非洲某風(fēng)化型鈮鐵磷多金屬礦選礦研究

鄒堅(jiān)堅(jiān) 胡 真 楊凱志 丘世澄 ，4

（1.廣東省資源綜合利用研究所，廣東廣州510651；2.稀有金屬分離與綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510651；3.廣東省礦產(chǎn)資源開發(fā)和綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510651；4.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410083）

鈮是一種稀有難熔金屬，廣泛應(yīng)用于航空航天、 核工業(yè)、軍事、汽車工業(yè)、建筑、冶金等領(lǐng)域。全球95%的鈮供應(yīng)產(chǎn)自燒綠石中，然而，燒綠石資源在全球的分布極不均衡，從當(dāng)前已開發(fā)利用的情況看，燒綠石資源主要集中在巴西和加拿大，其供應(yīng)占全球鈮消費(fèi)的95%以上。俄羅斯、剛果（金）、肯尼亞、坦桑尼亞等國(guó)也有豐富的燒綠石資源[1-2]。我國(guó)鈮資源的90%集中在白云鄂博礦床，但是我國(guó)的鈮資源多以鈮鐵礦、鈮鐵金紅石為主[3]，而以燒綠石為主的礦石在我國(guó)尚未有發(fā)現(xiàn)，因此，國(guó)內(nèi)針對(duì)燒綠石礦的選礦研究極少見。另外，由于我國(guó)鈮礦床具有鈮礦物種類多、品位低、嵌布粒度極細(xì)等特點(diǎn)，導(dǎo)致我國(guó)鈮資源雖然儲(chǔ)量豐富，但實(shí)際回收率極低，還不到10%，因此，我國(guó)的鈮自給率低，不得不從國(guó)外進(jìn)口大量的鈮資源[4-6]。所以，針對(duì)燒綠石礦石的選礦研究顯得意義重大。

本文針對(duì)非洲某風(fēng)化型鈮鐵磷多金屬礦進(jìn)行研究，基于有價(jià)礦物與脈石礦物之間的密度、磁性、可浮性等性質(zhì)差異，采用重選拋尾—弱磁選鐵—浮選選磷—浮選選鈮工藝流程，獲得鈮精礦、磷精礦和鐵精礦產(chǎn)品，在有效回收燒綠石的同時(shí)，綜合回收了磷灰石和磁鐵礦，為該類礦床的開發(fā)利用提供了技術(shù)依據(jù)。

1 試樣性質(zhì)

1.1 試樣化學(xué)成分

試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果、鐵物相分析結(jié)果分別列于表1和表2。

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從表1可知，試樣有價(jià)元素是鈮，Nb2O5含量為0.62%，同時(shí)含有13.91%的鐵和8.28%的P2O5。

從表2可知，鐵主要以磁、赤鐵礦和褐鐵礦形式存在，占有率分別達(dá)到49.32%和49.10%。

1.2 試樣礦物組成及含量

采用MLA對(duì)試樣進(jìn)行礦物定量分析，結(jié)果列于表3。

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由表3可知，試樣目的礦物主要是燒綠石，少量的鈮鐵金紅石，礦石中含有一定量的磷灰石、磁鐵礦與赤鐵礦，脈石礦物主要是石英、長(zhǎng)石、高嶺土等，其中高嶺土為風(fēng)化蝕變產(chǎn)物，普遍黏附于其他礦物表面，甚至將礦物相互黏結(jié)成較大的顆粒。

1.3 主要有價(jià)礦物解度度測(cè)定

對(duì)破碎至-1 mm的礦石進(jìn)行燒綠石的解離度測(cè)定，結(jié)果列于表4。

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由表4可知，燒綠石的總解離度達(dá)到91.26%，表明風(fēng)化型鈮礦石中燒綠石具有很好的自然解離性。

2 試驗(yàn)方案的確定

試樣具有礦物種類多，風(fēng)化嚴(yán)重，含鐵、含磷、含泥量較高的特點(diǎn)。礦物組成檢測(cè)結(jié)果表明礦石中石英、長(zhǎng)石、高嶺土等硅酸鹽礦物占總礦物量的近56%，這些礦物密度均≤2.7 g/cm3，而燒綠石密度通常在4.1～6.0 g/cm3之間，主要脈石礦物與燒綠石之間存在較大的密度差異；另外，礦石中燒綠石具有很高的自然解離性，礦石粒度為-1.0 mm時(shí)，燒綠石解離度達(dá)到91.26%，因此，采用重選可以預(yù)先拋棄大部分脈石礦物。鈮元素與鐵元素地球化學(xué)性質(zhì)比較相近，故鐵礦物與鈮礦物常共生在一起形成鈮鐵共生的礦床，正是如此，礦石中含鈮的磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦等鐵礦物占總礦物量的近20%。鈮礦物與鐵礦物同屬于氧化礦物，在浮鈮過程中所采用的捕收劑對(duì)鐵礦物具有一定的捕收能力，從而對(duì)浮鈮帶來嚴(yán)重干擾，為此浮鈮之前需采取磁選除鐵。鈮元素具有較強(qiáng)的親氧、親磷性質(zhì)，故鈮礦物與磷礦物常共生在一起，形成鈮磷共生礦，礦石中含有占礦物總量近17%的磷灰石，由于磷灰石與燒綠石同屬氧化礦，浮游性質(zhì)相近，因此，為避免浮鈮過程中磷灰石的干擾，通常需要預(yù)先浮選磷灰石。在有效脫除石英、長(zhǎng)石、高嶺土、鐵礦物、磷灰石后，針對(duì)浮磷尾礦采用浮選回收燒綠石，獲得鈮精礦產(chǎn)品。綜合考慮，采用重選拋尾—弱磁選鐵—浮選選磷—浮選選鈮原則流程。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 重選拋尾

原礦有價(jià)礦物含量低，基于燒綠石、磁鐵礦、磷灰石等有價(jià)礦物與脈石礦物存在密度差異，并且主要有價(jià)礦物燒綠石解離性良好，首先采用重選拋除脈石礦物。一方面減少后續(xù)作業(yè)的處理量，另一方面有效避免高嶺土、綠泥石等含泥礦物對(duì)后續(xù)作業(yè)的影響。試驗(yàn)采用螺旋溜槽粗選，粗選中礦螺旋溜槽再選，重選試驗(yàn)結(jié)果見表5。

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表5表明，通過螺旋溜槽重選拋尾后，可以獲得Nb2O5品位1.94%、回收率81.26%，F(xiàn)e品位27.58%、回收率52.29%，P2O5品位16.80%、回收率52.77%的重選粗精礦。

3.2 弱磁選鐵

重選粗精礦含鐵達(dá)到27.58%，主要是比重較大的磁鐵礦與磁赤鐵礦，具有較強(qiáng)的磁性，可以采用弱磁選加以脫除。試驗(yàn)采用ZCT滾筒弱磁選機(jī)進(jìn)行弱磁選。

3.2.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

鐵精礦對(duì)磷含量要求極為嚴(yán)格，礦石中的部分磁鐵礦與磷灰石緊密連生，甚至包裹磷灰石，因此，需對(duì)重選粗精礦進(jìn)行磨礦處理，才能提高鐵礦物單體解離度，進(jìn)而獲得鐵品位較高且磷含量較低的鐵精礦。固定磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.45 T，磨礦細(xì)度對(duì)鐵精礦指標(biāo)影響結(jié)果見表6。

從表6可以看出，磨礦細(xì)度的增加可以有效降低鐵精礦磷含量，同時(shí)提高鐵精礦品位，但是鐵回收率有所下降。綜合考慮，選擇磨礦細(xì)度為-0.074 mm占78%。

3.2.2 磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)

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磁場(chǎng)強(qiáng)度的選擇是決定磁選所獲得的鐵精礦的品位和回收率的關(guān)鍵因素，磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)鐵精礦指標(biāo)見表7。

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從表7可以看出，磁場(chǎng)強(qiáng)度增加后，鐵精礦回收率得到提高，品位有所下降。綜合考慮，選擇磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.45 T，鈮和磷富集至弱磁尾礦。

3.3 浮選選磷

磷灰石不具有磁性，因此，弱磁尾礦P2O5含量達(dá)到24.69%，為避免其對(duì)燒綠石浮選帶來干擾，需預(yù)先浮選脫磷。影響浮磷的主要因素是調(diào)整劑和磷捕收劑，分別對(duì)其進(jìn)行研究。

3.3.1 調(diào)整劑試驗(yàn)

固定GY10為磷捕收劑，用量為60 g/t（藥劑用量均為對(duì)原礦計(jì)，下同），分別以碳酸鈉和氫氧化鈉為調(diào)整劑進(jìn)行研究。調(diào)整劑試驗(yàn)結(jié)果見表8。

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從表8可以看出，添加碳酸鈉更有利于磷的浮選回收，適宜的碳酸鈉用量為300 g/t。

3.3.2 捕收劑試驗(yàn)

固定碳酸鈉用量為300 g/t，分別以油酸和GY10為磷捕收劑進(jìn)行研究，磷捕收劑試驗(yàn)磷粗精礦指標(biāo)見表9。

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從表9可以看出，GY10對(duì)磷的選擇性捕收效果較好，適宜用量為60 g/t。

3.4 浮選選鈮

影響浮選選鈮的2個(gè)重要因素是脈石抑制劑和鈮捕收劑，分別對(duì)其進(jìn)行研究。

3.4.1 脈石抑制劑試驗(yàn)

固定胺類鈮捕收劑GSC用量為42 g/t，分別對(duì)SH和水玻璃2種脈石抑制劑進(jìn)行研究，脈石抑制劑試驗(yàn)鈮粗精礦指標(biāo)見表10。

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從表10可以看出，水玻璃不僅對(duì)脈石具有抑制作用，對(duì)鈮礦物也具有一定的抑制作用，相對(duì)來說，SH對(duì)脈石礦物的選擇性抑制效果最好，適宜用量350 g/t。

3.4.2 捕收劑試驗(yàn)

固定鈮捕收劑SH用量為350 g/t，分別對(duì)胺類捕收劑GSC和GSA進(jìn)行對(duì)比研究，鈮捕收劑試驗(yàn)鈮粗精礦指標(biāo)見表11。

從表11可以看出，GSC對(duì)鈮礦物具有更好的選擇性捕收效果，適宜用量42 g/t。

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3.5 全流程試驗(yàn)

綜合條件試驗(yàn)結(jié)果，采用重選拋尾—弱磁選鐵—浮選選磷—浮選選鈮工藝流程（見圖1）進(jìn)行全流程試驗(yàn)研究，其中重選采用螺旋溜槽，給礦濃度為20%，給礦量為300 kg/h，螺旋直徑為φ600，弱磁選采用ZCT滾筒弱磁選機(jī)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.45 T，浮選選磷與浮選選鈮均采用1次粗選2次精選2次掃選、中礦順序返回閉路流程，試驗(yàn)結(jié)果見表12。

根據(jù)表2，閉路試驗(yàn)可以獲得Nb2O5品位37.56%、Nb2O5回收率65.73%的鈮精礦，P2O5品位37.59%、P2O5回收率47.88%的磷精礦，F(xiàn)e品位61.69%、回收率38.83%的鐵精礦。在實(shí)現(xiàn)鈮回收的同時(shí)，有效回收了磷和鐵，實(shí)現(xiàn)了礦石中多種有價(jià)元素的綜合回收。

4 結(jié) 語

非洲某風(fēng)化型鈮鐵磷多金屬礦為風(fēng)化殼復(fù)合燒綠石礦。礦石中鈮礦物主要是燒綠石，其次為鈮鐵金紅石；鐵礦物主要為磁鐵礦、赤鐵礦和土狀褐鐵礦；磷礦物主要為磷灰石；脈石礦物主要是長(zhǎng)石、石英和高嶺土等。賦存在燒綠石中的鈮占84.24%，賦存在磷灰石中的磷占87.88%，賦存于磁鐵礦、赤鐵礦和土狀褐鐵礦中的鐵總計(jì)占78.78%。采用重選拋尾—弱磁選鐵—浮選選磷—浮選選鈮工藝流程，獲得了Nb2O5品位37.56%、Nb2O5回收率65.73%的鈮精礦，P2O5品位37.59%、P2O5回收率47.88%的磷精礦，F(xiàn)e品位61.69%、回收率38.83%的鐵精礦，綜合回收了礦石中的鈮、鐵和磷。

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