 。由 表3 可知稀土精矿中最主要的稀土矿物为氟碳铈矿 和独居石，分别占5 1 ．3 3 ％和2 0 ．1 5 ％，主要杂质矿 物为萤石、磷灰石、黄铁矿、磁铁矿和赤铁矿，含量共 占1 7 ．1 2 ％，这五种矿物是影响稀土精矿品位的主要 因素，需要重点排除。 表3稀土精矿主要矿物组成及相对含量 T a b l e3 M a i nm i n e r a lc o m p o s i t i o n a n dr e l a t i v ec o n t e n to fr a r ee a r t hc o n c e n t r a t e 矿物含量／％矿物含量／％ 磁铁矿／赤铁矿 2 ．1 8长石0 ，4 8 黄铁I 矿3 ．3 5闪石1 ．0 5 磁黄铁矿 O ．2 2 辉石 O ．4 3 钛铁矿 O ．1 3云母0 ．1 7 方铅矿 1 ．0 3 白云石 O ．9 1 氟碳铈矿 5 1 ．3 3 方解石 O ．8 3 氟碳钙铈矿 1 ．2 4 磷灰石 6 ．3 5 黄河矿 1 ．7 6 重晶石 0 ．3 2 独居石 2 0 ．1 5 萤石 5 ．2 4 石英 O ．4 2 其它 2 ．4 l 2 稀土精矿中稀土矿物的性质及嵌布 特征 2 ．1 稀土精矿的粒度分布 为考察稀土精矿的粒度分布情况，进行筛析试 验，结果如表4 和图1 ，由表4 可知随着粒度变细，稀 土含量呈上升趋势，一3 0 肚m 产率为9 0 ．0 7 ％，R E 分布律为9 0 ．1 6 ％，说明稀土矿物主要分布在细粒级 中；由图1 可知氟碳铈矿粒度范围为O ．8 3 ～ 6 3 ．0 7 弘m ，3 0 肚m 以下占9 5 ．6 9 ％，1 0 弘m 以下难选粒 子占3 3 ．3 9 ％。独居石粒度范围为o ．8 3 ～5 3 ．0 3 址m ， 3 0 肛m 以下占9 5 ．1 0 ％，1 0 扯m 以下难选粒子占 3 3 ．4 0 ％。氟碳铈矿与独居石大部分都分布在3 0 “ m 以下，1 0 “m 以下难选粒子也占很大比重。 表4稀土精矿的粒度分布 T a b l e4P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n o fr a r ee a r t hc o n c e n t r a t e 2 ．2 稀土矿物的解离度及连生特性 采用矿物自动分析技术对稀土精矿中主要稀土 矿物的单体解离度及连生关系进行系统测定结果如 表5 ，由表5 可知氟碳铈矿单体解离度为8 5 ．4 5 ％， 主要与萤石和硅酸盐矿物连生，分别占3 ．1 9 ％和 2 ．9 3 ％，其次是与铁矿物和碳酸盐矿物连生；独居石 单体解离度为8 6 ．0 6 ％，主要与硅酸盐矿物和萤石连 万方数据 2 0 1 9 年第6 期朱智慧等白云鄂博稀土精矿工艺矿物学研究 3 生，分别占3 ．3 2 ％和2 ．7 8 ％，其次是与铁矿物、碳酸 盐矿物连生。 2 ．3 稀土矿物嵌布特征 2 ．3 ．1 氟碳铈矿 表6 为氟碳铈矿能谱分析结果，由表6 可知，氟 碳铈矿中主要稀土元素为C e 、L a 、N d 和P r ，共占元 素总量的5 9 ．0 7 ％，属于轻稀土矿物。氟碳铈矿在稀 土精矿中主要有以下几种嵌布特征1 氟碳铈矿紧 密镶嵌于磁铁矿边缘，少量氟碳铈矿呈粒状充填于 磁铁矿中[ 图2 a ] ，2 氟碳铈矿呈浸染状沿裂隙充 填于磷灰中[ 图2 b ] ，3 氟碳铈矿呈星散状或粒状 集合体充填于萤石中[ 图2 c ] ，4 氟碳铈矿与磁铁 矿、萤石和白云石紧密镶嵌，部分氟碳铈矿包裹于磁 铁矿中[ 图2 d ] 。 表5 T a b l e5 图1 氟碳铈矿与独居石粒度分布曲线 F i g ．1 S i z ed i s t r i b u t i o nc u r v eo fb a s t n a e s i t e a n dm o n a z i t e 稀土矿物单体解离度及连生特性 C i s s o c i a t i o nd e g r e ea n dc o n t i n u o u sc h a r a c t e r i s t i c so fr a r ee a r t hm i n e r a l s ／％ a 氟碳铈矿镶嵌于磁铁矿边缘 h 氟碳铈矿沿裂隙充填于磷灰石颗粒| 、 r 砌 碳铈矿。t 十F 状q 二合怵允填I ‘萤l I㈨氟“跌饰矿‘“{ ，、n 、磁铁矿、愤nj i 图2氟碳铈矿与其它矿物嵌布特征 F i g ．2 B a s t n a s i t ea n do t h e rm i n e r a li n l a yc h a r a c t e r i s t i c s 万方数据 4 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第6 期 2 ．3 ．2 独居石 表7 为独居石能谱分析结果，由表7 可知，独居 石主要稀土元素为C e 、L a 、N d 和P r ，共占元素总量 的5 4 ．6 9 ％，为轻稀土矿物。独居石在稀土精矿中主 要有以下几种嵌布特征1 独居石与重晶石呈细脉 侵染状充填于萤石间[ 图3 a ] ，2 独居石与白云石 紧密镶嵌，部分独居石呈粒状包裹体充填于白云石 中[ 图3 b ] ，3 独居石大部分镶嵌于萤石和石英边 a 独居石与重晶石充填于萤石裂隙f 独居石嵌布于萤石和石英边缘 缘，少量独居石呈粒状包裹于萤石颗粒间[ 图3 c ] ， 4 独居石与磁铁矿呈粒状充填于辉石间[ 图3 d ] 。 表7 T a b l e7 独居石能谱分析结果 E n e r g ys p e c t r u m a n a l y s i so fm o n a z i t e ／％ 元素 I 。aC eP rN dP0 含量 1 6 ．8 02 8 ．8 12 ．8 96 ．1 91 2 ．8 41 8 ．4 1 、 ● r b 独居石与白云石紧密镶嵌 图3独居石与其它矿物嵌布特征 F i g ．3 M o n a z i t ea n do t h e rm i n e r a li n l a yf e a t u r e s 3结论 1 稀土精矿中R E O 占5 1 ．7 5 ％，主要以轻稀土 元素为主，其中轻稀土元素氧化物L a 。O 。、C e O 、 P r 。O ，。、N d O 。的配分总和为9 7 ．9 9 ％，杂质元素主 要为铁、钙、氟、磷、硅、钡等。 2 稀土精矿中主要的稀土矿物为氟碳铈矿和独居 石，两者共占7 1 ．4 8 ％。主要杂质矿物为萤石、磷灰石、 黄铁矿、磁铁矿和赤铁矿，含量共占1 7 ．1 2 ％，这五种矿 物是影响稀土精矿品位的主要因素，需要重点排除。 3 稀土精矿嵌布粒度细小，3 0 肚m 粒级以下产 率为9 0 ．0 7 ％，R E O 分布率为9 0 ．1 6 ％，稀土矿物大 部分分布在细粒级中，氟碳铈矿与独居石在3 0 肚m 粒级以下占比分别为9 5 ．6 9 ％与9 5 ．1 0 ％，1 0 肚m 以 下难选粒子也占很大比重，占比分别为3 3 ．3 9 ％与 3 3 ．4 0 ％，浮选难度很大。 4 稀土精矿中氟碳铈矿和独居石主要呈浸染 状、粒状集合体与铁矿物、萤石、磷灰石、石英和白云 石等紧密镶嵌，也见充填或包裹于萤石、铁矿物、磷 灰石、辉石和白云石等颗粒间或孔洞中，嵌布关系复 杂，稀土矿物解离困难，应该采用先磨后浮选工艺来 提高稀土精矿品位。 下转第页2 2 页 万方数据 2 2 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第6 期 表6 T a b l e6 闭路试验结果 E x p e r i m e n tr e s u l t so f c l o s e d c i r c u i tt e s t 由表6 可以看出，该铜矿石优先浮铜循环作业， 铜经过两次粗选、一次精选和四次扫选，最终获得产 率为5 ．7 5 ％、铜品位为2 2 ．4 3 ％、铜1 回收率为 9 0 ．6 2 ％的铜精矿；选铜尾矿进行选硫作业，经过一 次粗选、两次精选和一次扫选，获得了产率为 1 6 ．1 4 ％、硫品位为5 1 ．0 4 ％、硫回收率为6 8 ．9 5 ％的 高质量硫精矿。 3结论 1 某铜矿铜矿石属于花岗岩型铜矿石，金属矿 物中以硫化物为主，除黄铁矿外，主要为铜的硫化 物。其矿物组成中，有回收价值的主要元素为C u 和 S ，C u 的含量为1 ．3 9 ％，S 的含量为1 2 ．6 2 ％，伴生 金、银含量少，可综合回收；伴生G a 元素具有潜在经 济价值。但其赋存状态不明，本次试验未做G a 考察； 其它伴生组分则含量甚微不进行综合回收。 2 铜矿石中主要铜矿物为铜蓝、黄铜矿、辉铜 矿，少量硫砷铜矿、硫铜锗矿与黝铜矿，硫化铜占全 铜的9 0 ．3 7 ％ 其中铜蓝5 6 ．1 6 ％，黄铜矿1 8 ．6 6 ％， 辉铜矿1 4 ．9 9 ％ ，而氧化铜占9 ．6 3 ％；铜矿物具有 较均匀的嵌布粒度，其中铜蓝、黄铜矿、硫铜锗矿的 嵌布粒度较粗。 3 试验采用铜优先浮选，选铜尾矿进行硫的浮 选工艺流程，经过两次粗选、一次精选、四次扫选优 先浮铜和一次粗选、两次精选、一次扫选选硫闭路流 程试验，获得产率5 ．7 5 ％、铜品位2 2 ．4 3 ％、回收率 9 0 ．6 2 ％的铜精矿和产率1 6 ．1 4 ％、硫品位5 1 ．0 4 ％、 回收率6 8 ．9 5 ％的硫精矿。 4 本次试验条件探索较为完善，获得了很好的 试验指标，可为矿山开发提供有力的数据支撑。 参考文献 [ 1 ] 曹惠昌．我国铜矿石选矿技术研究新进展[ J ] ．有色矿 冶，2 0 1 1 ．2 7 6 2 6 2 8 ． [ 2 ] 杨远坤．某低品位铜矿石浮选工艺优化试验研究[ J ] ．有 色金属 选矿部分 ，2 0 1 6 2 1 41 7 ． [ 3 ] 刘耀青．含金铜硫矿石浮选分离工艺的研究[ J ] ．矿冶， 19 9 5 ．4 1 5 0 5 5 ． [ 4 ] 选矿设计手册编委会．选矿设计手册[ M ] ．北京冶金 工业出版社，2 0 0 4 3 04 0 ． [ 5 ] 魏德洲．固体物料分选学[ M ] ．2 版．北京冶金工业出 版社，2 0 0 9 3 2 1 ． [ 6 ] 穆囝红．低品位铜矿选矿工艺研究[ J ] ．有色金属 选矿 部分 ，2 0 0 8 3 1 6 1 9 ． 上接第4 页 参考文献 [ 1 ] 黄小宾，杨占峰．白云鄂博深部稀土尾矿的1 二艺矿物学[ J ] ． 有色金属 选矿部分 ，2 0 1 9 4 6 8 ． [ 2 ] 杨占峰．从白云鄂博稀土资源开发利用谈稀土再认识[ J ] ． 包钢科技，2 0 1 7 ．4 3 3 1 - 7 ． [ 3 ] 车丽萍，余永富．我国稀土矿选矿生产现状及选矿技术进 展[ J ] ．稀土，2 0 0 6 ，2 7 1 9 5 1 0 2 ． [ 4 ] 侯晓志，杨占峰，王振江，等．白云鄂博铌精矿矿物组成特 征及铌的分布规律研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ， 2 0 1 8 2 4 7 ，1 1 ． [ 5 ] 曹永丹，曹钊．李解．白云鄂博稀土浮选研究现状及 进展[ J ] ．矿山机械，2 0 1 3 ，4 1 1 9 3 ． [ 6 ] 黄小卫，李红卫，王彩风．我同稀土工业发展现状及 进展[ J ] ．稀有金属，2 0 0 7 3 2 7 9 2 8 8 ． [ 7 ] 余永富．白云鄂博矿稀土、铌资源综合利用研究意义 重大[ J ] ．稀土信息，2 0 0 7 8 8 9 ． [ 8 ] 林东鲁，李春龙，邬虎林．自云鄂博特殊矿采选冶金工艺 攻关与技术进步[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 6 1 1 4 ． [ 9 ] 池汝安，王淀佐．稀土选矿与提取技术[ M ] ．北京冶金工 业} “版社，19 9 6 3 1 6 ． [ 1 0 ] 张培善，陶克捷．中国稀土矿物学[ M ] ．北京科学出版 社，19 9 8 3 ． [ 1 1 ] 仝丽娟，张广伟．工艺矿物学在选矿中的应用[ J ] ．现代 矿业，2 0 1 4 12 6 8 7 1 ． [ 1 2 ] 陈杏捷，倪 文，范敦城．白云鄂博铁矿石工艺矿物学研 究[ J ] ．金属矿山，2 0 l5 5 1 0 9 1 1 3 ． [ 1 3 ] 洪秋阳，李波，梁冬云．氟碳铈矿型稀土矿石工艺矿物 学研究[ J ] ．稀土，2 0 15 ，3 6 4 1 4 8 1 5 1 ． 万方数据