竹山廟埡稀土礦的選冶聯(lián)合工藝技術(shù)

徐世權(quán)，曾海鵬，張 宏

(大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司，湖北 黃石 435005)

竹山廟埡稀土礦的選冶聯(lián)合工藝技術(shù)

徐世權(quán)，曾海鵬，張 宏

(大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司，湖北 黃石 435005)

介紹了國內(nèi)外稀土資源及竹山廟埡稀土資源狀況。通過原礦工藝礦物學(xué)研究，查明竹山廟埡稀土礦礦物組成及含量、礦物嵌布特性、稀土在礦石中的賦存狀態(tài)。通過選冶聯(lián)合工藝試驗(yàn)研究，獲得冶金產(chǎn)品碳酸鹽稀土，品位60.46%，總回收率65.43%。

稀土礦； 工藝礦物學(xué)； 選冶聯(lián)合工藝； 碳酸鹽稀土

1 前言

1.1 國內(nèi)外稀土資源及狀況

稀土元素因其獨(dú)特的電子層結(jié)構(gòu)，使其具有優(yōu)異的磁、光、電等特性。人們利用稀土元素的特殊性質(zhì)開發(fā)出一系列不可取代的、性能優(yōu)越的稀土材料，被廣泛應(yīng)用于冶金機(jī)械、石油化工、輕工農(nóng)業(yè)、電子信息、能源環(huán)保、國防軍工和高新材料等13個領(lǐng)域的40多個行業(yè)，是當(dāng)今世界各國改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、發(fā)展高新技術(shù)和國防尖端技術(shù)不可缺少的戰(zhàn)略物資。近10年來，隨著稀土材料在高科技領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和開發(fā)，研究不斷取得重大突破，稀土材料的應(yīng)用越來越廣，特別是釹鐵硼永磁體、熒光粉、儲氫材料等稀土功能材料在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，稀土永磁材料是高科技和軍事工業(yè)發(fā)展不可缺少的重要支撐材料之一，對國防建設(shè)和整個國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有極大的推動作用。稀土是21世紀(jì)重要的戰(zhàn)略資源。

世界稀土資源分布極不均勻，主要集中在中國、美國、印度、前蘇聯(lián)、南非、澳大利亞、加拿大、埃及、日本等幾個國家，見表1。

我國是稀土資源大國，目前我國已成為世界稀土產(chǎn)量第一、出口量第一、用量第一的稀土工業(yè)大國，也是世界上唯一大量供應(yīng)不同等級、不同品種稀土產(chǎn)品的國家，在世界稀土市場上居主導(dǎo)地位。

稀土礦山開采方面，中國主要稀土礦山有119處，如白云鄂博、七一、南橋、冕寧馬尾溝等。竹山廟埡鈮、稀土礦儲量居全國稀土資源儲量的第三位，目前尚未開發(fā)。

表1 世界稀土 (REO) 儲量

我國稀土工業(yè)在迅速成長過程中也存在諸多矛盾和問題。多年來對稀土資源的開發(fā)管理不夠，亂采濫挖，棄貧采富，浪費(fèi)資源，產(chǎn)能過剩，產(chǎn)業(yè)集中度低，科技投入少，應(yīng)用開發(fā)滯后，環(huán)保措施不力，污染問題突出，出口管理不科學(xué)，戰(zhàn)略資源流失等，是長期以來影響我國稀土工業(yè)全面、健康、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展的主要矛盾和問題。盡管稀土行業(yè)存在種種問題，但因?yàn)橄⊥列袠I(yè)應(yīng)用廣泛，其下游產(chǎn)品需求增加，特別是高科技領(lǐng)域稀土材料的推廣，極大地推動了中國稀土需求的增加與行業(yè)的發(fā)展。

1.2 竹山廟埡稀土礦資源簡介

竹山廟埡稀土礦由湖北省第四地質(zhì)隊(duì)1965年普查時首次發(fā)現(xiàn)，第五地質(zhì)隊(duì)于1971年～1981年進(jìn)行地質(zhì)詳查—初勘工作， 并完成了《竹山廟埡鈮、稀土礦區(qū)詳查—初勘地質(zhì)報(bào)告》，見表2～表4。

表2 礦區(qū)鈮、稀土分類資源儲量

表3 礦區(qū)總資源儲量估算

表4 已探明礦體總儲量

竹山廟埡鈮稀土礦為大型碳酸巖型鈮，氟碳鈰型稀土礦床，礦物粒度細(xì)，選冶性差，工藝復(fù)雜，但擁有可回收利用的稀土礦物多、礦體集中和厚大、有害雜質(zhì)含量低的資源質(zhì)量優(yōu)勢。礦區(qū)巖體致密、堅(jiān)硬，巖體穩(wěn)定性好，可進(jìn)行露天陡幫開采。

2013年12月，湖北省竹山縣人民政府和大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司簽訂了《關(guān)于綜合開發(fā)湖北竹山廟埡鈮、稀土礦資源合作協(xié)議》。

2 竹山廟埡稀土礦工藝礦物學(xué)研究

采用礦石顯微鏡、X衍射分析、掃描電子顯微鏡和MLA礦物自動定量設(shè)備和技術(shù)，查明該礦的礦物組成和含量，稀土、鈮礦物的嵌布粒度、解離度和各礦物之間的嵌布關(guān)系。查明稀土、鈮在礦石中的賦存狀態(tài)，以預(yù)測有用金屬的產(chǎn)品走向和確定有用金屬的理論回收率，以評價(jià)該礦石的價(jià)值和選礦技術(shù)指標(biāo)。

2.1 原礦物質(zhì)組成

2.1.1 原礦化學(xué)多元素分析

原礦多元素化學(xué)分析結(jié)果如表5所示，稀土配分見表6。

2.1.2 原礦礦物組成及含量

采用MLA定量測定原礦礦物組成，其測定結(jié)果見表7。由表7可知，礦石中主要稀土礦物以氟碳鈰礦為主，其它稀土礦物主要是少量至微量的獨(dú)居石、磷釔礦、氟碳鈣鈰礦；鈮礦物和含鈮礦物主要是鈮鐵金紅石，其次是少量至微量的復(fù)稀金礦、鈮鐵礦；鋯礦物只有少量鋯石；鐵錳氧化礦物有大量褐鐵礦、硬錳礦和微量的磁鐵礦，其數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鈮、稀土礦物；金屬硫化礦物數(shù)量極少，總量不到0.1%，主要是黃鐵礦和磁黃鐵礦；脈石礦物主要是大量的絹云母，其次是長石、磷灰石、石英、螢石等。此外，礦石中的磷灰石和螢石含量較高，可綜合回收。

表5 原礦多元素化學(xué)分析結(jié)果 %

表6 原礦稀土配分 %

表7 原礦礦物組成及含量 %

2.2 主要礦物的嵌布粒度

MLA測定原礦塊礦中主要礦物的嵌布粒度，結(jié)果如表8所示。

表8 塊礦中測定的主要礦物嵌布粒度

初步的測定結(jié)果表明，稀土礦物的嵌布粒度較細(xì)，與多種礦物關(guān)系密切，螢石、磷灰石、長石等礦物含較高的稀土礦物，多數(shù)礦物顆粒在小于0.04mm的微細(xì)粒級范圍，小于0.01mm難選粒級的占有率達(dá)20%～30%，這將影響稀土的回收率。鈮礦物中數(shù)量最多的鈮鐵金紅石的嵌布粒度比氟碳鈰礦更微細(xì)，全部粒度小于0.16mm，其中有30%以上鈮鐵金紅石的嵌布粒度小于0.01mm，其他鈮礦物的嵌布粒度更細(xì)。鈮的主要礦物為鈮鐵金紅石，含鈮高的鈮鐵礦含量很低。由于鈮鐵金紅石含鈮理論上僅有4.87%，因此，選礦很難獲得合格的鈮精礦品位，如果采用冶金工藝，則處理量大，成本太高，所以實(shí)際上目前工藝水平無法進(jìn)行有效回收。

2.3 主要礦物的解離度測定

主要礦物的解離度測定結(jié)果見表9。

表9 鈮和稀土礦物解離度(磨礦細(xì)度-0.075mm占94.45%)

2.4 稀土在礦石中的賦存狀態(tài)

根據(jù)原礦礦物含量和各礦物的稀土含量，作出稀土在各礦物中的分配表10。

從表10中可見，以氟碳鈰礦、獨(dú)居石和磷釔礦稀土礦物形式存的REO分別占88.50%、1.43%、0.53%，總計(jì)90.46%；以類質(zhì)同象方式賦存鈮礦物——復(fù)稀金礦占REO占0.32%；分散于鐵錳礦物——褐鐵礦和硬錳礦等中的REO分別占1.97%、0.96%，總計(jì)2.93%；分散于磷灰石中的REO占3.8%；分散于螢石中的REO占0.57%；分散于云母、石英/長石等脈石礦物中的REO分別占1.40%、0.35%。由此得出分選稀土礦物理論品位REO為68%，理論回收率90%。但稀土礦物嵌布粒度微細(xì)，對回收率影響較大。

3 選冶聯(lián)合工藝技術(shù)

3.1 選冶聯(lián)合工藝

表10 稀土在各礦物中的分配 %

人類的工業(yè)生產(chǎn)需要消耗很多自然資源，礦產(chǎn)資源作為不可再生的資源，在不斷開發(fā)利用過程中資源在不斷枯竭。隨著礦產(chǎn)資源的減少，各種礦石均趨向于貧、細(xì)、雜，給綜合開采利用帶來更大的困難。

選冶聯(lián)合工藝技術(shù)是一種以選礦和冶金的方法交替使用來處理礦石的工藝流程。對于某些難選的礦石，有時單用選礦的方法往往得不到滿意的效果，甚至不能分選，因而需要采用選冶聯(lián)合流程進(jìn)行處理，才能達(dá)到預(yù)期的回收利用效果。如氧化銅礦的浸出—置換—浮選過程，銅鎳精礦經(jīng)熔煉為鎳冰銅后的冰銅與鎳高硫的優(yōu)先浮選分離過程，均屬此類流程。

選冶聯(lián)合工藝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：一是對于某些貧、細(xì)、雜等難選礦石，可以取到良好的回收效果；二是通過選冶聯(lián)合工藝技術(shù)，能獲得更加精細(xì)的礦產(chǎn)品，產(chǎn)品附加值高。缺點(diǎn)是加工成本相對過高。

竹山廟埡稀土礦難選的兩大原因如下。

(1)目的礦物分布于多種礦物之中。礦區(qū)稀土礦物主要為獨(dú)居石、氟碳鈰礦，其次為氟碳鈣鈰礦。多呈浸染狀、細(xì)脈浸染狀分布于方解石、長石等礦物顆?；蛄严吨小Ｏ⊥僚c多種礦物關(guān)系密切，礦物間互相交織嵌生，或相連或互為包體。螢石、磷灰石、長石等礦物含較高的稀土礦物，這將影響稀土的回收率(見原礦礦物組成及含量表)。

(2)目的礦物嵌布粒度微細(xì)。礦物粒度相差懸殊，粒徑由1～2mm至小于0.01mm。一般在5～30μm。氟碳鈰礦、獨(dú)居石和磷釔礦中小于10μm的難選粒級分別為23.44%、55.37%和34.96%。

分析以上兩大難選原因，竹山廟埡稀土礦采用選冶聯(lián)合工藝。

3.2 選冶工藝結(jié)合點(diǎn)的比較與選擇

通過浮選、磁選、重選探索試驗(yàn)研究得出工藝流程見圖1，試驗(yàn)結(jié)果見表11。

從試驗(yàn)結(jié)果分析，高品位的稀土精礦1回收率只有29.48%。如果加上稀土精礦2，則品位又大幅下降，只有11.37%?？梢娭徊捎贸Ｒ?guī)的重磁浮選礦工藝難以獲得較好的技術(shù)指標(biāo)。如果采用選—冶聯(lián)合工藝流程，能更好地回收稀土，另外也可以綜合利用磷資源。從而選擇稀土磷混合精礦進(jìn)行冶金試驗(yàn)。

需要說明的是，盡管引入冶金工藝流程，增加了成本，但得到的冶金稀土產(chǎn)品(碳酸鹽稀土)遠(yuǎn)非選礦產(chǎn)品稀土精礦，其碳酸鹽稀土產(chǎn)品價(jià)格大不相同。

3.3 冶金工藝試驗(yàn)

稀土冶金試驗(yàn)流程見圖2，試驗(yàn)結(jié)果見表12。

從表12中可以看出，通過冶金試驗(yàn)，可獲得碳酸鹽稀土品位60.46%，回收率77.89%。另獲得鹽酸不溶渣品位50.96%，回收率4.16%，可返回重新回收利用。

圖1 稀土浮選—磁選—重選工藝全流程圖

表11 稀土浮選—磁選—重選全流程試驗(yàn)結(jié)果 %

3.4 選冶工藝全流程試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)

(1)選—冶聯(lián)合工藝技術(shù)指標(biāo)見表13。

(2)碳酸鹽稀土產(chǎn)品雜質(zhì)分析結(jié)果見表14。

(3)碳酸鹽稀土產(chǎn)品行稀土元素配分見表15。

圖2 稀土冶金工藝全流程圖

4 結(jié)語

(1)本文簡介了國內(nèi)外稀土資源及竹山廟埡稀土資源狀況。

(2)通過竹山廟埡稀土礦原礦工藝礦物學(xué)研究，查明竹山廟埡稀土礦元素成分、礦物組成及含量、礦物嵌布特性、單體解離情況、稀土在礦石中的賦存狀態(tài)以及稀土礦的理論品位REO為68%和理論回收率90%。

(3)通過選礦工藝研究，得到了浮—磁—重工藝全流程及試驗(yàn)結(jié)果，并從中分析選擇出稀土磷混合精礦進(jìn)行下一步的冶金試驗(yàn)。

(4)通過選—冶聯(lián)合工藝試驗(yàn)研究，獲得冶金產(chǎn)品碳酸鹽稀土：產(chǎn)率1.65%，稀土品位60.46%，稀土總回收率65.43%。

表13 選—冶聯(lián)合工藝技術(shù)指標(biāo) %

表14 碳酸鹽稀土產(chǎn)品雜質(zhì)分析結(jié)果 %

表15 碳酸鹽稀土產(chǎn)品行稀土元素配分表 %

(5)通過選—冶聯(lián)合工藝技術(shù)的研究，了解了竹山廟埡稀土礦工藝礦物學(xué)特征及選冶加工性能，查明了竹山廟埡稀土礦資源的工業(yè)開發(fā)價(jià)值，提高了選冶回收率和產(chǎn)品質(zhì)量，為將來清潔高效開發(fā)竹山廟埡稀土礦資源提供了技術(shù)支撐。

Beneficiation- metallurgy combination technology of Zhushan Miaoya rare earths mine

This paper introduced the domestic and foreign rare earth resources and the resource status in Zhushan Miaoya. Through ore process mineralogy study, the mineral composition and content, mineral dissemination characteristics and occurrence state in rare earth ore of Zhushan Miaoya rare earth mine were identified. Simultaneously, through beneficiation- metallurgy combination process experimental study carbonate rare earth of metallurgical product was obtained. The grade was 60.46%, and the total recovery rate was 65.43%.

rare earths ore; process mineralogy; beneficiation- metallurgy combination process; carbonate rare earth

TD955

A

徐世權(quán)(1965-)，男，高級工程師，長期從事選礦生產(chǎn)實(shí)踐與研究工作。