我國鉭鈮資源的特征及選礦技術(shù)*

程 征 伍喜慶 楊平偉

(中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院)

鉭與鈮性質(zhì)相似，均屬高熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)(鉭的熔點(diǎn)為2 996℃、沸點(diǎn)為5 425℃，鈮的熔點(diǎn)為2 468℃，沸點(diǎn)為4 742℃)稀有金屬，鋼灰色澤，延展性和導(dǎo)熱性好，抗腐蝕性強(qiáng)。目前鉭鈮金屬、合金和化合物廣泛應(yīng)用于電子、鋼鐵、化工、冶金、原子能及航空航天工業(yè)，超導(dǎo)技術(shù)、現(xiàn)代戰(zhàn)略武器、醫(yī)療器械領(lǐng)域也多有應(yīng)用。20世紀(jì)60年代開始，我國陸續(xù)建設(shè)了新疆可可托海、江西宜春、廣西栗木、內(nèi)蒙古包頭等鉭鈮礦選礦廠，至20世紀(jì)90年代，我國已形成從礦山、冶煉到合金加工、電容器和鈮鋼生產(chǎn)等完整的產(chǎn)、學(xué)、研體系［1-2］。

1 我國鉭、鈮資源的特點(diǎn)［3-10］

鉭和鈮廣泛分布于各類巖石中，在地殼中的平均含量分別為2.5 g/t和20 g/t。鉭鈮礦床的特點(diǎn)是類型多、成礦復(fù)雜、分布稀少。鉭鈮礦床類型大致可分為內(nèi)生礦床、區(qū)域變質(zhì)礦床、外生礦床等3大類。目前我國開采利用的幾乎都屬內(nèi)生礦床，內(nèi)生礦床又分為以下3種類型:①偉晶巖礦床。由富含揮發(fā)組分和稀有金屬的巖漿經(jīng)過結(jié)晶分異作用、交代作用富集而成，這類礦床主要產(chǎn)在花崗巖類巖石中，目前我國的鉭鈮主要來自此類型礦床。②巖漿礦床。由巖漿中存在的礦質(zhì)經(jīng)結(jié)晶分異作用、熔離作用富集而成，這類礦床大多產(chǎn)在鎂鐵質(zhì)和超鎂鐵質(zhì)巖石中。③氣化熱液礦床。含礦的熱氣、熱液在巖石中運(yùn)動(dòng)時(shí)，以充填作用、交代作用等方式沉淀出礦質(zhì)并富集而成，此類型鉭鈮礦床的典型代表為內(nèi)蒙古白云鄂博多金屬礦。

從開發(fā)利用角度分析，我國鉭鈮資源有如下主要特點(diǎn):

(1)單一礦床少，共伴生礦床多，綜合利用價(jià)值大。例如白云鄂博鐵－稀土－鈮綜合性礦床既是我國最大的鈮資源儲藏地，也是我國最重要的稀土供應(yīng)地，其中共(伴)生的鈮資源占全國鈮儲量的70%以上。由于白云鄂博鈮礦物嵌布粒度細(xì)，分散程度高，目前對鐵和稀土的回收較為有效，鈮礦物的回收利用率則較低?？煽赏泻５V區(qū)是國內(nèi)著名的大型稀有金屬花崗巖礦床，富含鋰、銣、銫、鈹、鈮、鉭等，目前，可可托海礦區(qū)主要產(chǎn)品有鋰輝石、綠柱石、鉭鈮礦，此外還回收了云母和長石。福建南平大型花崗偉晶巖鉭鈮礦床，含氧化鉭0.03%，并伴有錫礦物，非金屬礦物主要是長石、石英、云母等，目前該選廠除獲得鉭鈮精礦和錫精礦外還從尾礦中回收了占選礦廠原礦處理量50% ～55%的長石粉，礦產(chǎn)資源綜合利用率達(dá)65%，基本上實(shí)現(xiàn)了資源的整體開發(fā)利用，社會效益、經(jīng)濟(jì)效益顯著。江西宜春鉭鈮礦體屬鈉長石化、云英巖化、鋰云母化花崗巖，該礦是中國目前鉭、鈮、鋰的主要原料基地之一，主要產(chǎn)品有鉭鈮精礦、鋰云母精礦以及長石粉。

(2)礦石品位低，鉭鈮礦物多與其他礦物密切共生。我國規(guī)定的鉭鈮礦床儲量計(jì)算的最低工業(yè)品位指標(biāo)為(Ta，Nb)2O5品位0.016%，明顯低于國外主要的鉭鈮生產(chǎn)國。大部分鉭鈮礦床鉭鈮品位都接近或僅略高于最低工業(yè)品位，Ta2O5品位超過0.02%的幾乎沒有，Nb2O5品位超過0.1%的也僅有個(gè)別礦山。由于礦石鉭鈮品位低，選礦比勢必會很高，使得多數(shù)鉭鈮選礦廠的選礦回收率介于40%到65%之間。我國一些大型、特大型鉭鈮礦品位及儲量情況如表1所示。

(3)分布較為集中，有利于建設(shè)規(guī)模較大的采選冶聯(lián)合企業(yè)。鈮礦分布高度集中，內(nèi)蒙古白云鄂博、扎魯特旗巴爾哲和湖北竹山廟埡等3大礦區(qū)的鈮資源約占全國鈮儲量的96%;鉭礦主要分布在江西、內(nèi)蒙古、廣西、湖南、廣東等5省區(qū)，宜春鉭鈮礦床、扎魯特旗巴爾哲礦床和廣東泰美鉭鈮礦床占我國探明鉭資源的一半以上。

2 鉭鈮礦的選礦技術(shù)

鉭鈮礦物的密度多在4.5 t/m3以上，而我國鉭鈮礦床中的脈石礦物大多是以長石、石英、云母等為主的硅酸鹽礦物，密度多在2～3 t/m3之間。根據(jù)礦物重力分選難易程度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［11］可知，我國大多數(shù)鉭鈮礦石屬易重選分離或極易重選分離礦石類型，采用重選工藝通常可獲得較好的預(yù)富集效果。但是對于鉭鈮礦物嵌布粒度微細(xì)、以及綜合回收礦物與脈石礦物密度相近或鉭鈮礦物與綜合回收礦物密度相近的礦石來說，由于受分選粒度下限限制、分選密度相當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊?，重選方法很難獲得滿意的富集效果。不同類型的礦石，鉭鈮礦選礦方法不同，大致可分為3種類型。

表1 我國大型、特大型鉭鈮礦基本情況［2］

(1)礦石中僅鉭鈮礦物密度較大且嵌布粒度較粗，其他有用礦物和脈石礦物密度均較小。此類礦石通常以重選獲得鉭鈮粗精礦或直接獲得合格鉭鈮精礦，重選尾礦再磨后采用重選或重選與磁選相結(jié)合工藝進(jìn)行掃選作業(yè)，獲得另一部分合格鉭鈮精礦，如宜春鉭鈮礦和新疆可可托海鋰、鈹、鉭鈮多金屬礦等。

宜春鉭鈮礦主要有用礦物有富錳鈮鉭鐵礦、細(xì)晶石、含鉭錫石，其次為鋰云母，脈石主要有石英和長石，其他少量礦物有磁鐵礦、石榴石等。富錳鈮鉭鐵礦和含鉭錫石粒度一般為0.3～0.1 mm，細(xì)晶石粒度一般為0.2～0.08 mm。目前選礦廠包括洗礦破碎段、磨礦重選段、原生細(xì)泥段、次生細(xì)泥段、鋰云母浮選段、長石重選回收段等6個(gè)部分。原礦經(jīng)洗礦破碎后進(jìn)入一段磨礦，磨礦產(chǎn)品經(jīng)螺旋溜槽粗選、搖床精選得到粗粒級鉭鈮精礦;一段重選尾礦經(jīng)螺旋分級機(jī)分級，返砂進(jìn)入二段開路磨礦，磨礦產(chǎn)物經(jīng)弱磁選脫鐵后進(jìn)入螺旋溜槽粗選、搖床精選得到細(xì)粒鉭鈮精礦;原生泥(0.2～0 mm)以旋轉(zhuǎn)螺旋溜槽、搖床選別鉭鈮礦物;次生泥采用鋪布溜槽回收鉭鈮礦物［7］。

新疆可可托海礦系花崗偉晶巖鋰鈹、鉭鈮、銣銫多金屬礦床，主要鉭鈮礦物為錳鉭礦、鉭鈮錳礦、細(xì)晶石;綠柱石和鋰輝石為主要的鈹?shù)V物和鋰礦物;石英和長石為主要脈石礦物。礦石經(jīng)一段棒磨、旋轉(zhuǎn)螺旋溜槽選礦得鉭鈮粗精礦，重選尾礦經(jīng)二段球磨、旋轉(zhuǎn)螺旋溜槽掃選得鉭鈮掃精礦，鉭鈮粗精礦與掃精礦合并后經(jīng)弱磁選除鐵，非磁性礦物搖床選礦得鉭鈮精礦1，搖床尾礦球磨機(jī)再磨、搖床再選，再選精礦經(jīng)雙盤磁選得鐵屑和鉭鈮精礦2，搖床再選鉭鈮中礦(主要是鉭鈮礦物和石榴石)采用浮游重選得鉭鈮精礦和石榴石，弱磁選鐵屑經(jīng)酸浸、過濾，濾渣即為鉭鈮精礦。鉭鈮總精礦(Ta，Nb)2O5品位為55%左右，回收率為62%左右［8］。

(2)礦石中密度較大的礦物除了鉭鈮礦物，還有一種或幾種有用礦物或脈石礦物。此類礦石多采用重選或重選與磁選相結(jié)合的工藝獲得粗精礦，拋棄大量廢石，然后依據(jù)粗精礦中各礦物的密度、比磁化系數(shù)、介電性、可浮性及水冶特性來富集鉭鈮，如福建南平鉭鈮－錫礦，廣西栗木錫－鉭鈮－鎢礦，廣東泰美鉭鈮－鋯石礦等。

福建南平鉭鈮－錫礦屬大型鉭鈮花崗偉晶巖礦床，原礦鉭鈮品位高，含氧化鉭0.03%，并伴生錫礦物，非金屬礦物主要有白云母、絹云母、鈉長石、鉀長石，鉭鈮礦物嵌布粒度一般為0.3～0.08 mm。由于礦石中含有和鉭鈮礦物密度相近的錫石礦物，該選礦廠采用高效GL螺旋選礦機(jī)及螺旋溜槽獲得以鉭鈮和錫石為主的混合精礦，混合精礦經(jīng)弱磁選機(jī)拋出強(qiáng)磁性的鐵礦物，再采用雙盤干式強(qiáng)磁選機(jī)實(shí)現(xiàn)鉭鈮礦物與錫石的分離，強(qiáng)磁選尾礦經(jīng)枱浮搖床—浮選工藝回收錫石。最終獲得(Ta，Nb)2O5品位約為45%、回收率約為63%的鉭鈮精礦以及錫品位約為 60% 、回收率約為 52% 的錫石精礦［9，12］。

廣西栗木礦床屬錫－鉭鈮－鎢多金屬花崗巖礦床，錫礦物主要是錫石，黝錫礦和膠態(tài)錫少量;鉭鈮礦物主要是鈮錳礦、錳鉭礦、鈮鐵礦、細(xì)晶石;鎢礦物主要是黑鎢礦;脈石主要有石英、長石。錫石嵌布粒度一般為0.2～0 mm，鉭鈮礦物和黑鎢礦一般在0.1～0.05 mm。該廠采用梯形跳汰—螺旋溜槽—搖床工藝獲得錫鎢鉭鈮混合粗精礦。由于黑鎢礦物與鉭鈮礦同屬弱磁性礦物，且密度接近，重選、磁選均無法有效分離，因此采用了選冶相結(jié)合的聯(lián)合精選流程。錫鎢鉭鈮混合粗精礦先以鹽酸浸洗，水力旋流器脫泥后用弱磁選除鐵，然后再用干式強(qiáng)磁選機(jī)分出弱磁性和非磁性礦物，弱磁性礦物(鉭鈮－鎢混合精礦)送水冶廠分離鎢和鉭鈮，非磁性礦物(錫石－硫化礦物混合精礦)經(jīng)枱浮搖床脫除硫化礦后送火冶工段煉制精錫，錫渣((Ta，Nb)2O5品位為11%左右)也送水冶廠分離鎢和鉭鈮［10］。

廣東泰美鉭鈮礦床屬花崗巖風(fēng)化殼鈮鐵礦礦床，礦石中主要金屬礦物有鈮鐵礦、細(xì)晶石、易解石、富鉿鋯石、釷石、磷釔礦;脈石礦物主要有石英、長石。鈮鐵礦嵌布粒度一般為0.1～0 mm。選礦工藝流程為0.5～0.3 mm粒級經(jīng)搖床拋尾，搖床精礦與脫除細(xì)泥的－0.3 mm粒級的強(qiáng)磁選精礦合并，混合粗精礦搖床精選，搖床精礦經(jīng)雙盤強(qiáng)磁選機(jī)選別，得強(qiáng)磁精礦、強(qiáng)磁中礦、強(qiáng)磁尾礦。強(qiáng)磁精礦即為鉭鈮鐵精礦，強(qiáng)磁中礦經(jīng)枱浮搖床選出獨(dú)居石后與強(qiáng)磁尾礦的搖床精礦合并返回混合粗精礦搖床精選作業(yè)，強(qiáng)磁尾礦的搖床中礦電選選出鋯石。最終獲得(Ta，Nb)2O5品位為60%，回收率為42.51%的鉭鈮鐵精礦［10］。

(3)鉭鈮礦物嵌布粒度微細(xì)且含有大量其他高密度礦物。重選對此類礦石有一定的富集作用。對于嵌布粒度小于37 μm的鉭鈮礦，采用重選、磁選、電選等常規(guī)物理選礦方法很難高效分離富集鉭鈮精礦。目前，以選擇性強(qiáng)的捕收劑和抑制劑為特征的浮選工藝，結(jié)合重選、磁選工藝可獲得高質(zhì)量的鉭鈮精礦。代表性的礦山有白云鄂博鐵－稀土－鈮多金屬礦。

白云鄂博礦床鈮資源儲量十分可觀，據(jù)統(tǒng)計(jì)，約占我國鈮資源量的80%，該地區(qū)礦床屬鐵－稀土－鈮多金屬礦床，鈮礦物共有18種，工業(yè)鈮礦物為鈮鐵礦、燒綠石、鈮鈣礦、鈮錳礦。礦石中的鈮礦物具有含量低、嵌布粒度細(xì)、分散程度高、礦種繁雜、物理化學(xué)性質(zhì)差異大等特點(diǎn)，此外，白云鄂博鈮礦物與鐵礦物和稀土礦物的密度、比磁化系數(shù)、介電性、可浮性差異較小，因此常規(guī)的重選、磁選、電選、浮選很難得到理想的選別指標(biāo)。長沙礦冶研究院于1994年以浮選—磁選流程做了工業(yè)分流試驗(yàn)，先以氧化石蠟皂為捕收劑，水玻璃為抑制劑，通過1粗1精浮選螢石稀土，槽內(nèi)產(chǎn)品濃縮后，采用氧化石蠟皂為捕收劑，氟硅酸銨為抑制劑，經(jīng)1粗2精得到鐵精礦，選鐵尾礦加硫酸、羧甲基纖維素、水楊羥肟酸、C5－9羥肟酸和草酸，通過1粗3精得到浮選鈮精礦，浮選鈮精礦經(jīng)強(qiáng)磁選得到含鐵較高的次鈮精礦和含鈮較高的高鈮精礦。在入選原料Nb2O5品位為0.187%，鐵品位為27.30%，REO品位為4.80%的情況下，獲得了Nb2O5品位為2.84%、鐵品位為32.04%、鈮回收率為26.43%的高鈮精礦，Nb2O5品位為0.916%、鐵品位為51.38%、鈮回收率為14.77%的次鈮磁精礦。包鋼礦山研究院于1998年進(jìn)行了中貧氧化礦選稀土尾礦回收鈮的試驗(yàn)，通過SN藥劑1粗3精浮選，獲得了Nb2O5品位為4.90%、回收率為 28.25%的鈮精礦［14-16］。

湖南某大型貧細(xì)雜鉭鈮花崗巖礦床，原礦Ta2O5品位為 0.013%、Nb2O5為 0.01%、WO3為0.029%，其中鈮鉭錳礦嵌布粒度細(xì)，為 0.08～0.005 mm。高玉德等［17］采用強(qiáng)磁選預(yù)拋尾，苯甲羥肟酸+WT2為組合捕收劑、硝酸鉛活化鈮鉭錳礦及黑鎢礦、改性水玻璃抑制脈石礦物回收細(xì)粒級鉭鈮礦物，弱磁選除鐵，浮選脫硫，重選除磷鐵錳礦，最終獲得了Ta2O5品位為13.53%、回收率為61.93%的鉭鈮精礦。

江西某大型鉭鈮－鎢礦床屬于高鉭的鉭鈮鎢花崗巖礦床。礦石Ta2O5含量為0.0144%、Nb2O5為0.01%、WO3為0.15%;主要有用礦物為鉭鈮鐵礦、細(xì)晶石、鉭易解石、黑鎢礦、白鎢礦;約90%的鉭礦物嵌布粒度為50～0 μm，90%以上的鎢礦物嵌布粒度為30～0 μm。鄒霓等［18］采用 NB+NF為組合捕收劑，硝酸鉛為活化劑，經(jīng)1粗2精1掃、中礦順序返回的閉路流程富集鉭鈮鎢，浮選混合精礦經(jīng)搖床重選—弱磁選脫鐵，最終獲得 Ta2O5品位為3.74%、回收率為57.86%，WO3品位為38.35%、回收率為61.13%的鉭鈮鎢精礦。

3 結(jié)語

(1)我國鉭鈮資源較為豐富，鉭鈮礦物不僅含量低，且多以共伴生形式與多種金屬礦物共存，因而分離富集難度較大。為了提高資源的綜合利用率和經(jīng)濟(jì)效益，國內(nèi)各鉭鈮礦山大都采用聯(lián)合選礦工藝流程，鉭鈮回收率大都在50%左右水平。

(2)鉭鈮礦石粗選一般采用重選法，精選和掃選則采用重選、磁選、電選、浮選或選冶聯(lián)合工藝。

(3)改善細(xì)粒、微細(xì)粒鉭鈮礦物回收效果的重要手段是研制高選擇性的浮選藥劑。

［1］ 王 璞，潘兆櫓，翁玲寶.系統(tǒng)礦物學(xué):下冊［M］.北京:地質(zhì)出版社，1982.

［2］ 張宗國，盧振達(dá)，鄧極先.有色金屬進(jìn)展:五卷第四冊［M］.長沙:中南大學(xué)出版社，2007.

［3］ 潘兆櫓，趙愛醒，潘鐵紅.結(jié)晶學(xué)及礦物學(xué):下冊［M］.北京:地質(zhì)出版社，1998.

［4］ 選礦手冊編委會.選礦手冊［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1990.

［5］ 吳榮慶.鉭和鈮:戰(zhàn)略資源如何保護(hù)與利用［J］.中國金屬通報(bào)，2009(21):30-33.

［6］ 李小鋼，徐廣堯.開發(fā)內(nèi)蒙古鈮資源的戰(zhàn)略意義［C］∥2012年中國稀土資源綜合利用與環(huán)境保護(hù)研討會論文集.包頭:中國稀土學(xué)會地采選專業(yè)委員會，2012.

［7］ 彭永華，劉彪文.宜春鉭鈮礦綜合利用礦產(chǎn)資源的實(shí)踐［J］.礦業(yè)快報(bào)，2008(8):87-89.

［8］ 何建璋.可可托海三號脈鈹?shù)V石的綜合利用［J］.新疆有色金屬，2003(4):22-24.

［9］ 張斌華，王湘桂.南平鉭鈮礦尾礦的綜合利用及效益［J］.礦業(yè)快報(bào)，2008(11):34-36.

［10］ 礦產(chǎn)資源綜合利用手冊編委會.礦產(chǎn)資源綜合利用手冊［M］.北京:科學(xué)出版社，2000.

［11］ 王淀佐，邱冠周，胡岳華.資源加工學(xué)［M］.長沙:中南大學(xué)出版社，2005.

［12］ 盧道剛.南平鉭鈮礦選礦工藝流程設(shè)計(jì)研究［J］.有色金屬:選礦部分，2001(4):14-17.

［13］ 張去非.白云鄂博礦床鈮資源礦物學(xué)基本特征的分析［J］.有色金屬，2005(2):111-113.

［14］ 張 鑒.白云鄂博共生礦選礦技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.包鋼科技，2005(4):1-5.

［15］ 王文梅.白云鄂博鈮資源綜合利用選礦新工藝［J］.包鋼科技，1997(3):116-120.

［16］ 余永富，陳泉源，李養(yǎng)正.白云鄂博中貧氧化礦磁選新工藝綜合回收鈮的研究［J］.礦冶工程，1992(1):30-35.

［17］ 高玉德，鄒 霓，董天頌.細(xì)粒鉭鈮礦選礦工藝流程及藥劑研究［J］.有色金屬:選礦部分，2004(1):30-33.

［18］ 鄒 霓，高玉德，王國生.江西某鉭鈮、鎢礦細(xì)泥選礦試驗(yàn)研究［J］.中國鎢業(yè)，2010，25(3):8-10.