華陽川鈾鈮鉛低品位多金屬礦選礦綜合回收技術(shù)研究

劉志超， 李春風(fēng)， 賈秀敏， 李廣， 強錄德， 馬嘉， 武翠蓮， 唐寶彬

1.核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149； 2.自然資源部放射性與稀有稀散礦產(chǎn)重點實驗室，北京 101149

引言

華陽川鈾鈮鉛多金屬礦屬于“大規(guī)模、低品位、多礦種、易開采、潛力大”的綜合礦床，礦床中鈾、鈮、鉛等金屬儲量巨大，其中，五氧化二鈮資源量3.8萬t，鉛資源量88.9萬t，但各有用組分品位較低，其中鈾品位0.016%，鈮品位0.017%，鉛品位0.56%，都在邊界品位以下，任何單一元素都達(dá)不到經(jīng)濟開發(fā)的價值，只有通過選礦大幅度提高各有價金屬的品位，實現(xiàn)綜合利用，該礦床才可能具有開發(fā)價值[1-2]。

礦石中的主要有用礦物為鈮鈦鈾礦，其具有難浸出、試劑成本高的特點，為了降低生產(chǎn)成本，必須通過浮選進(jìn)一步富集，大幅度提高鈾品位，降低后續(xù)水冶礦石處理量。查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，前期研究均是采用重選將鈮鈦鈾礦進(jìn)行初步富集，然后采用反浮選的方法提高鈾品位，由于目標(biāo)礦物針對的不是鈾礦物，得到的鈾精礦中雜質(zhì)礦物較多，鈾品位仍然較低，只有0.18%左右，后續(xù)的鈾水冶礦石處理量依然較大[3-4]。此外由于礦石具有放射性，伴生的磁鐵礦、方鉛礦在選礦綜合回收時，選礦產(chǎn)品的放射性容易超標(biāo)。針對以上問題，本試驗研究了鈮鈦鈾礦直接浮選技術(shù)，優(yōu)選鈮鈦鈾礦的高效捕收劑，以期獲得高回收率和高富集比的鈾鈮精礦，大幅度降低后續(xù)浸出的礦石處理量和試劑消耗；開展伴生有價金屬綜合回收和放射性脫除試驗，以獲得品位及放射性均合格的鉛精礦和鐵精礦產(chǎn)品，提高礦床的綜合利用價值，為該礦床的經(jīng)濟開發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 礦石性質(zhì)

礦石主要由方解石、長石、石英、磁鐵礦、含鍶重晶石、黃鐵礦、方鉛礦、榍石、霓輝石、角閃石、黑云母和鈮鈦鈾礦等礦物組成?？晒I(yè)利用的主要礦物為方鉛礦、鈮鈦鈾礦和磁鐵礦。93.25%的鈾賦存于鈮鈦鈾礦中，5.72%的鈾賦存于晶質(zhì)鈾礦中，其他的鈾以類質(zhì)同象形式存在于長白礦、獨居石、褐簾石、磷灰石、天青石和榍石中。89.00%的Pb賦存于方鉛礦中，其余的鉛以白鉛礦的形式存在[5-8]。原礦熒光分析結(jié)果見表1，原礦主要元素化學(xué)分析結(jié)果見表2。

由表1和表2分析結(jié)果可知，該礦石中有價金屬的含量均較低，鈾與鈮賦存于鈮鈦鈾礦中，二者的含量接近，分別為0.016%、0.017%，鉛含量0.56%，鐵含量2.99%，在分選時要考慮綜合回收。

表1 原礦X熒光分析結(jié)果

表2 原礦主要元素化學(xué)分析結(jié)果

2 試驗方案設(shè)計

華陽川鈾鈮鉛多金屬礦中可綜合回收的有用礦物種類多，有用元素品位低，單一的選礦方法難以對有用礦物進(jìn)行充分地分離富集，針對不同礦物的特性組合使用多種選礦方法，分步分批進(jìn)行回收。礦石中有用礦物大部分為比重較大的礦物，首先對原礦進(jìn)行重選，丟棄大部分輕礦物，使有用礦物得到初步富集，再從重選精礦中進(jìn)一步分離富集有價礦物；硫化礦的可浮性好，與氧化礦之間易于分離，因此優(yōu)先從重選精礦中浮選出硫化礦，硫化礦主要是方鉛礦和黃鐵礦，通過進(jìn)一步分離得到鉛精礦；選出硫化礦后的重選精礦中主要是氧化礦，有用礦物有磁鐵礦和鈮鈦鈾礦，磁鐵礦磁性較強，采用弱磁選回收，將磁鐵礦先分選出來，可以降低后續(xù)鈮鈦鈾礦浮選捕收劑的消耗，提高鈾鈮精礦的質(zhì)量；最后優(yōu)選鈮鈦鈾礦高效捕收劑，直接浮選鈮鈦鈾礦，得到高品位和高回收率的鈾鈮精礦。華陽川鈾鈮鉛低品位多金屬礦選礦綜合回收原則工藝流程見圖1。

圖1 華陽川鈾鈮鉛低品位多金屬礦選礦綜合回收原則工藝流程

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 重選預(yù)富集試驗研究

礦石中脈石礦物主要有方解石、長石、石英和黑云母等，它們的密度在2.5～2.9 g/cm3之間，有用礦物鈮鈦鈾礦、方鉛礦、磁鐵礦密度多在4.5 g/cm3以上，因此可以通過重選將有用礦物進(jìn)行預(yù)富集。為了減少礦石泥化，提高有用礦物的重選回收率，采用預(yù)先篩分—階段磨礦—階段分選的重選工藝，選用螺旋溜槽進(jìn)行粗選，螺旋溜槽粗精礦再磨后分級，+0.15 mm粒級和-0.15+0.045 mm粒級礦石分別采用搖床進(jìn)行分選，為了提高-0.045 mm粒級礦石中有價金屬的回收率采用離心選礦機進(jìn)行分選。重選預(yù)富集工藝流程見圖2，試驗結(jié)果見表3所示。

圖2 重選預(yù)富集工藝流程

表3 重選預(yù)富集試驗結(jié)果

表3試驗結(jié)果表明，通過合理的重選工藝和設(shè)備，可以將礦石中的有用元素有效預(yù)先富集，U、Nb、Pb、Fe分別富集了4.38、4.18、4.30和3.89倍，U、Nb、Pb回收率都大于80%，可以拋棄產(chǎn)率80.62%的尾礦，大幅度降低了后續(xù)處理礦石量。

3.2 綜合回收伴生有價金屬試驗研究

(1)浮選回收鉛試驗研究

重選精礦中80%以上的鉛是以方鉛礦的形式存在，屬于易浮選礦物。但浮選過程中部分鈾礦物可能進(jìn)入鉛精礦中，導(dǎo)致放射性超標(biāo)，因此在浮選鉛的同時開展了鉛精礦放射性脫除的研究。通過對重選精礦再磨，使方鉛礦充分單體解離，在浮選過程中添加淀粉和水玻璃作為鈾礦物的抑制劑，選用乙硫氮作為方鉛礦的捕收劑，并通過強磁能進(jìn)一步脫除鉛精礦中夾雜的弱磁性鈾礦物。鉛回收工藝流程見圖3，試驗結(jié)果見表4所示。

圖3 鉛回收工藝流程

表4 鉛回收試驗結(jié)果

表4試驗數(shù)據(jù)表明，通過浮選可以得到高品位的鉛精礦，且鉛精礦中鈾的含量很低。浮選獲得的鉛精礦產(chǎn)率3.45%，鉛品位57.85%，回收率82.78%，鈾品位0.003%，回收率0.15%。

(2)磁選回收鐵試驗研究

浮鉛尾礦中主要剩余磁鐵礦和鈮鈦鈾礦兩種有用礦物，磁鐵礦通過弱磁選回收。鈮鈦鈾礦、晶質(zhì)鈾礦和獨居石等鈾礦物在弱磁場的條件不會進(jìn)入磁選精礦，因此在回收磁鐵礦時，增加精選次數(shù)，可以減少鈾礦物的夾帶，防止放射性超標(biāo)。鐵回收工藝流程見圖4，試驗結(jié)果見表5所示。

圖4 鐵回收工藝流程

表5 鐵回收試驗結(jié)果

表5試驗結(jié)果表明，通過磁選可以得到品位合格的鐵精礦，且鐵精礦中鈾的含量很低。磁選得到的鐵精礦產(chǎn)率16.32%，鐵品位64.50%，回收率87.43%，鈾品位0.003%，回收率0.65%。

(3)鉛精礦和鐵精礦放射性檢測

對得到的鉛精礦和鐵精礦兩種選礦產(chǎn)品進(jìn)行了放射性檢測，檢測方法依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11743—2013，放射性檢測結(jié)果見表6。

表6 放射性檢測結(jié)果

表6檢測結(jié)果表明，鉛精礦、鐵精礦均符合我國《有色金屬礦產(chǎn)品的天然放射性限值》(GB 20664—2006)中規(guī)定的天然放射性核素的限量值，放射性均合格，達(dá)到放射性豁免標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 直接浮選鈮鈦鈾礦試驗研究

我國大多數(shù)鈾礦山一般不經(jīng)過選礦，原礦中的鈾品位達(dá)到0.1%以上時，采用直接浸出的方法回收鈾。本研究針對礦石中鈾品位低、水冶成高的問題，采用浮選法分離富集鈾礦物，獲得的高品位和高回收率的鈾鈮精礦，下一步可以直接送水冶工序回收鈾。

鈮鈦鈾礦的分子式為(Pb,Ca,TH,U)0.8887(Nb,Ti,Al,Si)2·1.3731H2O，含有Ti4+、Nb5+等高價金屬離子，而羥肟酸類螯合捕收劑能與含F(xiàn)e3+、Ti4+、Nb5+、Ta5+、Ce3+、La3+等金屬離子的礦物表面作用，發(fā)生“O、O”型螯合或者“O、N”型螯合，分別形成五元環(huán)螯合物和四元環(huán)螯合物使目標(biāo)礦物疏水，因此考察了羥肟酸類捕收劑對鈮鈦鈾礦的浮選效果[9-13]。

針對回收完鐵后的重選精礦，優(yōu)選苯甲羥肟酸作為鈮鈦鈾礦的捕收劑，直接浮選鈮鈦鈾礦，鈮鈦鈾礦直接浮選工藝流程見圖5，試驗結(jié)果見表7。

圖5 鈮鈦鈾礦直接浮選工藝流程

表7 鈮鈦鈾礦直接浮選試驗結(jié)果

表7試驗結(jié)果表明，直接浮選鈮鈦鈾礦是可行的，苯甲羥肟酸是鈮鈦鈾礦的高效捕收劑，可以得到高品位和高回收率的鈾鈮精礦。鈾鈮精礦浮選產(chǎn)率11.23%，鈾品位0.702%，回收率93.02%，鈮品位0.695%，回收率91.50%。

3.4 全流程選礦綜合回收試驗結(jié)果

針對該鈾鈮鉛低品位多金屬礦，采用重選使有用礦物得到了初步富集；然后分別通過浮選和磁選回收鉛和鐵，得到了放射性和品位均合格的鉛精礦和鐵精礦；最后直接浮選鈮鈦鈾礦，獲得了高富集比和高回收率的鈾鈮精礦。全流程選礦綜合回收試驗結(jié)果見表8。

表8 全流程選礦綜合回收試驗結(jié)果

表8試驗數(shù)據(jù)表明，通過選礦可以大幅度提高鈾鈮精礦中鈾、鈮的品位，鈾品位從0.016%提高到0.702%，富集比43.9，回收率77.89%，鈮品位從0.017%提高到0.695%，富集比40.9，回收率72.55%，鈾鈮精礦產(chǎn)率僅1.76%，可以大幅度降低后續(xù)水冶礦石處理量；綜合回收了伴生金屬鉛和鐵，鉛精礦產(chǎn)率0.67%，鉛品位57.85%，回收率69.48%,鐵精礦產(chǎn)率3.05%，鐵品位64.50%，回收率65.87%。

4 結(jié)論

(1)華陽川鈾鈮鉛低品位多金屬礦采用合理的重選工藝可以拋棄80%以上的尾礦，有價金屬得到有效預(yù)富集，鈾、鈮的重選回收率在80%以上。

(2)采用礦石再磨、添加鈾礦物抑制劑，強磁脫鈾、增加精選次數(shù)等方法，可以有效降低鉛精礦和鐵精礦中鈾礦物含量，獲得品位和放射性均合格的鉛精礦和鐵精礦，實現(xiàn)了鉛、鐵的綜合回收，增加了礦床的經(jīng)濟價值。

(3)苯甲羥肟酸是鈮鈦鈾礦的高效捕收劑，直接浮選鈮鈦鈾礦是可行的， 獲得了高回收率和高品位的鈾鈮精礦，鈾鈮精礦浮選作業(yè)產(chǎn)率11.23%，鈾品位0.702%，回收率93.02%，鈮品位0.695%，回收率91.50%；鈾鈮精礦相對于原礦產(chǎn)率僅為1.76%，鈾回收率77.89%，鈮回收率72.55%，可以大幅度降低后續(xù)水冶礦石處理量，有利于降低生產(chǎn)成本。