某复杂稀有金属伴生矿选矿试验研究.pdf

6 0 有色金属 选矿部分2 0 1 6 年第6 期 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 6 ．0 6 ．0 1 4 某复杂稀有金属伴生矿选矿试验研究 刘牡丹1 ，2 ，v ，刘勇1 ，2 ，v ，李翔1 ’2 ’3 ，刘珍珍1 ’2 ’3 1 ．广东省资源综合利用研究所，广州5 1 0 6 5 0 ；2 ．稀有金属分离与综合利用国家重点实验室， 广州5 1 0 6 5 0 ；3 ．广东省矿产资源开发和综合利用重点实验室，广州5 1 0 6 5 0 摘要内蒙古某稀有金属伴生矿R E O 含量0 ．2 8 ％，N b 2 0 5 含量0 ．2 4 ％，铁品位5 ．7 2 ％，稀土和铌矿物嵌布粒度微细， 稀土矿物主要有氟碳铈矿和独居石，铌矿物主要为钽铌锰矿和钇复稀金矿，铁钛矿物为钛磁赤铁矿、锰钛铁矿，脉石矿物主要 有石英和长石。分别研究了重选、磁选及磁选一重选联合流程对原矿稀土、铌、铁的预富集效果。结果表明，重选对原矿中 铁、稀土和铌的预富集效果不理想，高梯度磁选和磁选一重选联合工艺可获得较好的预富集效果。在磨矿细度一7 4I z m 含量 占8 2 ．5 ％，磁场强度1 ．0T 的条件下，高梯度磁选试验可获得T F e3 2 ．5 9 ％、R E O 含量1 ．5 7 ％、N b 2 0 5 含量1 ．3 4 ％的粗精矿，三 者回收率分别为8 5 ．5 7 ％、8 5 ．2 0 ％和8 6 ．9 4 ％，粗精矿可采用冶金工艺分离提取稀土、铌、铁。 关键词稀有金属伴生矿；稀土；铌；铁；磁选 中图分类号T D 9 5 4 ；T D 9 2 4 ；T D 9 2 2文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 6 0 6 - 0 0 6 0 - 0 5 B e n e f i c i a t i o nT e s tR e s e a r c ho faC o m p l e xR a r eM e t a lA s s o c i a t e dO r e U UM u d a ∥，2 ，一．U UY o n g 。，2 ，一，L IX i a n g 。，2 ，一，ⅡUZ h e n z h e n 7 2 3 J ．G u a n g d o n gI n s t i t u t eo fR e s o u r c e sC o m p r e h e n s i v eU t i l i z a t i o n ，G u a n g z h o u5 1 0 6 5 0 ，C h i n a ；2 ．S t a t eK e y L a b o r a t o r yo fR a r eM e t a l sS e p a r a t i o na n dC o m p r e h e n s i v eU t i l i z a t i o n ，G u a n g z h o u5 1 0 6 5 0 ，C h i n a ； 3 ．G u a n g d o n gP r o v i n c eK e yL a b o r a t o r yo fM i n e r a lR e s o u r c e sD e v e l o p m e n ta n d C o m p r e h e n s i v eU t i l i z a t i o n ，G u a n g z h o u5 1 0 6 5 0 ，C h i n a A b s t r a c t I n n e rM o n g o l i aar a r em e t a la s s o c i a t e do r ec o n t a i n s0 ．2 8 ％R E O ，0 ．2 4 ％N b 2 0 5a n d5 ．7 2 ％T F e ， i nw h i c ht h ed i s s e m i n a t i o ns i z e o fr a r ee a r t ha n dn i o b i u mm i n e r a l sa r ev e r yf i n e ．R a r ee a r t hm i n e r a l sa r em a i n l y b a s t n a e s i t ea n dm o n a z i t e ，n i o b i u mm i n e r a l sa r em a i n l yt a n t a l u mn i o b i u mo r ea n dy t t r i u mp o l y c r a s e ，i r o n t i t a n i u m m i n e r a l sa r et i t a n i u mm a g n e t i ch e m a t i t ea n dm a n g a n e s et i t a n i u mi r o no r e ，a n dg a n g u em i n e r a l sa r em a i n l yq u a r t za n d f e l d s p a r ．T h eg r a v i t ys e p a r a t i o n ，m a g n e t i cs e p a r a t i o na n dm a g n e t i cs e p a r a t i o n - - g r a v i t ys e p a r a t i o nc o m b i n e dp r o c e s s a r es t u d i e d ．T h et e s tr e s u l t si n d i c a t et h a tg r a v i t ys e p a r a t i o nh a sp o o re n r i c h m e n te f f e c to nt h ei r o n ，r a r ee a r t ha n d n i o b i u mo ft h er a wo r e ，a n dh i g hg r a d i e n tm a g n e t i cs e p a r a t i o na n dm a g n e t i cs e p a r a t i o n - - g r a v i t ys e p a r a t i o nc o m b i n e d p r o c e s sb o t ho b t a i ng o o dp r e e n r i c h m e n te f f e c t s ．W h e nt h em a t e r i a ls i z ef r a c t i o nw h i c hi s l e s st h a n7 4I x ma c c o u n t s 8 2 ．5 ％，a n dt h em a g n e t i cf i e l di n t e n s i t yi s1 ．0T ，r o u g hc o n c e n t r a t ew i t h3 2 ．5 9 ％T F e ，1 ．5 7 ％R E Oa n d1 ．3 4 ％ N b 2 0 5 c a nb eo b t a i n e dt h r o u g hh i g hg r a d i e n tm a g n e t i cs e p a r a t i o n ，a n dt h e i rr e c o v e r yi s8 5 ．5 7 ％，8 5 ．2 0 ％a n d 8 6 ．9 4 ％r e s p e c t i v e l y ．T h er o u g hc o n c e n t r a t e c a nb es e p a r a t e da n de x t r a c t e dr a r ee a r t h ，n i o b i u ma n di r o nb y m e t a l l u r g i c a lp r o c e s s ． K e yw o r d s r a r em e t a la s s o c i a t e do r e ；r a r ee a r t h ；n i o b i u m ；i r o n ；m a g n e t i cs e p a r a t i o n 稀有金属以其独特的性能和用途，成为信息、生 物、能源、航空航天、超导材料、军工等高技术领域和 国防建设的重要基础材料。随着资源消耗越来越 大，高品位、易选冶的优质资源逐渐枯竭，低品位、难 处理的复杂稀有金属资源的开发利用迫切提上研究 日程。我国内蒙古、新疆、云南、山西、四川、山东等 地蕴藏了丰富的稀有金属资源，矿石中伴生了大量 稀土、铌、钛、钽、锆、铪等稀有金属，具有重要的开发 利用价值引。然而，由于这类资源矿石成分复杂， 有价元素含量低，微细粒矿物多，嵌布关系紧密，从 现有的研究成果来看，尚无行之有效的工艺实现矿 石中稀土、铌、钽、铁等各种有价元素的综合回收，使 基金项目国家自然科学基金资助 5 1 3 0 4 0 5 5 ；广东省自然科学基金资助 2 0 1 3 0 4 0 0 1 5 6 2 5 收稿日期2 0 1 6 - 0 7 ．2 2修回日期2 0 1 6 - 0 9 - 2 2 侄暑简- 夼刘牡丹 1 9 8 2 ． ，女，湖南郴州人，博士，高级工程师。 万方数据 2 0 1 6 年第6 期刘牡丹等某复杂稀有金属伴生矿选矿试验研究 6 1 - 得这类资源至今尚未获得充分利用p 。15 。。 本研究以内蒙古某稀土、铌伴生稀有金属矿为 原料，详细研究了矿石的基本物化性能及主要矿物 嵌布粒度和赋存状态，针对矿石中稀有金属的赋存 状态和解离特性进行了重选、磁选及磁选一重选联 合工艺试验研究，最终获得了可用于后续冶金分离 提取稀土和铌的粗精矿’1 “1 7 j ，为这类资源的综合利 表1 T a b l e1 用提供了新的方法。 1 原料性质 试验所用原料为内蒙古一种稀土、铌伴生稀有 金属矿，对其主要化学成分、粒度分布、矿物组成和 主要矿物嵌布粒度进行了研究，结果如表1 ～4 所示。 原矿主要化学成分 M a i nc h e m i c Mc o m p o s i t i o no fr a wo r e ％ 矿物氟碳铈矿独居石褐帘石氟碳钇铈矿钽铌锰矿 钇复稀金矿钛磁赤铁矿锰钛铁矿褐铁矿 表4原矿主要矿物嵌布粒度 T a b l e4M a i nm i n e r a ld i s s e m i n a t i o ns i z e i nr a wo r e 从表1 可知，原矿中有价元素有稀土、铌、钽、 铁、钛等，其含量分别为0 ．2 8 ％、0 ．2 4 ％、0 ．0 2 ％、 6 ．7 2 ％和0 ．9 3 ％，具有重要的综合回收价值。主要 杂质元素为S i O 和A I O ，，含量分别为6 7 ．8 4 ％和 8 ．5 ％。 从表2 中可知，原矿粒度很粗， 2 0 0 m 粒级 含量达到5 0 ％以上。各粒级铌和稀土的分布基本同 步，各粒级稀土、铌品位差别不大，无富集区间。可 见，原矿难以通过分级方式预先富集稀土和铌。 从表3 可以看到，原矿矿物种类繁多，稀土、铌、 钛、钽、铁等元素形成广泛的类质同象替代，矿物之 间元素互含十分普遍。稀土矿物主要有氟碳铈矿和 独居石，含量分别为0 ．3 6 ％和0 ．2 2 ％，其次还有少 量氟碳钇铈矿和褐帘石。铌矿物主要有钽铌锰矿和 钇复稀金矿，含量分别为0 ．3 8 ％和0 ．1 8 ％，其次还 有少量铌铁金红石、铈烧绿石和铅钍复稀金矿。铁 钛矿物含量约3 ．5 8 ％，主要有钛磁赤铁矿、锰钛铁 矿、褐铁矿和钛铁矿。脉石矿物主要有石英和长石， 含量分别为4 2 ．4 8 ％和3 3 ．6 8 ％，其次还有少量闪 石、高岭石、绿泥石等。 从表4 可知，钽铌锰矿、独居石、铌铁金红石的 嵌布粒度相似，主要集中在2 0 8 0 m 粒级范围，属 细一微细粒嵌布类型；锰钛铁矿、钛磁赤铁矿嵌布粒 度略粗，主要嵌布粒度为4 0 3 2 0I x m ；复稀金矿、氟 碳铈矿类矿物嵌布粒度较微细，约5 0 ％左右集中在 1 0 4 0 恤m 粒级范围，属微细粒嵌布类型。整体而 言，原矿中稀土和铌矿物嵌布粒度细微，铁钛矿物嵌 布粒度则相对略粗。 2 选矿试验研究 原矿中稀土和铌主要赋存于独居石、氟碳铈矿、 氟碳钇铈矿、钽铌锰矿、钇复稀金矿、铌铁金红石、铈 烧绿石、铅钍复稀金矿等矿物中，这些矿物具有电磁 性，密度大，而石英、长石则是非磁性脉石矿物，而且 密度小，因此可采用重选或磁选对原矿进行预先富 万方数据 6 2 -有色金属 选矿部分2 0 1 6 年第6 期 集，使大部分脉石矿物进入尾矿中，有价金属则在精 矿中富集。分别研究了重选、磁选及其联合流程对 稀土、铌、铁富集效果的影响。 2 ．1 重选试验 原矿中稀土和铌的嵌布粒度微细，主要粒度范 围在1 0 1 6 0I x m ，因此将原矿磨矿至一7 4 仙m 含量 占8 5 ％，在摇床上进行重选试验，试验条件及流程如 图1 所示，试验结果如表5 所示。 旺矿 摇床粗选 摇床扫选 一 一 图1摇床选矿试验工艺流程 F i g ．1 F l o w s h e e to fs h a k i n gt a b l e b e n e f i c i a t i o nt e s tp r o c e s s 表5原矿摇床选矿试验结果 T a b l e5 S h a k i n gt a b l eb e n e f i c i a t i o nt e s tr e s u l t so fr a w 0 r e／％ 从表5 可以看到，采用摇床对原矿进行分选，精 矿中稀土、铌、铁品位分别为0 ．8 2 ％、0 ．6 8 ％和 1 5 ．3 9 ％，富集程度较低，而且三者的回收率也较低， 仅为5 0 ％左右。可见，重选对原矿预富集效果不 理想。 2 ．2 高梯度磁选试验 2 ．2 ．1 不同磁场强度的选别结果 磁选试验在立环高梯度磁选机中进行，将原矿 磨至一7 4 恤m 占5 0 ％，改变磁场强度进行试验，分别 获得磁选精矿和磁选尾矿，试验结果见表6 。 从表6 可以看出，随着磁场强度从0 ．6T 升高到 1 ．0T ，精矿R E O 含量从1 ．1 6 ％降低到1 ．0 3 ％，N b 2 0 5 含量从1 ．0 1 ％降低到0 ．8 8 ％，铁含量从2 4 ．2 6 ％降低 到2 1 ．6 8 ％，而三者的回收率分别从7 8 ．4 2 ％、7 9 ．6 6 ％ 和8 0 ．2 9 ％升高到8 2 ．1 8 ％、8 1 ．9 1 ％和8 4 ．6 7 ％。这主 要是因为磁场强度提高，夹杂或连生于磁性物中的非 磁性颗粒也进入磁性物中。随着磁场强度进一步升 高到1 ．2T ，精矿各项指标变化幅度不大，综合考虑， 适宜的磁场强度为1 ．0T 。 表6磁场强度试验结果 T a b l e6 M a g n e t i cf i e l di n t e n s i t yt e s tr e s u l t s ，‘％ 2 ．2 ．2 不同磨矿细度的选别结果 磨矿细度决定了矿物的单体解离程度，对矿物 分选效果影响很大。由于矿石中稀土和铌的嵌布粒 度微细，因此必须通过细磨才能使有用矿物单体解 离而得到分选，本节在磁场强度1 ．0T 的条件下改变 磨矿细度进行磁选试验，分别获得磁选精矿和磁选 尾矿，试验结果如表7 所示。 表7磨矿细度试验结果 T a b l e7 G r i n d i n gf i n e n e s st e s tr e s u l t s ，％ 从表7 可以看到，随着矿石磨矿细度从一7 4 斗m 含量占5 0 ％增加到8 2 ．5 ％，精矿分选指标得到较大 幅度提高，R E O 、N b O ，和铁含量分别从1 ．0 3 ％、 万方数据 2 0 1 6 年第6 期刘牡丹等某复杂稀有金属伴生矿选矿试验研究 6 3 0 ．8 8 ％和2 1 ．6 8 ％升高到1 ．5 7 ％、1 ．3 4 ％和 3 2 ．5 9 ％，三者的回收率分别从8 2 ．1 8 ％、8 1 ．9 1 ％和 8 4 ．6 7 ％升高到8 5 ．5 7 ％、8 5 ．2 0 ％和8 6 ．9 4 ％。当磨 矿细度进一步增加至一7 4 斗m 含量占9 3 ％，精矿 R E O 、N b O ，和铁品位进一步增加，但三者回收率则 出现较大幅度降低。可见，随着磨矿细度增加，矿物 单体得到较充分解离，磁选效果增强，精矿品位及回 收率均得到显著改善，但是磨矿细度太细，大量微细 粒矿物进入非磁性物中，使得磁性物产率降低，因此 精矿回收率开始降低。可见，适宜的磨矿细度为 一7 4L L m 含量占8 2 ．5 ％左右。 从磁选试验结果可知，在磁场强度1 ．0T ，磨矿 细度为一7 4 斗m 含量占8 2 ．5 ％的条件下，可获得较 理想的分选指标，精矿中稀土、铌、铁含量分别为 1 ．5 7 ％、1 ．3 4 ％和3 2 ．5 9 ％，三者回收率分别为 8 5 ．5 7 ％、8 5 ．2 ％和8 6 ．9 4 ％。 2 ．3 磁选一重选联合工艺试验 研究了磁选一重选联合流程对原矿的分选效 果，试验条件及工艺流程见图2 ，试验结果如表8 所示。 ㈦矿 图2 原矿磁选一重选联合工艺流程图 F i g ．2 H o w s h e e to fm a g n e t i cs e p a r a t i o n g r a v i t y s e p a r a t i o nc o m b i n e dp r o c e s s 表8磁选一重选联合工艺试验结果 T a b l e8T e s tr e s u l t so f m a g n e t i cs e p a r a t i o n g r a v i t y s e p a r a t i o nc o m b i n e dp r o c e s s ，％ 产品 名称 精矿 中矿 尾矿 给矿 作业 产率 品位 R E 0N b ，O ‘F e 1 ．5 11 ．3 13 2 ．2 4 O ．2 8 0 ．3 4 6 ．5 2 O ．0 5O ．0 30 ．6 6 O ．2 8O ．2 45 ．7 2 R E 0 8 3 ．2 1 3 ．2 2 1 3 ．5 7 1 0 0 ．O 回收率 N b 2 0 5 8 4 ．2 2 4 ．5 6 1 1 ．2 2 1 0 0 ．0 F e 8 6 ．9 7 3 ．6 7 9 ．3 6 1 0 0 ．O 1 5 ．4 3 3 ．2 2 8 1 ．3 5 1 0 0 ．0 从表8 可以看到，采用磁选一重选联合工艺处 理原矿，经过一次粗选一次精选一次扫选，精矿 R E O 、N b O ，和铁含量分别从0 ．2 8 ％、0 ．2 4 ％和 5 ．7 2 ％升高到1 ．5 1 ％、1 ．3 1 ％和3 2 ．2 4 ％，而三者的 回收率分别为8 3 ．2 1 ％、8 4 ．2 2 ％和8 6 ．9 7 ％。与原矿 磁选试验结果相比，精矿品位稍有升高，而回收率则 有一定幅度下降，整体分离效果逊于直接磁选工艺。 3结论 1 本研究所用原料为内蒙古一种R E O 含量 0 ．2 8 ％、N b O ，含量0 ．2 4 ％、铁品位5 ．7 2 ％的稀有金 属伴生矿。原矿矿物种类繁多，稀土、铌、钛、钽、铁 等元素形成广泛的类质同象替代。稀土矿物主要有 氟碳铈矿和独居石，其次是少量氟碳钇铈矿和褐帘 石；铌矿物主要有钽铌锰矿和钇复稀金矿，其次是少 量铌铁金红石、铈烧绿石和铅钍复稀金矿；铁钛矿物 有钛磁赤铁矿、锰钛铁矿、褐铁矿和钛铁矿；脉石矿 物主要有石英和长石。稀土在独立矿物、铌矿物和 脉石矿物中的占有率分别为4 0 ．6 6 ％、4 3 ．3 4 ％和 1 6 ％。铌在钽铌锰矿和复稀金矿中占有率达到 7 0 ．1 1 ％，另外在铁钛矿物和脉石矿物的占有率分别 为1 0 ．7 6 ％和1 4 ．8 7 ％。原矿中稀土和铌的嵌布粒 度微细，5 0 ％左右集中在1 0 ～4 0 斗m 粒级范围。 2 分别研究了重选、磁选及磁选一重选联合流 程对原矿稀土、铌、铁的预富集效果。结果表明，重 选对原矿中铁、稀土和铌的预富集效果不理想，高梯 度磁选和磁选一重选联合工艺可获得较好的预富集 效果。在磨矿细度一7 4 岬含量占8 2 ．5 ％，磁场强度 1 ．0T 的条件下，高梯度磁选试验可获得T F e 3 2 ．5 9 ％、R E O 含量1 ．5 7 ％、N b O ，含量1 ．3 4 ％的粗精 矿，三者回收率分别为8 5 ．5 7 ％、8 5 ．2 ％和8 6 ．9 4 ％，粗 精矿可采用冶金工艺分离提取稀土、铌、铁。 参考文献 [ 1 ] 赵增祺．关于如何保护和利用好我国白云鄂博稀土矿资 源的建议与思考[ J ] ．稀土信息，2 0 1 l 5 5 _ 7 ． [ 2 ] 杨武斌，罗勇，单强，等．内蒙古巴尔哲稀有稀土多 金属矿床特征[ J ] ．矿物学报，2 0 0 9 增刊1 2 6 6 ． [ 3 ] 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