白云鄂博霓石型低品位鐵-稀土礦石礦選礦試驗研究

王維維，候少春，李二斗，李 強，魏 威

(1.包頭稀土研究院白云鄂博稀土資源研究與綜合利用國家重點實驗室，內(nèi)蒙古 包頭 014030；2.稀土冶金及功能材料國家工程研究中心，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

白云鄂博礦床是世界上著名的超大型Fe-Nb-REE礦床[1]，礦產(chǎn)資源儲量大、種類多，含鐵和稀土的礦石有五類，已查明鐵礦石儲量14.68億t，稀土礦儲量1.80億t[2]。白云鄂博礦自開采以來，按照包鋼集團“以鐵為主，綜合利用”的指導(dǎo)方針，采用“弱磁-強磁-反浮選”工藝流程從混合型礦石中回收鐵，選鐵尾礦浮選回收稀土，稀土精礦的品位約為55%，稀土回收率約為50%[3-5]。隨著不斷的開采，高品位鐵礦石日趨枯竭，致使整體入選品位下降[6]；同時由于白云鄂博礦“多、貧、細、雜”的特征，致使在現(xiàn)有工藝條件下生產(chǎn)鐵和稀土精礦的品位和回收率下降，且精礦中的有害元素S、P和F含量高[7-9]，從而增加了冶煉過程中添加劑的消耗量，產(chǎn)生大量的放射性廢渣，嚴(yán)重污染環(huán)境[10]。

為提高白云鄂博礦資源利用率，實現(xiàn)鐵和稀土精礦提質(zhì)降雜，進行不同類型的鐵-稀土礦石進行分類選別，對高硫的云母型鐵-稀土礦石、高氟的螢石型鐵-稀土礦石以及其他類型的礦石采用不同的選礦工藝單獨處理，以期獲得高品質(zhì)的鐵和稀土精礦。本文以霓石型低品位鐵-稀土礦石為對象，對該類型礦石進行礦物特征及選別試驗研究，為其合理開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 礦石性質(zhì)

礦石主要化學(xué)成分分析見表1，礦石主要礦物組成及相對含量見表2，主要有用礦物的粒度分布及含量見表3，原礦的XRD分析結(jié)果見圖1。由表1可知，礦石中鐵和稀土是回收的主要有價成分，鐵含量為17.50%，稀土REO含量為8.43%；鈮、鈧含量較低，可考慮綜合回收；主要的雜質(zhì)元素為CaO、BaO和SiO2，含量分別為7.37%、5.38%和27.11%；硫、磷含量較低，對精礦的影響較小。

表1 礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 1 Chemical multielement analysis results of ore

表2 礦石的礦物組成及相對含量Table 2 Mineral composition and the relativecontent of ore

表3 主要礦物的粒度分布Table 3 Particle size distribution of major minerals

圖1 原礦XRD分析結(jié)果Fig.1 Results of XRD analysis of ores

由表2和圖1可知，該礦石礦物組成種類多。磁鐵礦含量為18.39%，主要回收的鐵礦物中赤鐵礦含量低，僅占1.18%，還有少量黃鐵礦等。主要的稀土礦物為氟碳鈰礦(5.51%)、獨居石(2.22%)和黃河礦(0.80%)，脈石礦物主要是霓石(57.44%)，還有部分重晶石和方解石等。

由表3可知，磁鐵礦粒度分布不均，主要集中在0.020～0.074 mm之間。+0.074 mm分布率為22.68%；因此，在較粗的磨礦細度下磁鐵礦難以有效解離；-0.02 mm分布率為20.43%，這部分鐵在選別種容易損失在尾礦中。 氟碳鈰礦和獨居石嵌布粒度極細，0.01～0.045 mm粒級分布率為58.98%和40.70%；-0.01 mm分布率分別為26.35%和59.30%，微細粒稀土礦主要分散嵌布在磁鐵礦或脈石中，回收難度大。

2 主要礦物嵌布關(guān)系

采用掃描電鏡礦石進行鏡檢，結(jié)果見圖2。由圖2可知，鐵礦物多以半自形至它形粒狀變晶結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)，呈浸染狀沿礦石條帶分布或充填在各種礦物粒間，與霓石和稀土礦物共生；稀土礦物嵌布粒度細，與磁鐵礦和脈石礦物緊密共生，多數(shù)鑲嵌在磁鐵礦和霓石邊緣或者被其包裹。

圖2 礦石掃描電鏡結(jié)果Fig.2 SEM results of ore

3 選鐵試驗

3.1 粗選磁場強度試驗

對于低品位鐵礦石，優(yōu)先考慮干磁選粗粒級拋尾，但由于后續(xù)次選尾礦進行預(yù)稀土浮選試驗，因此，進行直接磨礦磁選試驗。 根據(jù)礦石性質(zhì)研究結(jié)果和工業(yè)經(jīng)驗，選擇適宜的一段磨礦細度為-0.074 mm占90%。 在該條件下對原礦進行了磁場強度試驗，試驗結(jié)果見圖3。 由圖3可知，隨著磁場強度增大，粗選精礦(TFe)品位逐漸下降，回收率逐漸提高；當(dāng)磁場強度增加至112 kA/m時，粗精礦鐵品位為54.04%，鐵回收率為75.36%；當(dāng)磁場強度從112 kA/m增加到144 kA/m時，粗選精礦品位降低了0.12個百分點，回收率增加了0.31個百分點，變化幅度均不大。因此，選擇粗選場強為112 kA/m。

圖3 粗選磁場強度試驗Fig.3 Magnetic field strength test of roughing

3.2 精選磁場強度試驗

為確定精選適宜的磁場強度，在一段磨礦細度-0.074 mm占90%，粗選場強為112 kA/m的條件下，對粗選精礦進行精選試驗。從圖4可以看出，隨著磁場強度從74 kA/m增加之96 kA/m時，磁精礦(TFe)品位由57.65%降低至56.05%，下降了1.6個百分點，鐵回收率從71.63%增加到72.36%，提高了0.73個百分點，再增加磁場強度，精礦回收率的增加幅度明顯大于品位的增加幅度，確定精選場強為96 kA/m。

圖4 精選磁場強度試驗Fig.4 Magnetic field strength test of concentration

對一次精選精礦進行二次精選后，精礦品位提高不大。對-0.074 mm占90%細度下的主要礦物采用MLA進行單體解離度進行測定，結(jié)果見表4。由表4可知，磁鐵礦單體解離度為83.51%，與硅酸鹽礦物的連生體為9.61%。氟碳鈰礦和獨居石的單體解離度僅為73.65%和72.15%，主要是與硅酸鹽和鐵礦物連生。因此，連生體是影響鐵精礦品位提高的主要原因，需要進一步磨礦使鐵礦物盡可能的解離。

表4 主要礦物的單體解離度Table 4 Dissociation degree of major minerals

3.3 再磨細度試驗

對二次精選精礦進行再磨細度試驗，試驗結(jié)果見圖5。從圖5中可以看出，隨著磨礦細度的增加，精礦鐵品位逐漸增加，鐵回收率逐漸下降，當(dāng)磨礦細度從-0.045 mm 75%增加至-0.045 mm 90%時，鐵的品位和回收率分別為65.83%和69.86%；繼續(xù)增加磨礦細度至-0.045 mm 95%時，鐵品位僅增加了0.45個百分點，而鐵回收率從69.86%降低至69.28%，降低了0.58個百分點，變化幅度均較小，因此，考慮選擇合適的再磨細度為-0.045 mm 90%。

圖5 磨礦細度試驗Fig.5 Grinding fineness test

3.4 再磨場強試驗

為確定適宜的再磨磁選磁場強度，在一段磨礦細度為-0.074 mm 90%，粗選場強為112 kA/m，精選磁場強度為96 kA/m，再磨細度為-0.045 mm 90%的條件下進行再磨磁場強度試驗。由圖6可知，隨著磁場強度從74 kA/m增加之96 kA/m時，磁精礦(TFe)品位由57.65%降低至56.05%，下降了1.6個百分點，鐵回收率從71.63%增加到72.36%，提高了0.73個百分點，再增加磁場強度，精礦回收率的增加幅度明顯大于品位的增加幅度，確定精選場強為96 kA/m。

圖6 再磨磁場強度試驗Fig.6 Regrind magnetic field strength test

4 稀土浮選試驗

4.1 抑制劑用量試驗

根據(jù)工藝礦物學(xué)研究結(jié)果，該試樣中主要的脈石礦物為霓石、方解石和重晶石等，水玻璃是常用的有效抑制劑，在捕收劑用量0.8 kg/t、浮選溫度60 ℃，進行水玻璃用量試驗,試驗結(jié)果見圖7。由圖7可以看出，隨著水玻璃用量的增加稀土精礦(REO)的品位逐漸提高，但回收率逐漸降低，當(dāng)水玻璃用量從1.5 kg/t增加至2.1 kg/t時，稀土精礦的品位從18.56%提高到23.46%，回收率從92.14降低至88.52%；繼續(xù)增加水玻璃用量至2.4 kg/t時，稀土精礦的品位提高了1.2個百分點，但回收率降低了4.13個百分點，主要是因為捕收劑H205的最佳浮選pH值為8～9[11]，當(dāng)水玻璃用量過大時，礦漿pH值過高降低了捕收劑的作用效果。因此，選擇適宜的水玻璃用量為2.1 kg/t。

圖7 水玻璃用量試驗Fig.7 Sodium silicate dosage test

4.2 捕收劑用量試驗

捕收劑采用2-羥基3-萘甲基羥肟酸(H205)，該藥劑廣泛用于稀土浮選生產(chǎn)工藝，具有選擇性高、捕收性能強的特點。在水玻璃用量為2.1 kg/t、浮選溫度60 ℃條件下進行H205用量試驗，實驗結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，隨著捕收劑用量的增加，稀土精礦(REO)的品位和回收率都逐漸增加，當(dāng)捕收劑用量為1.0 kg/t時，精礦的品位為24.66%，回收率為90.33%，繼續(xù)增加捕收劑的用量，稀土精礦的回收率僅增加了0.73個百分點，但品位降低了0.99個百分點。因此，確定最佳的捕收劑用量為1.0 kg/t。

圖8 捕收劑用量試驗Fig.8 Collector dosage test

5 綜合條件試驗

在上述階段磨礦階段選鐵和選鐵尾礦稀土浮選的條件試驗的基礎(chǔ)上進行綜合條件試驗，試驗流程見圖9，試驗結(jié)果見表5。由表5可知，原礦經(jīng)階段磨礦弱磁選可獲得鐵品位為65.83%，鐵回收率為69.86%的良好指標(biāo)。 選鐵尾礦在最佳浮選條件下經(jīng)一粗兩精的閉路試驗流程可獲得稀土精礦(REO)品位為50.89%，回收率為63.17%的技術(shù)指標(biāo)。

表5 全流程試驗結(jié)果Table 5 Test results of whole process

圖9 全流程圖Fig.9 Flow chart of whole process

對最終的鐵精礦和稀土精礦進行了化學(xué)多元素分析，結(jié)果分別見表6和表7。由表6可知，鐵精礦中主要雜質(zhì)元素F、P和S含量低于0.4%，達到了包鋼冶煉的要求；由表7可知，稀土精礦中雜質(zhì)元素F、P和S含量相對現(xiàn)有工藝生產(chǎn)的稀土精礦中雜質(zhì)含量較低[7]。

表6 鐵精礦多元素分析結(jié)果Table 6 Multi-element analysis results of iron concentrates

表7 稀土精礦多元素分析結(jié)果Table 7 Multi-element analysis results ofrare earth concentrates

6 結(jié) 論

1) 礦石中鐵含量為17.50%，稀土REO含量為8.43%；主要的雜質(zhì)元素為CaO、BaO和SiO2；礦石礦物組成復(fù)雜。鐵礦物主要是磁鐵礦，呈浸染狀集合體與霓石和稀土礦物緊密共生，粒度部分不均勻；主要的稀土礦物為氟碳鈰礦和獨居石，嵌布粒度較細，大多被磁鐵礦和霓石包裹或鑲嵌在磁鐵礦和霓石邊緣。

2) 通過磨礦-兩段弱磁選-再磨-弱磁選的工藝，在一段磨礦細度為-0.074 mm 90%、粗選磁場強度和精選磁場強度分別為112 kA/m和96 kA/m、再磨細度和再磨磁場強度為-0.045 4 mm 90%和96 kA/m的條件下獲得了鐵精礦TFe品位65.83%、回收率69.86%的良好技術(shù)指標(biāo)，雜質(zhì)含量達到冶煉要求。

3) 選鐵尾礦在浮選溫度60 ℃、水玻璃用量2.1 kg/t、捕收劑H205用量1.0 kg/t的條件下經(jīng)一次粗選、兩次掃選的閉路試驗可獲得REO品位為50.89%，回收率為63.17%的稀土精礦。