白云鄂博螢石與稀土浮選分離試驗研究①

李瑯瑯， 李 梅， 高 凱， 張棟梁， 馬林林， 張雨涵

（1.內(nèi)蒙古科技大學 礦業(yè)研究院，內(nèi)蒙古 包頭014010； 2.輕稀土資源綠色提取與高效利用教育部重點實驗室，內(nèi)蒙古 包頭014010）

白云鄂博礦是世界矚目的多金屬共生的超大型礦床，礦產(chǎn)資源利用前景廣闊。 一直以來，包鋼對白云鄂博礦的綜合利用方針為“以鐵為主，綜合利用”。 為提高白云鄂博尾礦的綜合利用指標，包鋼集團開發(fā)出了優(yōu)先選稀土?混合浮選?沉砂一次脫硫?強磁選?強磁精礦一步正浮選選鐵?重選（強磁尾礦一步選鐵尾礦）?重選精礦二次脫硫?二步選鐵?鈮浮選?強磁富集鈧?混合泡沫選螢石的工藝方案［1-2］。 該工藝流程實現(xiàn)了白云鄂博礦產(chǎn)資源中稀土、鐵、硫、螢石、鈮、鈧富集物等6種產(chǎn)品的綜合回收。 目前該工藝已經(jīng)在包鋼寶山礦業(yè)公司成功應(yīng)用［2］。 其中螢石的浮選作業(yè)采用一粗七精工藝流程，最終獲得螢石精礦品位為86.02%，回收率僅為10%左右，不僅工藝流程復雜，而且脈石礦物中稀土、石英、方解石、重晶石難以實現(xiàn)有效分離［3］。就碳酸鹽型螢石礦而言，因為螢石及方解石都屬鈣質(zhì)礦物，其礦物表面物理化學性質(zhì)相似，所以作用于礦物表面的捕收劑和抑制劑的行為也極為相似，造成兩者分離困難；對于重晶石型螢石礦，由于螢石與重晶石表面陽離子同屬堿土金屬離子，其天然可浮性相近，致使重晶石與螢石的分離也極為困難［4］，最終螢石精礦純度不高。

利用浮選工藝提高螢石選別指標、富集稀土資源，是加強白云鄂博礦綜合回收利用的有效途徑。 本文依據(jù)原礦性質(zhì)，提供了一種流程短、成本低、螢石與稀土高效浮選分離的新工藝［3］，可為生產(chǎn)實踐所參考［5］。

1 原礦性質(zhì)

試驗原料來源于寶山礦業(yè)公司選別稀土后的混合泡沫再通過螢石浮選線生產(chǎn)的螢石粗精礦，其螢石含量為86.02%，遠遠不能滿足螢石精礦產(chǎn)品等級質(zhì)量的國家標準［6-7］，工業(yè)價值低，應(yīng)進一步浮選提純來提高其工業(yè)價值。 運用礦物自動分析系統(tǒng)對原礦進行分析，原礦多元素分析結(jié)果見表1，原礦礦物組成及相對含量見表2。

表1 原礦多元素分析結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)）／%

表2 原礦礦物組成及相對含量分析結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)）／%

由表1 ～2 可知，原礦所含礦物種類較多，具有回收利用價值的主要為螢石和稀土。 影響該礦品位的客觀因素是進入了較多的雜質(zhì)礦物，主要為方解石、白云石和磷灰石，另有少量的赤鐵礦、金云母、重晶石、石英等。 因此，在浮選過程中，要重點加強對赤鐵礦、白云石、磷灰石的抑制。

2 試驗研究

2.1 試驗方法

根據(jù)原礦性質(zhì)分析可知，螢石的綜合回收價值較高［8］，稀土次之，但兩者分離困難，主要原因是螢石、碳酸鹽、稀土等礦物可浮性相近。 據(jù)此制定了優(yōu)先浮選螢石、尾礦反浮選稀土的新工藝［9-10］。 優(yōu)先浮選螢石在酸性體系下進行，探索性試驗發(fā)現(xiàn)以硫酸為調(diào)整劑［11］，在酸性環(huán)境下水玻璃能有效抑制與螢石物理化學性質(zhì)相近的稀土、石英、碳酸鹽及鐵礦物［12-13］，以L?204 為捕收劑可獲得工業(yè)級的螢石精礦［14］；反浮選稀土則在堿性體系下進行，研究發(fā)現(xiàn)堿性環(huán)境中水玻璃對螢石、石英、重晶石及碳酸鹽等礦物有顯著的選擇性抑制效果，在稀土特效捕收劑506E 的作用下，得到高品位稀土精礦，使得稀土與螢石得到高效綜合回收利用。

試驗藥劑L?204 是一種二元羧酸捕收劑，來自遼寧省試劑五廠，極性基是兩個羧基，具有捕收能力強、選擇性好的特點。 稀土特效捕收劑506E 是一種羥肟酸類捕收劑，來源于包頭市聚峰稀土有限責任公司，是具RCOHNOH 結(jié)構(gòu)的有機化合物，螯合性很強，容易與金屬離子發(fā)生配位，形成穩(wěn)定的五元或六元環(huán)狀螯合物，在稀土選礦領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

浮選原則流程如圖1 所示，試驗使用0.75L XFD-63型單槽浮選機。

圖1 浮選原則流程

2.2 螢石浮選試驗

在探索性試驗基礎(chǔ)上，開展了粗選藥劑制度條件試驗，在礦漿濃度35%、溫度40 ℃時，以硫酸為調(diào)整劑、水玻璃作抑制劑、L?204 作捕收劑、松醇油為起泡劑，考察了藥劑用量對浮選精礦中螢石產(chǎn)率、品位以及回收率的影響。

2.2.1 硫酸用量試驗

在L?204 用量3 kg／t、松醇油用量0.10 kg／t、水玻璃用量2 kg／t 時，進行了硫酸用量條件試驗，結(jié)果見圖2。

圖2 硫酸用量試驗結(jié)果

從圖2 可知，硫酸用量過低不利于浮選螢石。 螢石精礦產(chǎn)率和回收率隨著硫酸用量增加均先升后降并最終趨于穩(wěn)定，當硫酸用量為1.8 kg／t 時，螢石品位92.31%，產(chǎn)率69.50%，回收率達到峰值74.38%，選別指標較理想，再增加硫酸用量，品位繼續(xù)上升，但產(chǎn)率和回收率均顯著降低，浮選效率低，因此確定硫酸最佳用量為1.8 kg／t。

2.2.2 水玻璃用量試驗

硫酸用量1.8 kg／t，其他條件不變，研究了水玻璃用量對螢石浮選指標的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 水玻璃用量試驗結(jié)果

從圖3 得知，精礦產(chǎn)率、品位、回收率均隨水玻璃用量增加而先升高后降低，當水玻璃用量為2 kg／t 時螢石回收率達到峰值，浮選效率較高。 綜合考慮水玻璃的最佳用量為2 kg／t。

2.2.3 L?204 用量試驗

水玻璃用量2 kg／t，其他條件不變，考察了L?204用量對螢石浮選指標的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 L?204 用量試驗結(jié)果

由圖4 可知，增加L?204 用量，螢石精礦產(chǎn)率和回收率陸續(xù)呈現(xiàn)出先增后降的趨勢，品位則呈現(xiàn)出先升高再降低而后再升高的趨勢。 當L?204 用量2.4 kg／t 時，螢石精礦品位達到峰值94.67%，此時產(chǎn)率為55.42%，回收率為61.13%。 因此，L?204 用量以2.4 kg／t 為最佳。

2.2.4 閉路試驗

依據(jù)粗選試驗確定的最佳藥劑制度，開展了螢石浮選閉路流程試驗，閉路數(shù)質(zhì)量流程見圖5，表3 為精礦多元素分析結(jié)果。

圖5 螢石浮選閉路試驗數(shù)質(zhì)量流程

表3 螢石精礦化學多元素分析結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)）／%

結(jié)果表明，采用一次粗選、三次精選、兩次掃選的浮選閉路試驗流程，可獲得品位95.11%、回收率84.09%的螢石精礦，達到了FC-95 級螢石精礦的工業(yè)要求，極大提高了螢石的工業(yè)價值。 精礦中稀土礦物、鐵礦物、石英及碳酸鹽礦物含量顯著降低，說明酸性環(huán)境下，水玻璃對稀土及其他脈石礦物的抑制作用明顯。尾礦中稀土得到了富集，但螢石品位高達57.63%，探索性掃選試驗研究發(fā)現(xiàn)，增加掃選次數(shù)尾礦中螢石品位仍然難以降低。 為此對尾礦進行了反浮選稀土試驗。

2.3 尾礦浮選稀土試驗

由于閉路浮選藥劑的累集作用，在浮選前先進行3～5 次洗礦處理，盡量脫除吸附在礦物表面的藥劑。然后以螢石閉路浮選尾礦為原料進行稀土浮選試驗研究，在礦漿濃度30%、浮選溫度40 ℃，以水玻璃為抑制劑［4］、506E 為捕收劑、松醇油為起泡劑，在最佳藥劑制度的基礎(chǔ)上，經(jīng)一次粗選一次精選最終獲得產(chǎn)率19.97%、品位63.06%、回收率67.92%的稀土精礦。 稀土浮選開路試驗數(shù)質(zhì)量流程見圖6，稀土精礦化學多元素分析結(jié)果見表4。

圖6 稀土浮選開路試驗數(shù)質(zhì)量流程

表4 稀土精礦化學多元素分析結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)）／%

3 結(jié) 語

1） 對白云鄂博螢石粗精礦進行了原礦性質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)原礦中有用礦物主要為螢石和稀土，脈石礦物主要為碳酸鹽礦物，其次為赤鐵礦、重晶石、石英等；有用礦物之間以及有用礦物與脈石礦物的可浮性相近，是螢石品位難以提高的主要原因。

2） 提出了優(yōu)先浮選螢石、尾礦再浮選稀土的工藝流程。 通過條件試驗確定了優(yōu)先浮選螢石及再浮選稀土的最佳藥劑用量，在此基礎(chǔ)上，采用一粗、三精、兩掃閉路試驗，得到了CaF2品位95.11%、回收率84.09%的螢石精礦；尾礦浮選稀土采用一粗一精工藝流程，最終獲得產(chǎn)率19.97%、品位63.06%、回收率67.92%的稀土精礦，實現(xiàn)了白云鄂博礦螢石與稀土的浮選分離，為該礦石的高效綜合利用提供了參考依據(jù)。