某含鉭鈮鋰云母多金屬礦選礦工藝研究

徐啟云

（洛陽坤宇礦業(yè)有限公司，河南 洛陽 471700）

鋰作為未來新能源汽車發(fā)展的重要金屬元素［1］，其在自然界中主要的賦存資源形式主要分為兩大類：一種以離子液體形態(tài)賦存于鹽湖鹵水之中［2］，一種以金屬氧化物固體形態(tài)賦存于偉晶鹽型礦石之中，其中賦存于礦石中的鋰礦物的種類繁多，當(dāng)前主要的可回收礦物為鋰輝石［3］、鋰云母［4］、鋰長石等。鋰云母為典型的層狀八面體配位的硅酸鹽礦物，其可浮性容易受其表面電位、礦漿pH、捕收劑的鍵合吸附能力影響而發(fā)生變化［5］，所以含鋰云母的多金屬礦的選礦工藝的開發(fā)難度極大。本文以河南省盧氏縣產(chǎn)出的含鉭鈮稀金屬鋰云母多金屬礦原礦礦石為研究對(duì)象［6］，根據(jù)礦石性質(zhì)分析得出的不同目的礦物的特性進(jìn)行了選礦工藝的開發(fā)，重點(diǎn)對(duì)比重-浮聯(lián)合工藝中［7］不同主選重選設(shè)備的處理效果和組合陽離子捕收劑對(duì)該礦物中含鋰礦物的浮選效果，進(jìn)而達(dá)到綜合回收該含鉭鈮鋰云母礦有價(jià)元素的目標(biāo)。

1 礦石性質(zhì)

1.1 化學(xué)成分及主要礦物組成

對(duì)礦區(qū)產(chǎn)出的含鉭鈮鋰云母多金屬礦代表性礦石進(jìn)行多元素化學(xué)分析，所得結(jié)果見表1。

表1 化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

礦物名稱 含量 礦物名稱 含量鋰云母、鋰白云母、磷鋰云母、鐵鋰云母 25.70 石英含鐵鉭鈮礦38.00 0.10斜長石、微斜長石 31.15 細(xì)晶石0.20角閃石 0.50 含鉭錫石0.05綠柱石 2.30 其它2.00

根據(jù)偏光顯微鏡觀測(cè)結(jié)果并結(jié)合礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果，可知該多金屬礦中的主要金屬礦物為鋰云母，由于類質(zhì)同象態(tài)的不同，礦石中的鋰云母可分為鋰云母、鋰白云母、磷鋰云母、鐵鋰云母等，其次為少量的含鐵錳鉭鈮礦、細(xì)晶石，微量的含鉭錫石等，其它的金屬硫化礦物如黃鐵礦和金屬氧化物如磁鐵礦含量極少，主要的脈石礦物為石英，其次為長石，并含有少量的電氣石、綠柱石等礦物，礦石中各礦物的組成及相對(duì)含量見表2。

1.2 主要目的礦物的嵌布粒度

由表2結(jié)果可看出，礦石中主要的可回收礦物為含鐵鉭鈮礦、細(xì)晶石、鋰云母等，由于自然界中的Ta、Nb多賦存于含鐵鉭鈮礦和細(xì)晶石中［8］，這兩種礦物的嵌布粒度直接影響到了后續(xù)重選回收含鉭鈮礦物的效果，同時(shí)，鋰云母的嵌布粒度對(duì)鋰云母與云母、長石的分離效果亦有明顯的影響，所以，在鏡下對(duì)礦石中含鉭鈮和鋰的主要礦物的嵌布粒度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

表3 主要目的礦物的嵌布粒度

由表3結(jié)果可看出，含鉭鈮礦物如含鐵鉭鈮礦、細(xì)晶石的嵌布粒度主要集中于+0.074 mm部分，屬于粗粒級(jí)嵌布，而鋰云母、鐵鋰云母的嵌布粒徑主要集中于0.15～0.039 mm部分，屬于中粒級(jí)嵌布。

2 試驗(yàn)研究及結(jié)果討論

2.1 選礦原則工藝的確定

由礦石性質(zhì)分析可知，原礦礦石中達(dá)到工業(yè)回收標(biāo)準(zhǔn)的元素為Ta、Nb、Li，其主要的賦存礦物為含鐵鉭鈮礦、細(xì)晶石、鋰云母、鐵鋰云母等，其中含鉭鈮的礦物比重大其嵌布粒度明顯較粗，采用粗磨條件下重選可將該部分含鉭鈮礦物加以回收，重選尾礦通過浮選回收嵌布粒度為中粒級(jí)的鋰云母及鐵鋰云母，可實(shí)現(xiàn)對(duì)該多金屬礦的有價(jià)元素的綜合回收［8］。推薦的選礦原則工藝流程如圖1所示。

圖1 推薦的原則工藝流程

2.2 含鉭鈮礦物重選

2.2.1 磨礦對(duì)鉭鈮重選回收率的影響

由于礦石中的鐵鉭鈮礦及細(xì)晶石與石英、長石、鋰云母等硅酸鹽或硅鋁酸鹽的比重差異性較大，采用重選進(jìn)行回收是當(dāng)前普遍的處理方式，由嵌布粒度分析可知，該礦中的含鉭鈮礦物整體嵌布粒度較粗，在確定磨礦細(xì)度和磨礦方式的過程中，無需細(xì)磨即可將大部分含鉭鈮礦物解離出來，同時(shí)不同磨礦方式產(chǎn)出的磨礦產(chǎn)品粒度組成的差異性對(duì)重選處理效果有著明顯的影響，為了對(duì)比分級(jí)棒磨和常規(guī)球磨對(duì)鉭鈮重選回收的影響，進(jìn)行了磨礦方式對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)流程如圖2所示，所得結(jié)果見表4。

圖2 不同磨礦方式處理流程圖

由表4結(jié)果可看出，采用對(duì)原礦進(jìn)行預(yù)先分級(jí)—篩上粒級(jí)部分進(jìn)行棒磨處理后的物料在相近的磨礦細(xì)度條件下，重選精礦中鉭、鈮品位及鉭、鈮回收率均高于直接球磨處理再重選的選礦指標(biāo)，表明該方式有效避免部分粗粒級(jí)的鐵鉭鈮礦、細(xì)晶石的過粉碎，所以推薦采用原礦預(yù)分級(jí)—棒磨處理的磨礦方式處理該原礦礦石。

表4 不同磨礦方式對(duì)鉭鈮重選的影響 %

為確定磨礦細(xì)度對(duì)鉭鈮礦物重選的影響，進(jìn)行了分級(jí)棒磨磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)，以進(jìn)入螺旋溜槽重選物料的細(xì)度為變量，所得結(jié)果如圖3所示。由圖3結(jié)果可看出，當(dāng)重選入選物料細(xì)度超過-74μm 60%，重選精礦中金屬回收率有大幅度降低，表明此細(xì)度下鉭鈮礦物發(fā)生了過粉碎，所以最佳磨礦細(xì)度為-74μm占60%。

圖3 磨礦細(xì)度對(duì)鉭鈮礦物重選的影響

2.2.2 重選工藝的優(yōu)化

由表4可看出，對(duì)原礦進(jìn)行螺旋溜槽重選產(chǎn)生的重選精礦含（Ta、Nb）2O31.32%，不能作為鉭、鈮冶煉的原料，所以對(duì)重選工藝進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后的工藝流程如圖4所示，所得指標(biāo)見表5。由表5結(jié)果可看出，在原礦分級(jí)棒磨細(xì)度為-74μm占60%條件下，通過螺旋溜槽預(yù)富集—粗精礦離心重選—離心精礦再搖床重選的多段作業(yè)條件下，產(chǎn)出的最終重選精礦含（Ta、Nb）2O342.32%，回收率為48.57%。

圖4 優(yōu)化后的重選工藝流程

表5 優(yōu)化后的重選指標(biāo) %

2.3 鋰云母浮選

2.3.1 礦漿pH條件試驗(yàn)

以圖3產(chǎn)出的重選尾礦作為鋰云母浮選的原料進(jìn)行浮選處理，由于鋰云母為TOT型結(jié)構(gòu)的層狀硅酸鹽礦物，其可浮性受其表面電荷及零電點(diǎn)影響極大，其礦物表面基本荷負(fù)電［9］，常采用陽離子捕收劑作為鋰云母的捕收劑，而常規(guī)陽離子捕收劑對(duì)鋰云母表面的吸附能力受礦漿pH、礦泥含量干擾較大，所以進(jìn)行了礦漿pH條件試驗(yàn)，試驗(yàn)流程如圖5所示，固定十二胺作為鋰云母的捕收劑，水玻璃作為石英、長石等脈石礦物的抑制劑，通過加入碳酸鈉、稀鹽酸作為礦漿pH的調(diào)整劑，所得結(jié)果如圖6所示。

圖5 鋰云母浮選礦漿pH條件試驗(yàn)流程

圖6 礦漿pH條件試驗(yàn)結(jié)果

由圖6結(jié)果可看出，在礦漿pH酸性及中性區(qū)間內(nèi)該礦石中的鋰云母礦物可浮性維持在較高的水平，這是由于鋰云母捕收劑所用的胺鹽在酸性條件下更易產(chǎn)生游離態(tài)的胺根離子，同時(shí)酸性條件下水玻璃對(duì)石英、長石的抑制效果更為明顯，有利于浮選精礦中鋰品位的提升，結(jié)合試驗(yàn)條件和圖6結(jié)果，鋰云母浮選最佳礦漿pH為5。

2.3.2 捕收劑條件試驗(yàn)

由于鋰云母礦物表面具有較強(qiáng)的鍵合羥基的能力［9］，采用組合捕收劑較常規(guī)的單一胺鹽捕收劑更易在鋰云母表面產(chǎn)生共吸附的效果，所以現(xiàn)階段多采用選鋰活化劑+胺鹽捕收的形式促進(jìn)鋰云母的上浮［10］，捕收劑種類條件試驗(yàn)流程如圖5所示，固定礦漿調(diào)整劑為HCl，調(diào)整礦漿pH為5，抑制劑水玻璃用量為2 000 g／t，以捕收劑種類為變量，所得結(jié)果見表6，由表6結(jié)果可看出，對(duì)鋰云母捕收能力為：陰陽離子組合捕收劑＞陽離子組合捕收劑＞單一陽離子捕收劑。椰油胺+SDS（十二烷基磺酸鈉）在用量為60 g／t+20 g／t條件下，浮選鋰精礦選礦指標(biāo)最為優(yōu)越，所以擬采用椰油胺+SDS為處理該含鉭鈮鋰云母多金屬礦中鋰云母的捕收劑。

表6 捕收劑條件試驗(yàn)結(jié)果

2.4 全流程閉路試驗(yàn)及指標(biāo)

根據(jù)已有的條件試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了原礦分級(jí)棒磨—鉭鈮礦物重選—重選尾礦浮選的全流程閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程如圖7所示，所得指標(biāo)見表7。

圖7 全流程試驗(yàn)流程

表7 全流程試驗(yàn)指標(biāo) %

由表7結(jié)果可得，采用推薦的工藝流程處理該含鉭鈮鋰云母多金屬礦，可得到鉭鈮精礦及鋰精礦兩個(gè)產(chǎn)品，鉭鈮精礦含（Ta、Nb）2O342.32%、（Ta、Nb）2O3回收率為48.36%；鋰云母精礦Li2O 3.68%，Li2O回收率88.95%。

3 結(jié) 論

1.河南省盧氏縣某地產(chǎn)出的含鉭鈮稀金屬鋰云母多金屬礦原礦含（Ta、Nb）2O30.025%、Li2O 0.72%，經(jīng)礦石性質(zhì)分析可知，礦石中的鉭鈮元素主要賦存于含鐵鉭鈮礦及細(xì)晶石中，鋰元素主要賦存于鋰云母、鐵鋰云母等云母礦物之中，通過鏡下檢測(cè)及統(tǒng)計(jì)可知礦石中的含鉭鈮礦物嵌布粒度較粗，有利于重選進(jìn)行預(yù)富集。

2.采用分級(jí)—棒磨的形式對(duì)原礦礦石進(jìn)行處理，可有效避免鉭鈮礦物的過粉碎，并通過不同重選設(shè)備的組合優(yōu)化，產(chǎn)出的鉭鈮精礦含（Ta、Nb）2O342.32%，達(dá)到了鉭鈮冶煉的質(zhì)量要求。

3.重選尾礦作為鋰云母浮選的給料，在礦漿pH為5的條件下，使用椰油胺+SDS作為該礦石中鋰云母礦物的捕收劑，可實(shí)現(xiàn)對(duì)該礦中含鋰礦物的充分回收，推薦工藝全流程試驗(yàn)產(chǎn)出的鋰云母精礦含Li2O 3.68%、Li2O回收率為88.95%。