某花崗巖型鉭鈮礦選礦研究

黃 偉，董天頌，湯玉和，張忠漢，鄒 霓，胡紅喜

1.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083；2.廣東省工業(yè)技術(shù)研究院（廣州有色金屬研究院），廣東 廣州 510650

鉭是一種重要的功能材料，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域中.由于其性能特殊，鉭產(chǎn)品在電子、冶金、化工、原子能、航天航空等領(lǐng)域中得到日益廣泛地應(yīng)用，全世界60%左右的鉭都消耗在制造鉭電容器上［1－3］.鈮在高新技術(shù)領(lǐng)域中也是一種重要的功能材料，其可作為碳鋼、不銹鋼及合金鋼的添加劑.除此之外，將鈮鈦、鈮鋯合金及鈮錫、鈮鋁鍺等化合物應(yīng)用在超導(dǎo)材料中，可使超導(dǎo)材料產(chǎn)生超導(dǎo)磁場(chǎng).目前，已知含鉭和鈮的礦物約130余種，其中具有工業(yè)價(jià)值的主要礦物有鉭鐵礦、燒綠石、鈮鐵礦、鉭鈮鐵礦、褐釔鈮礦、細(xì)晶石、鉭錫礦、易解石及黑稀金礦等［4］.

1 礦物組成

本試驗(yàn)的礦石為花崗巖型細(xì)晶石鉭鈮鐵礦礦石.礦物組成分析結(jié)果表明：鉭鈮礦物包括鈮鉭錳礦、鉭鈮錳礦、鎢鉭鈮錳礦、鎢鈮鉭礦、細(xì)晶石以及鈾－鉭燒綠石；其他金屬氧化物包括錫石、鎢錳礦、黑鎢礦、赤鐵礦，少量的白鎢礦、磁鐵礦、鈦鐵礦和褐鐵礦；脈石礦物主要為石英、長(zhǎng)石、白云母、黃玉、水黑云母，以及少量的螢石、鋯石.原礦多元素分析結(jié)果及主要礦物相對(duì)含量分別列于表1和表2.

表1 原礦多元素化學(xué)分析結(jié)果Table 1 Chemical analysis results of multi－element in crude ore

表2 主要礦物相對(duì)含量Table 2 The relative contents of main minerals

2 原則流程

該礦樣物質(zhì)組成研究表明，鈮與鉭為完全類(lèi)質(zhì)同象系列，綜合回收了鉭也就綜合回收了鈮，其中主要回收的金屬礦物有鉭鈮鐵礦、細(xì)晶石、錫石及黑鎢礦等，它們密度較大，一般為5～7；非金屬礦物主要為長(zhǎng)石、石英和云母，它們含量為97%，密度小于3，因此采用單一的重選方法進(jìn)行粗選是合理、經(jīng)濟(jì)的.

粗選的粗精礦磁性分析結(jié)果表明，其磁性范圍廣、磁性較弱，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)1500mT時(shí)，仍然有20%的鉭鈮礦物不能被選上來(lái)，而這一磁場(chǎng)強(qiáng)度是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的干式磁選機(jī)難以達(dá)到的.鑒于通過(guò)干式強(qiáng)磁選機(jī)難以獲得鉭鈮鐵精礦和錫石、細(xì)晶石精礦，采用了重－?。氐木x流程，所獲得的精礦中主要礦物為鉭鈮鐵礦、錫石、細(xì)晶石、黑鎢礦和白鎢.由于鈮鉭鐵礦、錫石、黑鎢礦都不同程度地具有一定的磁性，并且各礦物的磁性重疊，因此很難通過(guò)磁選進(jìn)一步將其分開(kāi)，故通過(guò)水冶方法進(jìn)一步分離［5］.

3 選礦試驗(yàn)

3.1 磨礦粒度試驗(yàn)

磨礦工藝和磨礦粒度的選擇是選礦工藝的關(guān)鍵，合理的磨礦工藝應(yīng)該是使有用礦物充分單體解離而又最大限度地降低過(guò)磨［6］.

鉭鈮鐵礦試樣的單體解離度測(cè)定結(jié)果表明，＋0.5mm粒級(jí)的單體解離度為25.00%，－0.5～＋0.4mm粒級(jí)的單體解離度達(dá)到67.14%，比＋0.5 mm級(jí)別已有明顯提高，－0.2mm粒度的鉭鈮鐵礦的單體解離度達(dá)90%以上.因此，先將原礦磨至0.6 mm，然后將其分成－0.6～＋0.4mm，－0.4～＋0.2mm和－0.2～＋0.074mm 三個(gè)級(jí)別，再分別進(jìn)行搖床選別，搖床選別結(jié)果列于表3.

由表3可以看出：－0.6～＋0.4mm級(jí)別的搖床精礦品位僅為0.085%，回收率21.55%；－0.4～＋0.2mm級(jí)別的搖床精礦品位可以達(dá)到0.26%，回收率達(dá)到60.91%；－0.2～＋0.074mm級(jí)別的搖床精礦品位為0.21%，回收率可以達(dá)到76.41%.因此，一段磨礦的磨礦粒度為0.4mm、二段磨礦的磨礦粒度為0.2mm是較合理的.

表3 原礦不同粒級(jí)搖床試驗(yàn)結(jié)果Table 3 The results of table test on crude ore with different size fraction

3.2 粗選設(shè)備的對(duì)比試驗(yàn)

作為粗選設(shè)備不但要有較高的處理能力，而且還要有較好的分選效果［7］.螺旋溜槽和螺旋選礦機(jī)都是高效的重選設(shè)備，在重選廠得到日益廣泛地應(yīng)用.原礦經(jīng)一段磨礦后，將一段磨礦產(chǎn)品分成粗砂（－0.4～＋0.15mm）、細(xì)砂（－0.15～＋0.04mm）和細(xì)泥（－0.04mm）三種產(chǎn)品.為考查GL螺旋選礦機(jī)、螺旋溜槽和旋轉(zhuǎn)螺旋溜槽這三種粗選設(shè)備對(duì)該礦的適應(yīng)性，以粗砂和細(xì)砂為選別對(duì)象，在粗砂給礦量為500kg／h·頭、給礦濃度為33%，以及細(xì)砂給礦量為300kg／h·頭、給礦濃度為25%的條件下，進(jìn)行了粗、細(xì)砂重選設(shè)備的對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果分別列于表4和表5.

表4 粗砂選別設(shè)備比較試驗(yàn)結(jié)果Table 4 The results of comparison test on rough sand with different equipments

（續(xù)表1）

從表4可以看出，作為粗選設(shè)備，選別粗砂時(shí)GL螺旋選礦機(jī)的分選指標(biāo)略好，在尾礦產(chǎn)率相近的情況下其尾礦品位略低.

表5 細(xì)砂選別設(shè)備比較試驗(yàn)結(jié)果Table 5 The results of comparison test on fine sand with different equipments

從表5可以看出，選別細(xì)砂時(shí)螺旋溜槽與其他設(shè)備丟棄的尾礦產(chǎn)率及品位大致相同，但螺旋溜槽的精礦回收率略高.

3.3 粗選試驗(yàn)

一段磨礦采用溢流型棒磨機(jī)與振動(dòng)篩構(gòu)成閉路，篩面為不銹鋼絲編織網(wǎng)，篩孔為0.5mm，篩下粒度為0.4mm時(shí)，篩分量效率為80.38%，篩分質(zhì)效率為74.64%，返砂比為96%.

一段磨礦后篩下產(chǎn)品用水力分級(jí)機(jī)分成四級(jí)，然后分別進(jìn)行重選試驗(yàn).第1級(jí)粗選設(shè)備為GL螺旋選礦機(jī)，2～4級(jí)為螺旋溜槽.經(jīng)一次粗選和一次掃選后，除第1級(jí)外，第2～4級(jí)均可以丟棄大量的尾礦，螺旋溜槽的溢流集中在一起作為細(xì)泥物料，GL螺旋選礦機(jī)及螺旋溜槽的精礦用搖床處理得粗精礦.第1級(jí)別的選別尾礦與第2～4級(jí)選別的少量中礦合并進(jìn)入第二段磨礦，進(jìn)入第二段磨礦的產(chǎn)品產(chǎn)率為51.4023%.二段磨礦采用格子型球磨機(jī)與振動(dòng)篩構(gòu)成閉路，篩孔尺寸為0.3mm，篩下產(chǎn)品粒度為0.2mm時(shí)，篩分量效率為73.19%，篩分質(zhì)效率為71.44%，返砂比為75%.

第二段磨礦的篩下產(chǎn)品經(jīng)水力分級(jí)分成三段，采用與第一段相同的設(shè)備與工藝進(jìn)行選別，所有搖床精礦都作為粗選段的粗精礦.

粗選所得粗精礦的產(chǎn)率為0.8025%，Ta2O5的含量為1.21%，對(duì)原礦的回收率為64.596%.粗選原則流程圖見(jiàn)圖1，粗選總指標(biāo)列于表6.

圖1 粗選原則流程圖Fig.1 Flowchart for roughing

表6 粗選總指標(biāo)Table 6 The total results of roughing

3.4 精選試驗(yàn)

粗選所獲得的粗精礦中除含有鉭鈮鐵礦、細(xì)晶石之外，含量比較高的物質(zhì)還有鐵雜質(zhì)、硫化礦、赤鐵礦、黑鎢礦、錫石、黃玉以及其他脈石.

首先將粗精礦篩分成＋0.15mm，－0.15～＋0.10mm和－0.10mm三個(gè)產(chǎn)品，把＋0.15mm粒級(jí)的物料磨至－0.15mm，然后將－0.15～＋0.10 mm及－0.10mm級(jí)別的物料分別進(jìn)行搖床分選，以丟棄大部分尾礦，搖床精礦用浮選法脫除硫化礦，槽內(nèi)產(chǎn)品再進(jìn)行搖床選別，丟掉部分黃玉，其精礦是鉭、鈮、鎢、錫的混合精礦.精選試驗(yàn)原則流程圖見(jiàn)圖2，精選試驗(yàn)結(jié)果列于表7.

圖2 精選原則流程圖Fig.2 The flow－sheet of cleaning test

表7 精選試驗(yàn)結(jié)果Table 7 The results of cleaning test

由表7可知，選試驗(yàn)獲得Ta2O5含量為6.89%.對(duì)原礦的回收率為57.482%的混合精礦.

3.5 水冶試驗(yàn)

對(duì)精選獲得的鉭、鈮、鎢、錫的混合精礦進(jìn)行水冶試驗(yàn).焙燒條件為混合精礦∶蘇打∶炭粉＝1∶0.8∶0.1，焙燒溫度850～900℃，保溫時(shí)間1.5～2 h；堿浸條件為液∶固＝5∶1，浸液為濃度5%的NaOH溶液，溫度為60～70℃，攪拌時(shí)間為2h；脫硅條件為液∶固＝10∶1，溶相為濃度10%的HCl溶液；礦物分解條件為液∶固＝4∶1，液相為濃度20%的HCl溶液，溫度為80℃，分解時(shí)間為30 min.水冶試驗(yàn)結(jié)果列于表8.

表8 水冶試驗(yàn)結(jié)果Table 8 The results of hydrometallurgy test

由表8可知，水冶試驗(yàn)獲得Ta2O5含量為29.0%、對(duì)原礦的回收率為53.487%的鉭鈮渣.

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）該鉭鈮礦礦床為一大型花崗巖礦床，礦石中主要回收的有用礦物為鉭鈮鐵礦、鈮鉭鐵礦和細(xì)晶石，綜合回收的礦物有黑鎢礦和錫石.

（2）粗選設(shè)備采用處理能力大、用水量少的螺旋選礦機(jī)和螺旋溜槽，粗選時(shí)利用它們可以直接丟棄大量尾礦.

（3）礦石經(jīng)兩段磨礦兩段選別，粗選采用單一重選法得粗精礦，精選采用重－?。兀梢缘玫狡肺粸?.89%、回收率為57.482%的混合精礦.

（4）精礦經(jīng)水冶除鎢、錫、硅等雜質(zhì)后，得到含Ta2O5為29.0%的鉭鈮渣，其對(duì)原礦的回收率為53.487%.

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［7］胡岳華，馮其明.礦物資源加工技術(shù)與設(shè)備［M］.北京：科學(xué)出版社，2006：95－100.