某低品位鈮礦石工藝礦物學(xué)特征及可選性研究

葉 超, 羅 政

(鷹潭市九一二地質(zhì)大隊， 江西 鷹潭 335413)

1 前言

我國鉭鈮礦礦石品位普遍偏低，嵌布粒度細而分散，賦存狀態(tài)差，多金屬伴生，造成難采、難分、難選，回收利用率低。中國鈮、鉭礦床類型主要有8種，即白云鄂博型、堿性巖- 碳酸巖型、鈉長石花崗巖型、花崗偉晶巖型、熱液脈型、風(fēng)化殼型、夕卡巖型、砂礦型，各類型礦均有典型應(yīng)用。國內(nèi)不同類型的鉭鈮礦床及產(chǎn)地不同的鈮、鉭礦礦石組分及性質(zhì)差別大，導(dǎo)致其分選工藝也各不相同。我國鈮、鉭礦選礦多采用聯(lián)合工藝流程，常用的聯(lián)合流程有重選—浮選/磁選—重選聯(lián)合流程、浮選—磁選—重選聯(lián)合流程、重選—磁選—電選聯(lián)合流程、磁選—浮選—浸出聯(lián)合流程、浮選—磁選—浸出—浮選聯(lián)合流程等。

吉林某大型鈮礦床，礦石儲量大，平均含Nb2O5316 g/t、Ta2O517.5 g/t，鈮鉭品位遠高于我國規(guī)定的鈮鉭礦床最低工業(yè)品位指標[(Ta，Nb)2O5160 g/t]，礦床開發(fā)潛力大。由于礦石中有價元素高度分散且礦物間鑲嵌關(guān)系復(fù)雜，用常規(guī)選礦流程均無法獲得鈮鉭精礦產(chǎn)品，鈮的回收技術(shù)一直未得到解決。在國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)條件下，探索一條經(jīng)濟可行的回收方案，對其代表性礦樣進行了詳細的工藝礦物學(xué)和選礦工藝技術(shù)研究，為礦石中鈮回收的工藝技術(shù)提供了更多渠道。

2 礦石工藝礦物學(xué)特征

2.1 礦石的物質(zhì)組成

1)化學(xué)成分

礦石化學(xué)多項分析見表1。礦石中Nb2O5和Ta2O5含量分別為316 g/t和17.5 g/t，依據(jù)稀有金屬礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范(DZ/T0203—2002)可知：該礦石的鈮鉭品位遠低于原生鈮礦床的邊界品位((Ta，Nb)2O5品位500～600 g/t)，但又比其他幾種鈮鉭礦床(風(fēng)化殼礦床、花崗偉晶巖類礦床、堿性長石花崗巖類礦床、河流類砂礦床)的一般工業(yè)品位高。

表1 礦石化學(xué)多項分析結(jié)果

2)礦物組成

通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡(SEM)和X射線衍射分析(XRD)對礦石進行了詳細鑒定。礦石主要礦物有輝石、堿性長石、磁鐵礦、角閃石等，次要礦物有赤鐵礦、鈦鐵礦、石英、鋯石等，偶見榍石、云母、黃鐵礦、氟碳鈰礦等，礦石中未發(fā)現(xiàn)鈮、鉭的獨立礦物[1-3]。礦石X射線衍射分析如圖1，礦石主要礦物的含量見表2。

圖1 礦石X射線衍射

表2 礦石礦物組成

2.2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

1)礦石的結(jié)構(gòu)

該礦石的主要構(gòu)造包括風(fēng)化構(gòu)造、隱晶狀構(gòu)造和斑狀構(gòu)造。

風(fēng)化狀構(gòu)造礦石：一般為磨圓狀，土灰色，表面有明顯的風(fēng)化特征，表層常見黏土礦物以及磨蝕痕跡。

隱晶狀構(gòu)造礦石：礦石為致密的塊狀，表面干凈，沒有風(fēng)化的特征。

斑狀構(gòu)造礦石：礦石新鮮斷面見明顯的淺色斑晶，推斷為長石礦物，基地為深綠色的輝石或者角閃石，典型的淺層成因的巖漿巖礦石[4-6]。

2)礦石的構(gòu)造

礦石的結(jié)構(gòu)包括斑狀結(jié)構(gòu)和粗面結(jié)構(gòu)。

斑狀結(jié)構(gòu)：礦石中的堿性長石以斑晶的形式鑲嵌在輝石的基地中，堿性長石表現(xiàn)為自行- 半自行的結(jié)晶特征，常常可以觀察到卡式雙晶，輝石表現(xiàn)為長柱狀的微晶集合體，這些集合體常常表現(xiàn)出一定的流動特征。

粗面結(jié)構(gòu)：偏光顯微鏡觀察結(jié)果顯示礦石主要為粗面結(jié)構(gòu)，其特點是巖石由長石和輝石微晶組成，部分呈平行排列特征，具有一定的方向性。粗面結(jié)構(gòu)中的金屬礦物含量極低，且粒度微細，分散分布在脈石礦物中間。

2.3 主要礦物的特征及其成分分析

1)輝石

輝石：礦石中輝石礦物與長石礦物緊密共生，是礦石的主要組成。輝石礦物穿插在長石礦物形成的孔隙中，二者緊密交織，關(guān)系密切。粒度主要集中在0.075～1 mm，整體粒度偏細，加之其纖維狀晶體形態(tài)，輝石類礦物解離難度較長石類礦物要大。通過能譜多點分析，可以看出輝石中不含有鉭，鈮含量波動范圍為0.067%～0.089%，平均值0.076%。

表3 輝石化學(xué)成分能譜分析結(jié)果

2)長石

長石：長石礦物相對輝石礦物粒度較粗，且結(jié)晶形態(tài)較好，因此相互交織形成了礦石的基本骨架，而輝石類礦物和其他礦物則穿插其間，組成了一種類似毛氈的結(jié)構(gòu)，學(xué)術(shù)上一般稱為粗面結(jié)構(gòu)。長石粒度主要集中在0.075～1 mm，粒度偏細。通過能譜

表4 長石化學(xué)成分能譜分析結(jié)果

多點分析，可以看出長石中不含有鉭，鈮含量波動范圍為0.011%～0.024%，平均值0.018%。

3)磁鐵礦

磁鐵礦：礦石中部分磁鐵礦和輝石等礦物緊密包裹，部分呈微細分散狀態(tài)分布于脈石礦物中。磁鐵礦的粒度主要集中在0.075 mm以下。通過能譜多點分析，可以看出磁鐵礦中不含有鉭，鈮含量波動范圍為0.01%～0.102%，平均值0.079%。

表5 磁鐵礦化學(xué)成分能譜分析結(jié)果

4) 角閃石

角閃石：角閃石和嵌布特征和輝石的特征完全一致，角閃石夾雜在輝石中間，穿插于長石晶體形成的孔隙中，與長石等礦物緊密共生，通過能譜多點分析，可以看出角閃石中鈮含量波動范圍為0.063%～0.079%，平均值0.07%。

表6 角閃石化學(xué)成分能譜分析結(jié)果

2.4 礦石中鈮的分布

由于礦石中并未發(fā)現(xiàn)鈮的獨立礦物，以傳統(tǒng)的單礦物平衡配分無法獲得鈮的分布情況。研究采用能譜探針數(shù)據(jù)進行配分，采用相對集中系數(shù)這個概念來表示分散元素的分布規(guī)律[7-8]。鈮在礦石礦物中的分布情況見表7。表中結(jié)果表明：鈮金屬主要分布在輝石中，相對集中系數(shù)81.118%。因此，可以通過富集輝石來回收礦石中的鈮元素。

表7 礦石中鈮的分布情況

3 礦石可選性試驗研究

3.1 選礦方案

如前所述，該礦石為超低品位的堿長粗面巖型原生鈮礦石，礦石結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，巖石由長石和輝石微晶組成；有價元素鈮高度分散賦存于礦石礦物中，各礦物間相互交織共存。通過對原礦進行磁選、浮選、重選三種選礦方法探索試驗發(fā)現(xiàn)，磁選的手段最有效，通過磁選方法可達到尾礦拋除率約50%左右，粗精礦中鈮回收率在80%左右的效果；浮選、重選只能實現(xiàn)部分鈮鉭礦物的回收，但效果均不及磁選，特別是重力選礦，產(chǎn)品品位低、回收率低，既不能獲得較好品位產(chǎn)品，也無法達到預(yù)先拋尾的效果。綜合考慮，確定原礦選礦原則流程為原礦- 磨礦- 磁選預(yù)富集- 粗精礦浸出。

1)原礦磁選試驗

磁選條件試驗包括礦石的磨礦細度、磁場強度大小、磁選脈沖大小、磁選轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)速等。確定原礦的磁選全流程如圖2所示，磁選全流程結(jié)果見表8。

圖2 原礦磁選流程圖

表8 原礦磁選試驗結(jié)果

數(shù)據(jù)表明，原礦通過磨礦- 弱磁- 強磁流程可獲得鐵精礦產(chǎn)率1.07%，含鈮910 g/t，回收率2.95%；粗精礦產(chǎn)率53.11%，含鈮品位508 g/t，回收率81.77%指標。粗選可拋除產(chǎn)率45.82%的尾礦。

2)粗精礦浸出鈮的試驗

針對低品位的含鈮物料，目前用的較多的有氫氟酸分解、硫酸分解以及酸化焙燒(或堿熔融)- 浸出的方法等。綜合考慮，試驗采用操作簡單、對環(huán)境影響較小的硫酸浸出法提取鈮。試驗主要進行了助浸劑的種類及用量、浸出溫度、浸出時間、液固比等條件試驗，確定浸出硫酸濃度為40%，助浸劑螢石加入比10%，浸出溫度90 ℃，液固比L/S為4∶1，浸出時間8 h。在該條件下鈮的浸出率為75.84%(相對粗精礦)。粗精礦鈮浸出的綜合試驗條件流程如圖3所示。

圖3 粗精礦浸出試驗流程

3)原礦全流程試驗

原礦通過磨礦- 磁選預(yù)富集- 浸出可有效提取原礦中的鈮金屬元素。試驗流程如圖4所示，試驗結(jié)果見表9。表中數(shù)據(jù)表明，原礦經(jīng)選礦富集- 粗精礦浸出可獲得鈮浸出率63.12%的指標。

表9 綜合條件試驗結(jié)果

圖4 綜合條件試驗流程

3.2 產(chǎn)品檢測

浸液的化學(xué)多項分析見表10，浸渣熒光光譜分析結(jié)果見表11。

表10 浸液多項分析結(jié)果

表11 浸渣熒光光譜分析結(jié)果

從浸液的化學(xué)多項和浸渣X熒光光譜分析結(jié)果可知，硫酸實際消耗占總酸用量的54.81%，螢石實際消耗占總氟用量的52.75%。浸液殘余的氫離子和氟離子，亟待進一步回收。浸出渣含主要元素為Ca、Al、Si、S、O，還含少量的Fe、F、Na、K、Ti、Zr等元素。由于浸渣Nb2O5含量較低， X射線熒光光譜分析未能發(fā)現(xiàn)鈮。浸渣主要物相為SiO2和CaSO4、其他物相為鋁硅酸鈉鹽、少量難溶于酸的角閃石、輝石等鐵硅酸鹽。

4 結(jié)論

(1)工藝礦物學(xué)研究表明該礦石為低品位堿長粗面巖型鈮礦石；礦石結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要為斑狀結(jié)構(gòu)和粗面結(jié)構(gòu)，金屬礦物與脈石礦物間交織共存，并存在互為包裹體的形態(tài)；礦石含輝石52.30%，堿性長石43.20%，角閃石1.50%，鐵氧化物為1.50%，其它礦物為1.50%；礦石礦樣中未發(fā)現(xiàn)鈮和鉭的獨立工業(yè)礦物，二者分散分布，鈮以類質(zhì)同象形式集中分布在輝石中，相對集中系數(shù)81.118%。

(2)選礦試驗最終確定推薦“磁選預(yù)富集—粗精礦浸出”聯(lián)合流程提取礦石中的有價元素鈮；磁選全流程試驗可獲得鈮的浸出液產(chǎn)品含鈮87.44 mg/L，鈮的選冶回收率為63.12%的良好指標；另外浸渣中含Nb2O5品位僅130 g/t，與磁選拋除的尾礦中鈮含量相當(dāng)。