某地难选冶稀土矿工艺矿物学特性研究.pdf

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书书书 2 0 2 0年第5期有色金属( 选矿部分) 收稿日期2 0 1 9 - 1 1 - 0 8 基金项目 四川省科技计划重点研发项目(2 0 1 8 S Z 0 2 9 7) ; 四川省地矿局科技计划项目( 川地矿办[2 0 1 8]1 9 9号) ; 四川省地质矿产勘查开发局 成都综合岩矿测试中心科技计划项目(C C K J - 2 0 1 9 - 0 7) 作者简介 何婷(1 9 8 7-) , 女, 工程师, 硕士, 主要从事资源综合利用研究。E - m a i lf l y f i s h l l @1 6 3 . c o m d o i1 0 . 3 9 6 9/j . i s s n . 1 6 7 1 - 9 4 9 2 . 2 0 2 0 . 0 5 . 0 0 1 某地难选冶稀土矿工艺矿物学特性研究 何 婷1 , 2, 余新文1,2, 杨晓军1,2, 陈福林1,2, 喻福涛1,2, 刘志刚1,2 ( 1 .四川省地质矿产勘查开发局 成都综合岩矿测试中心 ( 国土资源部成都矿产资源监督检测中心) , 成都6 1 0 0 8 1; 2 .稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室, 成都6 1 0 0 8 1) 摘 要根据矿物性质及研究目的, 采用化学分析、 粒度分析、 物相分析、 显微鉴定、ML A矿物自动分析及扫描电子显微 镜等手段对该稀土矿进行了详细工艺矿物学特性研究。结果表明, 矿石中主要矿物为角闪石、 长石、 榍石、 方解石, 独居石矿 物粒度主要集中在0 . 0 0 2~0 . 0 1 mm, 且多以包裹体的形式赋存于角闪石和榍石等矿物中。矿石中稀土T R E O含量为 1 . 3 5 7%, 且稀土主要以独居石的矿物相形式存在, 是难选冶稀土矿石。 关键词稀土矿; 难选冶; 工艺矿物学; 独居石 中图分类号T D9 1 文献标志码A 文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2(2 0 2 0)0 5 - 0 0 0 1 - 0 4 S t u d yo nP r o c e s sM i n e r a l o g yC h a r a c t e r i s t i c so fR e f r a c t o r y R a r eE a r t hO r eS o m e w h e r e HET i n g 1,2, Y UX i n w e n 1,2, Y ANGX i a o j u n 1,2, CHENF u l i n 1,2, Y UF u t a o 1,2, L I UZ h i g a n g 1,2 ( 1 . C h e n g d uA n a l y t i c a l& T e s t i n gC e n t e r,S i c h u a nB u r e a uo f G e o l o g y& M i n e r a lR e s o u r c e s(C h e n g d uM i n e r a lR e s o u r c e sS u p e r v i s i o na n d T e s t i n gC e n t e r,M i n i s t r yo fL a n da n dR e s o u r c e s) ,C h e n g d u 6 1 0 0 8 1,C h i n a; 2 . E v a l u a t i o na n dU t i l i z a t i o no fS t r a t e g i cR a r eM e t a l sa n dR a r eE a r t hR e s o u r c eK e y L a b o r a t o r yo fS i c h u a nP r o v i n c e,C h e n g d u 6 1 0 0 8 1,C h i n a) A b s t r a c tA c c o r d i n gt ot h em i n e r a lp r o p e r t i e sa n dr e s e a r c hp u r p o s e s,c h e m i c a la n a l y s i s,p a r t i c l es i z e a n a l y s i s,p h a s ea n a l y s i s,m i c r o s c o p i ci d e n t i f i c a t i o n,ML A m i n e r a la u t o m a t i ca n a l y s i sa n ds c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p yw e r eu s e dt o i n v e s t i g a t ed e t a i l e dp r o c e s sm i n e r a l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c so f t h e r a r ee a r t ho r e s .T h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h e m a i n m i n e r a l si nt h er a r ee a r t h o r e s w e r eh o r n b l e n d e,f e l d s p a r,s p h e n ea n d c a l c i t e .T h ep a r t i c l es i z eo fm o n a z i t ew a sm a i n l yb e t w e e n0 . 0 0 20 . 0 1mm,a n dm o s to ft h e mo c c u r r e di n h o r n b l e n d ea n ds p h e n e i nt h e f o r mo f i n c l u s i o n s .T h eT R E Oc o n t e n t o f t h e r a r e e a r t ho r e sw a s 1 . 3 5 7%,a n d t h er a r ee a r t hm a i n l ye x i s t e d i nt h e f o r mo fm o n a z i t em i n e r a lp h a s e . I t ′ sd i f f i c u l t t om i n er a r ee a r t hm i n e . K e yw o r d sr a r ee a r t hm i n e;r e f r a c t o r y;p r o c e s sm i n e r a l o g y;m o n a z i t e 稀土作为一种重要的金属原料, 广泛应用于冶 金、 石油、 军事、 化工、 玻璃、 电子、 原子能、 环保和农 业等领域[ 1 - 2]。我国稀土资源储量一直处于世界首 位。根据美国地质调查局2 0 1 8年数据, 中国稀土 储量的占有率达到世界稀土的3 3 . 8 4%[ 3], 它被人 们誉为新世纪高科技及功能材料的宝库, 是发展高 新技术的战略性元素[ 4]。稀土元素在自然界中主 要以独立矿物、 类质同象和离子状态形式存在, 但 根据稀土矿床的成因, 稀土矿主要可分为矿物型和 风化型两类。矿物型稀土矿以氟碳铈矿与独居石 为典型。风化型稀土矿多为离子型, 稀土以离子状 态吸附在黏土矿物上。我国稀土集中分布在内蒙 古的白云鄂博、 江西赣南、 广东粤北、 四川凉山和山 东微山等地, 形成北、 南、 东、 西的分布格局, 并且有 1 万方数据 有色金属( 选矿部分) 2 0 2 0年第5期 “ 北轻南重” 的分布特点[ 5]。目前, 世 界 上 已 知 的 稀土矿物及含有稀土元素的矿物有2 5 0多种, 稀 土元素含量较高的矿物有6 0多种[ 6], 轻稀土矿物 主要有独居石、 氟碳铈矿、 氟菱钙铈矿; 重稀土矿 物主要有磷钇矿、 硅铍钇矿、 褐钇铌矿及离子吸附 型稀土矿等。目前开发利用的稀土矿物主要有五 种 氟碳铈 矿、 离 子 吸 附 型 稀 土 矿、 独 居 石 矿、 磷 钇矿和 磷 灰 石 矿, 前 四 种 矿 占 世 界 稀 土 产 量 的 9 5%以上 [7]。 本文以某地难选冶稀土矿为研究对象, 对矿石 进行了化学分析、 岩矿鉴定、ML A矿物自动分析及 扫描电子显微镜等系统研究, 查明了该稀土矿物的 类型、 赋存状态、 嵌布特征等工艺参数, 为该稀土矿 的选冶加工性能的评判提供技术指导。 1 试样化学组成 对稀土矿代表性试样进行化学多成分分析、 稀 土物相分析, 结果分别见表1、 表2。 表1 试样化学多成分分析结果 T a b l e1 T h er e s u l t so f c h e m i c a lm u l t i c o m p o s i t i o na n a l y s i so f s a m p l e /% 化学成分 T R E OS i O2A l2O3C a OF e2O3K2OM g ON a2OT i O2S r OS 有机碳 含量 1 . 3 5 74 1 . 9 41 0 . 8 51 1 . 4 51 1 . 8 51 . 8 26 . 4 32 . 2 63 . 8 50 . 0 9 360 . 1 30 . 2 9 表2 试样稀土化学物相分析结果 T a b l e2 T h er e s u l to f r a r ee a r t hc h e m i c a l p h a s ea n a l y s i so f s a m p l e /% 稀土物相含量分布率 离子相 0 . 0 1 10 . 8 1 矿物相 1 . 3 4 69 9 . 1 9 T R E O1 . 3 5 71 0 0 . 0 由表1和表2可知, 试样中稀土T R E O含量为 1 . 3 5 7%, 且 稀 土 主 要 以 矿 物 相 的 形 式 存 在, 占 9 9 . 1 9 %。主要杂质组分为S i O2、F e2O3、C a O、A l2O3。 2 试样- 2mm 粒度分析 试样-2mm粒度组成及稀土分布结果见表3。 表3 试样-2mm粒度组成分析结果 T a b l e3 T h er e s u l to f t h e-2mm p a r t i c l es i z ec o m p o s i t i o na n a l y s i so f s a m p l e 粒级/ mm 产率/ % 产率/% T R E O品位/% 个别累积个别累积 T R E O 分布率/% -2 . 0 0+1 . 0 03 8 . 6 8 3 8 . 6 8 3 8 . 6 8 1 . 3 9 5 1 . 3 9 53 9 . 2 5 -1 . 0 0+0 . 4 51 7 . 3 6 1 7 . 3 6 5 6 . 0 4 1 . 3 4 5 1 . 3 8 01 6 . 9 9 -0 . 4 5+0 . 1 51 8 . 1 7 1 8 . 1 7 7 4 . 2 1 1 . 3 9 0 1 . 3 8 21 8 . 3 7 -0 . 1 5+0 . 0 7 47 . 6 77 . 6 7 8 1 . 8 8 1 . 4 6 8 1 . 3 9 08 . 1 9 -0 . 0 7 4+0 . 0 4 53 . 8 93 . 8 9 8 5 . 7 7 1 . 1 7 4 1 . 3 8 03 . 3 2 -0 . 0 4 5+0 . 0 3 81 . 2 31 . 2 3 8 7 . 0 0 1 . 1 4 3 1 . 3 7 71 . 0 2 -0 . 0 3 81 3 . 0 0 1 3 . 0 0 1 0 0 . 0 1 . 3 6 0 1 . 3 7 51 2 . 8 6 试样 1 0 0 . 0 由表3可知,-2mm试样中8 2 . 8 0%的稀土矿 物分布于-2+0 . 0 7 4mm,-0 . 0 7 4mm分布较少。 3 主要矿物嵌布特征 岩石具显微-细粒粒状片状变晶结构, 主要矿物 为角闪石、 其次为斜长石、 榍石、 黑云母、 方解石、 石 英, 岩石中金属矿物可见钛铁矿、 针铁矿, 偶见磁黄 铁矿, 星散浸染状构造, 见图1、 2。 图1 榍石、 角闪石、 黑云母绿泥石化 F i g . 1 S p h e n e,h o r n b l e n d ea n db i o t i t ec h l o r i t i z a t i o n 图2 钛铁矿 F i g . 2 I l m e n i t e 角闪石呈半自形柱粒状, 粒度在0 . 1~0 . 3mm, 少量< 0 . 1mm, 颗粒之间紧密镶嵌, 定向排列, 整体分 布较均匀, 仅在局部相对呈层状集中分布; 黑云母呈 2 万方数据 2 0 2 0年第5期何 婷等 某地难选冶稀土矿工艺矿物学特性研究 片状, 粒度在0 . 0 6 ~0 . 1 5mm, 发生绿泥石化, 局部有 少量残余, 与角闪石混杂, 定向排列, 分布不均匀, 局 部层位集中分布; 斜长石呈它形粒状, 粒度在0 . 0 2~ 0 . 0 6mm, 部分发生轻微绢云母化, 有轻微拉长, 颗粒之 间紧密镶嵌, 分布在黑云母和角闪石之间, 均匀分布; 榍 石呈它形粒状, 粒度在0 . 0 1 ~ 0 . 0 3m m, 呈短条带状集 合体分布在角闪石和黑云母集合体之间, 均匀分布; 方 解石呈它形粒状, 粒度在0 . 0 5~0 . 3m m, 个别可达 0 . 7m m, 分布不均匀, 局部呈条带状集中分布; 石英呈它 形粒状, 粒度与斜长石相当, 与斜长石混杂, 星散分布。 钛铁矿呈它形粒状, 少量半自形板状, 粒度在 0 . 0 2 ~ 0 . 1 2mm之间, 独立嵌布在非金属矿物间, 与 非金属接触面呈圆弧状, 均匀星散分布; 针铁矿粒度 在0 . 0 5 ~ 0 . 1 5mm, 部分呈它形粒状及其集合体, 外形 为半自形粒状, 推测为交代磁黄铁矿, 个别内部可见少量 磁黄铁矿残余, 均匀星散分布; 磁黄铁矿呈它形粒状, 粒 度在0 . 0 1 ~ 0 . 0 2m m, 偶见于个别针铁矿集合体内部。 4 矿物组成 通过ML A矿物参数自动分析仪检测分析, 试 样矿物组成见表4。ML A基本原理是通过电镜软 件、 能谱分析技术与ML A软件的结合, 试验样品自 动位移, 背散射电子图像颗粒化处理, 区分不同物 相, 自动采集不同物相的能谱数据, 利用电子束产生 的X射线能谱鉴定矿物化学成分, 通过建立的样品 矿物标准库, 计算机自动拟合计算后获得工艺矿物 学参数。ML A分析测定的试样矿物组成见表4, 试 样中铈(C e) 、 镧(L a) 、 钕(N d) 、 镨(P r) 元素的化学物 相分析结果分别见表5~8。 表4 试样矿物组成 T a b l e4 M i n e r a l c o m p o s i t i o no f s a m p l e /% 矿物含量矿物含量 角闪石 3 8 . 2 7 钛铁矿 1 . 2 7 长石 2 5 . 4 8 磁铁矿 0 . 0 1 榍石 8 . 0 8 方铅矿 0 . 0 0 4 石英 1 . 9 9 白云石 0 . 0 5 赤铁矿 2 . 2 6 锆石 0 . 0 1 白铁矿 0 . 2 1 金红石 0 . 0 7 方解石 6 . 2 黄钾铁矾 0 . 4 5 石榴子石 4 . 1 8 黄铜矿 0 . 0 1 磷灰石 2 . 1 7 天青石 0 . 0 0 2 氟碳铈矿 0 . 0 1 伊利石 0 . 4 1 绿泥石 4 . 4 5 其他矿物 0 . 1 3 4 黑云母 4 . 2 8 合计 1 0 0 . 0 表5 试样中铈(C e) 元素的化学物相分析结果 T a b l e5 T h er e s u l to f c h e m i c a l p h a s e a n a l y s i so f c e r i u m(C e)i nt h es a m p l e /% 相别 角闪石中 的铈 榍石中 的铈 氟碳铈矿中 的铈 绿泥石中 的铈 总铈 含量 0 . 3 2 40 . 1 0 30 . 0 0 50 . 1 5 40 . 5 8 6 占有率 5 5 . 2 91 7 . 5 80 . 8 52 6 . 2 81 0 0 . 0 表6 试样中镧(L a) 元素的化学物相分析结果 T a b l e6 T h er e s u l to f c h e m i c a l p h a s e a n a l y s i so f l a n t h a n u m(L a)i nt h es a m p l e/% 相别角闪石中的镧榍石中的镧氟碳铈矿中的镧总镧 含量 0 . 2 4 70 . 0 2 50 . 0 0 30 . 2 7 5 占有率 8 9 . 8 29 . 0 91 . 0 91 0 0 . 0 表7 试样中钕(N d) 元素的化学物相分析结果 T a b l e7 T h er e s u l to f c h e m i c a l p h a s e a n a l y s i so fn e o d y m i u m(N d)i nt h es a m p l e/% 相别角闪石中的钕 磷灰石中的钕 氟碳铈矿中的钕总钕 含量 0 . 1 1 80 . 3 6 50 . 0 0 20 . 4 8 5 占有率 2 4 . 3 37 5 . 2 60 . 4 11 0 0 . 0 表8 试样中镨( P r) 元素的化学物相分析结果 T a b l e8 T h er e s u l to f c h e m i c a l p h a s ea n a l y s i s o fp r a s e o d y m i u m(P r)i nt h es a m p l e /% 相别角闪石中的镨总镨 含量 0 . 0 2 90 . 0 2 9 占有率 1 0 0 . 01 0 0 . 0 ML A分析结果表明该稀土矿试样中主要矿物 为角闪石、 长石、 榍石、 方解石, 少量石榴子石、 绿泥 石、 黑云母、 磷灰石、 石英、 赤铁矿、 钛铁矿等, 在系统 考察的矿物颗粒中仅极少量稀土矿物可以被定义为 氟碳铈矿, 根据ML A分析测定试样中的铈(C e) 主 要分布在角闪石、 绿泥石和榍石中; 镧(L a) 主要分布 在角闪石和榍石中; 钕(N d) 主要赋存于磷灰石、 角 闪石中; 镨( P r) 主要赋存于角闪石中。 5 扫描电子显微镜分析 由试样稀土化学物相分析结果可以看出, 该稀 土矿中稀土主要以矿物形式存在, 离子相稀土仅占 0 . 8 1%, 而试样岩矿鉴定在光学显微镜镜下未见独 立的稀土矿物,ML A系统检测分析中也仅极少量矿 物被定义为氟碳铈矿, 为进一步查明该稀土矿物中 稀土的赋存状态, 对试样进行了扫描电子显微镜分 析, 见图3、 4。 3 万方数据 有色金属( 选矿部分) 2 0 2 0年第5期 图3 独居石及角闪石中扫描电子显微镜及能谱图 F i g . 3 S c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p ya n de n e r g ys p e c t r u mo fm o n a z i t e i nh o r n b l e n d e 图4 独居石及榍石中扫描电子显微镜及能谱图 F i g . 4 S c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p ya n de n e r g ys p e c t r u mo fm o n a z i t e i ns p h e n e 根据试样扫描电子显微镜及能谱分析可知, 稀 土元素的主要载体矿物为独居石。独居石矿石颗粒 最小为0 . 0 0 2mm, 绝大部分小于0 . 0 1mm, 且多以 包裹体的形式赋存于角闪石、 榍石等矿物中。 6 结论 1) 试样中稀土T R E O含量为1 . 3 5 7%,9 9 . 1 9% 稀土物相为矿物相, 离子相稀土仅占稀土总含量的 0 . 8 1%, 因此确定该稀土矿为矿物型稀土矿。 2) 岩矿鉴定可知, 矿石中主要含角闪石、 阳起 石、 斜长石、 云母、 榍石、 方解石, 少量绿帘石、 石英、 钛铁矿、 黄铁矿、 黄铜矿。 3)ML A检测结果显示, 样品中铈(C e) 主要分 布在角闪石、 绿泥石和榍石中; 镧(L a) 主要分布在 角闪石和榍石中; 钕(N d) 主要分布在磷灰石和角 闪石中; 镨(P r) 主要分布在角闪石中, 测试的样品除 极少量矿物可以被定义为氟碳铈矿外, 目标元素主 要分布在角闪石、 榍石、 绿泥石等脉石矿物中。 4) 扫描电子显微镜分析显示, 独居石为主要含稀 土元素的矿物。独居石矿石颗粒最小的约0 . 0 0 2m m, 且绝大部分小于0 . 0 1mm, 多以包裹体的形式赋存 于角闪石、 榍石等矿物中, 造成了独居石矿物与脉石 矿物无法有效解离从而达到分离富集的目的。 5) 在现今技术经济条件下, 该稀土矿难以高效 综合利用, 但可作为远景稀土储量储备。 参考文献 [1] 池汝安, 王淀佐.稀土选矿与提取技术[M].北京 科学 出版社, 1 9 9 62 6 - 2 8. 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S t a t u sa n dd e v e l o p m e n to f r a r e e a r t ho r eb e n e f i c i a t i o n i nC h i n a[C] / /2 0 0 7c o l l e c t e d ( 下转第1 0页) 4 万方数据 有色金属( 选矿部分) 2 0 2 0年第5期 4) 矿石中的部分银矿物分布于闪锌矿中, 在选 矿过程中容易随闪锌矿进入到锌精矿, 而锌精矿中 银较难计价; 同时, 还有2 0%左右的银分布于氧化铅 和脉石矿物中, 这些银矿物粒度极其微细, 在磨矿过 程中不易解离而损失在尾矿中。 5) 矿石中存在大量的绢云母、 黑云母及绿泥石 等层状硅酸岩矿物, 在磨矿过程中容易生成矿泥进 而恶化选矿环境, 在磨选作业过程应重点关注。 参考文献 [1] 王蓓, 单勇, 赵培樑, 等.工艺矿物学对难选矿石评价的 意义[J].矿产综合利用, 2 0 1 5(1) 5 8 - 6 0,5 0. WAN G B e i,S HAN Y o n g,Z HA O P e i l i a n g,e t a l . S i g n i f i c a n c eo fp r o c e s s m i n e r a l o g yf o re v a l u a t i o n o f r e f r a c t o r yo r e[J]. C o m p r e h e n s i v eU t i l i z a t i o no fM i n e r a l R e s o u r c e s,2 0 1 5(1) 5 8 - 6 0,5 0. [2] 胡为柏.浮选 [M].修 订 版.北 京 冶 金 工 业 出 版 社, 1 9 8 2. HU W e i b a i . F l o t a t i o n[M]. R e v i s i o n . B e i j i n gM e t a l l u r g i c a l I n d u s t r yP r e s s,1 9 8 2. [3] 贾木欣, 应平, 付强.从工艺矿物学角度探讨某些难处 理资源开发利用中的问题[J].有色金属( 选矿部分) , 2 0 1 5(2) 1 - 4,1 0. 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