華陽川低品位鈾多金屬礦重選回收技術(shù)研究

劉志超，李 廣，李春風(fēng)，強(qiáng)錄德，馬 嘉，田宇暉，武翠蓮，唐寶彬

(核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149)

華陽川礦床地處華北板塊南緣小秦嶺地區(qū)的西段，是以鈾、鈮、鉛為主，并伴生有稀土、稀有元素以及貴金屬元素的超大型綜合礦床。該礦床具有規(guī)模大、礦種多、品位低、埋深淺、易開采的特點(diǎn)，礦石中各種有價(jià)金屬的品位均在邊界品位以下。通過選礦拋棄大部分脈石，使有價(jià)元素得到大幅度富集，該礦床才可能具備工業(yè)開發(fā)價(jià)值[1-4]。重選主要是根據(jù)礦物密度和細(xì)度的不同，借助流體動(dòng)力和機(jī)械力的作用，使礦物松散分層，從而得到不同密度或不同細(xì)度產(chǎn)品的一種選礦方法。重選具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)能力大、作業(yè)成本低廉、環(huán)境污染小等特點(diǎn)，在有色金屬、黑色金屬、貴金屬及非金屬礦的選別中得到了廣泛的應(yīng)用[5]。

華陽川低品位鈾多金屬礦中價(jià)值最高的鈾主要以鈮鈦鈾礦形式存在，鈮鈦鈾礦的密度大；伴生的有用礦物方鉛礦、磁鐵礦等密度也較大，在重選富集鈾時(shí)也能得到同步富集。針對(duì)華陽川低品位鈾多金屬礦，根據(jù)礦石礦物組成及性質(zhì)，以鈾為目標(biāo)金屬，兼顧其他有價(jià)元素，開展重選回收技術(shù)研究，考察重選設(shè)備、磨礦細(xì)度、重選工藝及參數(shù)對(duì)鈾重選效果的影響，實(shí)現(xiàn)降低成本和提高鈾重選回收率的目的；并確定合理的重選工藝和參數(shù)，為該礦床的經(jīng)濟(jì)合理開發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 礦石性質(zhì)

華陽川低品位鈾多金屬礦組成復(fù)雜，礦石中主要有用礦物為鈮鈦鈾礦、晶質(zhì)鈾礦，可綜合回收的礦物有方鉛礦、磁鐵礦、氟碳鈰礦、硅鈹釔礦等。礦石中主要礦物組成見表1，礦石中主要元素化學(xué)分析結(jié)果見表2。

表1 礦石中主要礦物組成 %

表2 礦石中主要元素化學(xué)分析結(jié)果 %

2 試驗(yàn)方法

礦石中的脈石礦物主要有方解石、白云石、長(zhǎng)石、石英、云母等，它們的密度為2.5～2.9 g/cm3；有用礦物鈮鈦鈾礦、方鉛礦、磁鐵礦等密度一般在4.5 g/cm3以上。有用礦物與脈石礦物具有較顯著的密度差異，可考慮重選工藝。礦石用重選法處理的難易程度，可用可選性準(zhǔn)則E大致判斷[6]：

(1)

式中，δ1、δ2、ρ分別為輕礦物、重礦物和介質(zhì)的密度。

按E值可將礦石重選難易性分成幾個(gè)等級(jí)，見表3。脈石礦物密度按2.9 g/cm3計(jì)算，E值為1.84，礦石屬于容易重選類型。

表3 礦物按密度分離的難易度

本研究為了降低礦石磨礦成本、減少礦石泥化、提高鈾重選回收率，采用破碎—預(yù)先篩分—棒磨—檢查篩分的破磨工藝，以及螺旋溜槽預(yù)富集—粗精礦再磨分級(jí)—粗粒級(jí)搖床重選—細(xì)粒級(jí)離心重選的工藝流程，如圖1所示。

圖1 華陽川低品位鈾多金屬礦重選回收原則工藝流程

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 螺旋溜槽預(yù)富集試驗(yàn)研究

3.1.1 磨礦粒度對(duì)重選效果的影響

螺旋溜槽具有占地面積小、消耗動(dòng)力少、處理能力大等特點(diǎn)，適用于分選細(xì)度0.02～3.0 mm的礦砂。在較粗磨礦粒度條件下，采用螺旋溜槽可以實(shí)現(xiàn)預(yù)先拋尾，得到重選粗精礦，降低后續(xù)細(xì)磨礦石量，因此在保證回收率的前提下螺旋溜槽重選精礦產(chǎn)率越低越好[7-8]。

將礦石采用圓錐破碎機(jī)破碎至-8 mm，再用棒磨機(jī)將其分別磨至-2.5、-2.0、-1.5、-1.0、-0.5 mm，選用BLL-600螺旋溜槽考察了磨礦粒度對(duì)重選鈾效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 磨礦粒度對(duì)螺旋溜槽重選鈾效果的影響

由圖2可知，隨著磨礦粒度逐漸降低，螺旋溜槽重選精礦中鈾回收率逐漸降低，鈾品位逐漸升高。綜合考慮精礦鈾品位和回收率的關(guān)系，選擇磨礦粒度為-1.5 mm，此時(shí)螺旋溜槽精礦的鈾品位為0.293‰，鈾回收率為91.21%。

3.1.2 預(yù)先篩分對(duì)重選效果的影響

礦石破碎后，將解離細(xì)度符合要求的礦石預(yù)先篩分出來，可以防止在后續(xù)磨礦過程中有用礦物過磨泥化，進(jìn)而影響鈾的重選回收率。

將礦石采用圓錐破碎機(jī)破碎至-8 mm后分成兩份，一份用1.5 mm的篩子將-1.5 mm粒級(jí)的礦石預(yù)先篩分出來，+1.5 mm粒級(jí)礦石進(jìn)入棒磨機(jī)磨至-1.5 mm；另一份直接進(jìn)入棒磨機(jī)磨至-1.5 mm，磨好的兩份礦樣分別用BLL-600螺旋溜槽進(jìn)行重選，對(duì)比預(yù)先篩分棒磨和直接棒磨的重選效果，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 預(yù)先篩分與直接棒磨重選效果對(duì)比

由表4可知，通過預(yù)先篩分不僅能減少進(jìn)入磨機(jī)的礦石量，降低磨礦費(fèi)用；還能避免礦石過磨，提高鈾的重選回收率。采用預(yù)先篩分棒磨工藝，螺旋溜槽精礦產(chǎn)率為50.12%，鈾品位為0.295‰，鈾回收率為92.52%。

3.2 重選粗精礦再磨分級(jí)重選

礦石經(jīng)過螺旋溜槽分選后，螺旋溜槽重選粗精礦產(chǎn)率仍然較大，鈾品位較低。這主要是由于磨礦粒度較粗，脈石礦物和目標(biāo)礦物未完全解離，因此對(duì)重選粗精礦進(jìn)行了再磨。為了提高重選粗精礦中鈾的富集比和回收率，對(duì)再磨后的重選粗精礦進(jìn)行分級(jí)重選。

3.2.1 磨礦粒度對(duì)搖床重選效果的影響

搖床具有處理能力大、選別粒度范圍寬、分選精度高、有價(jià)金屬品位富集比高等優(yōu)點(diǎn)，但其占地面積較大[9]。因此本研究先用螺旋溜槽預(yù)富集，然后再用搖床進(jìn)一步分離富集。

將螺旋溜槽重選精礦用棒磨機(jī)進(jìn)一步細(xì)磨，在磨礦過程中進(jìn)行檢查篩分，防止過磨。磨礦粒度分別為-0.8、-0.7、-0.6、-0.5、-0.4 mm，用LY-1100×500搖床考察了不同粒度條件下的搖床重選效果，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同磨礦粒度下?lián)u床重選試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知，隨著磨礦粒度逐漸降低，搖床重選精礦中鈾回收率逐漸降低，鈾品位逐漸升高。綜合考慮精礦鈾品位與回收率的關(guān)系，選擇磨礦粒度為-0.6 mm，此時(shí)搖床重選精礦的鈾品位為0.637‰，鈾回收率為83.11%。

3.2.2 分級(jí)搖床重選對(duì)重選效果的影響

為了進(jìn)一步提高鈾的重選回收率，查明不同粒級(jí)中鈾的重選回收效果，開展了分級(jí)搖床重選試驗(yàn)。用棒磨機(jī)將礦石磨至-0.6 mm，用篩子分成+0.30 mm、+0.15～-0.30 mm、+0.045～-0.15 mm、-0.045 mm 4個(gè)粒級(jí)，分別用LY-1100×500搖床進(jìn)行了重選，考察了不同粒級(jí)礦石的重選效果，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 分級(jí)重選搖床試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，+0.15～-0.30 mm粒級(jí)的礦石搖床重選效果最好，精礦產(chǎn)率為39.13%，鈾品位為0.674‰，鈾回收率為91.94%。-0.045 mm粒級(jí)礦石中由于鈾礦物顆粒細(xì)，使用搖床回收效果差，精礦產(chǎn)率為18.94%，鈾品位為0.651‰，鈾回收率為37.84%。將各個(gè)粒級(jí)搖床重選的精礦和尾礦分別合并，搖床精礦產(chǎn)率為36.15%，鈾品位為0.684‰，鈾回收率為83.82%。

3.2.3 細(xì)泥離心分選試驗(yàn)研究

離心選礦機(jī)可在離心力場(chǎng)中對(duì)礦粒群進(jìn)行重選，是一種高效的重選設(shè)備。離心選礦機(jī)對(duì)微細(xì)礦泥的處理效果較好，對(duì)19～37 μm粒級(jí)礦泥的回收率高達(dá)90%左右。其富集比高于平面重力分選設(shè)備[10-11]。選用MD3尼爾森離心選礦機(jī)考察了-0.045 mm粒級(jí)礦石中鈾的重選回收效果，試驗(yàn)結(jié)果見表6?？梢钥闯觯捎秒x心選礦機(jī)能夠顯著提高精礦中鈾的回收率。離心精礦產(chǎn)率為12.56%，精礦的鈾品位為1.774‰，鈾回收率為68.35%。

3.3 全流程重選回收工藝及選礦指標(biāo)

按照上述確定的重選工藝流程和參數(shù)，計(jì)算最終的鈾重選指標(biāo)，并分析計(jì)算了鈮、鉛、鐵的重選指標(biāo)。華陽川低品位鈾多金屬礦重選回收工藝流程和參數(shù)如圖4所示，重選試驗(yàn)綜合指標(biāo)見表7?？梢钥闯?，重選精礦產(chǎn)率為17.72%，精礦鈾、鈮、鉛的回收率均大于80%，精礦鈾品位為0.734‰，是原礦鈾品位的4.59倍；重選尾礦產(chǎn)率為82.28%，尾礦鈾品位為0.036‰。

圖4 華陽川低品位鈾多金屬礦重選回收工藝流程與參數(shù)

表7 重選試驗(yàn)綜合選礦指標(biāo)

華陽川低品位鈾多金屬礦的礦石性脆，在磨礦過程中易泥化，進(jìn)而影響鈾等有價(jià)金屬的重選回收率。本研究采用階段磨礦、階段重選的工藝流程，礦石細(xì)碎后進(jìn)行預(yù)先篩分，選用棒磨機(jī)進(jìn)行磨礦，能夠有效降低礦石泥化；在較粗磨礦粒度條件下使用螺旋溜槽預(yù)拋尾，螺旋溜槽粗精礦通過再磨使有用礦物與脈石礦物進(jìn)一步解離。為了提高有價(jià)金屬重選回收率，螺旋溜槽重選粗精礦再磨后進(jìn)行分級(jí)重選，粗顆粒礦石采用搖床分選，細(xì)泥采用尼爾森離心選礦機(jī)分選。相對(duì)于搖床，尼爾森離心選礦機(jī)可以有效提高細(xì)泥中鈾的重選回收率。

該重選技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)鈾鈮的高效富集，拋棄80%以上的尾礦；而且能夠使伴生有價(jià)金屬鉛和鐵在重選精礦中得到同步富集。但是重選精礦的產(chǎn)率仍然較高，精礦中的鉛、鐵的品位仍然較高，后續(xù)需要根據(jù)各種有價(jià)元素的賦存狀態(tài)，開展進(jìn)一步的分離富集研究，獲得高品位的鈾鈮精礦，同時(shí)得到合格的鉛精礦和鐵精礦，提高礦床的整體經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4 結(jié)論

1)礦石細(xì)碎后進(jìn)行預(yù)先篩分，篩上部分用棒磨機(jī)磨礦后在-1.5 mm粒度下，采用生產(chǎn)能力大的螺旋溜槽進(jìn)行預(yù)先拋尾，螺旋溜槽重選精礦產(chǎn)率為50.12%，鈾品位為0.295‰，鈾回收率為92.52%。采用該流程既可減少礦石泥化，又可節(jié)省磨礦費(fèi)用。

2)螺旋溜槽重選精礦再磨后分級(jí)重選，+0.045 mm粗粒級(jí)礦石搖床分選效果好，鈾的回收率大于90%；但-0.045 mm粒級(jí)礦石搖床分選的效果差，鈾回收率僅為37.84%。采用尼爾森離心選礦機(jī)可將細(xì)泥中鈾的回收率提高至68.35%。

3)研發(fā)的低品位鈾多金屬礦重選回收技術(shù)，可以拋棄80%以上的脈石礦物，不僅可以實(shí)現(xiàn)鈾鈮的高效富集，而且能夠使伴生有價(jià)金屬鉛和鐵在重選精礦中得到同步富集。重選精礦中鈾、鈮、鉛的回收率大于80%，鈾品位為原礦鈾品位的4.59倍。