張成強(qiáng)，張紅新，李洪潮，黃俊瑋

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州450006；2.國土資源部多金屬礦評價(jià)與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州450006)

非洲某鉭鈮粗精礦精選試驗(yàn)研究

張成強(qiáng)1，2，張紅新1，2，李洪潮1，2，黃俊瑋1，2

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州450006；2.國土資源部多金屬礦評價(jià)與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州450006)

摘要：針對非洲某鉭鈮礦粗精礦進(jìn)行了精選試驗(yàn)研究。采用不同類型的磁選裝備進(jìn)行了鈮鐵礦和鈦鐵礦分離對比試驗(yàn)，CRIMM電磁高梯度磁選機(jī)分離效果最佳，磁選尾礦電選法回收錫石。采用磁選-電選聯(lián)合工藝流程，有效解決了鉭鈮粗精礦中各有用元素的綜合回收，最終獲得了含Ta2O5 5.13%、Nb2O5品位56.09%，回收率分別為86.25%、88.86%的鉭鈮精礦，含TiO246.65%、回收率88.68%的鈦精礦，含Sn57.71%、回收率70.41%的錫精礦。

關(guān)鍵詞：粗精礦；鉭鈮礦；鈦鐵礦；錫石；磁-電聯(lián)合工藝

鉭和鈮性質(zhì)相似，均屬高熔點(diǎn)稀有金屬，由于其特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于電子、鋼鐵、化工、冶金、原子能及航空航天等行業(yè)[1]。關(guān)于鉭鈮礦的開發(fā)利用，我國目前已形成從礦山、選礦、冶煉到合金加工、電容器和鈮鋼生產(chǎn)等完整的鉭鈮礦開發(fā)體系，隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和電子產(chǎn)品消費(fèi)的持續(xù)增長，鉭鈮的需求日益增加，資源短缺局面逐漸呈現(xiàn)[2]。 因此，在開發(fā)好國內(nèi)鉭鈮礦資源的情況，充分利用國外的鉭鈮礦資源是個(gè)很好的出路。

鉭鈮礦由于其原礦品位低，選礦一般先采用重選丟棄大部分脈石礦物，獲得低品位混合粗精礦，然后再進(jìn)行精選，分離出多種有用礦物[3]。鉭鈮粗精礦的精選工藝一般根據(jù)含的礦物組成不同，采用不同的分離方法。對于共伴生重礦物種類繁多，且多數(shù)有綜合回收價(jià)值的復(fù)雜鉭鈮礦，粗精礦的選別需采用多種方法或選冶聯(lián)合工藝流程才能綜合回收[4]，文獻(xiàn)[5]對福建南平鉭鈮礦重選出的粗精礦，先用弱磁選除去粗精礦中的鐵雜質(zhì)，消除鐵雜質(zhì)對精選作業(yè)的干擾，再用強(qiáng)磁選選出磁性產(chǎn)品(鉭鈮精礦)，非磁性產(chǎn)品經(jīng)重選處理丟棄尾礦(輕產(chǎn)品)，重選精礦經(jīng)浮選脫除硫化礦物后產(chǎn)出錫精礦。針對新疆可可托海鉭鈮等復(fù)雜多金屬礦，對粗精礦采用重-磁-浮聯(lián)合工藝流程，最終可得到鉭鈮總精礦(Ta，Nb)2O5品位為55%左右、回收率為62%的技術(shù)指標(biāo)，并綜合回收了鋰鈹?shù)萚6]。針對某難分離鎢鉭鈮粗精礦，其中的礦物間物理性質(zhì)相近，重選、磁選均無法有效分離，最終采用選冶聯(lián)合工藝進(jìn)行處理，成功實(shí)現(xiàn)了鎢鉭鈮精礦的分離[7-9]。細(xì)粒鉭鈮礦的精選一般采用浮選方法，選擇高效捕收劑進(jìn)行選別[10-12]。

本文所研究的鉭鈮粗精礦來自非洲某國，屬鉭鈮砂礦床，是原礦經(jīng)水洗、重選粗選(跳汰-搖床選別)后獲得的粗精礦。粗精礦中含有鉭鈮礦、錫礦、鈦鐵礦、鋯石等多種有用礦物，由于物質(zhì)組成復(fù)雜，部分礦物物理化學(xué)性質(zhì)相近，分離難度較大。針對礦石的性質(zhì)，本研究采用磁選-電選聯(lián)合工藝流程對該粗精礦中有用金屬進(jìn)行綜合回收。

1礦石性質(zhì)

試樣為原礦重選后的粗精礦，經(jīng)顯微鏡鑒定、化學(xué)分析和X射線衍射分析等查明，礦石中主要金屬礦物為鈮鐵礦、鈦鐵礦，其次為錫石、鋯石及少量的獨(dú)居石等，脈石礦物主要為長石、石英等。進(jìn)一步巖礦鑒定結(jié)果顯示這些礦物基本已經(jīng)單體解離。粗精礦X射線衍射圖譜見圖1。

粗精礦主要化學(xué)成分分析結(jié)果及礦物組成分別見表1和表2。主要礦物的物理性質(zhì)見表3，粗精礦的粒度組成以及主要元素在各粒級的分布見表4。

圖1　粗精礦樣品X衍射圖譜

元 素Ta2O5Nb2O5TiO2SnZrO2HfO2Th含量0.7457.7013.256.2511.290.370.59元 素TFeSiO2CaOMgOK2ONa2OAl2O3含量10.9032.050.440.0821.400.4710.92

表2　主要礦物相對含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%

表3　主要礦物的物性參數(shù)[8]

表4　鉭鈮粗精礦的粒度組成和部分元素在各粒級的分布

綜合表1、表2數(shù)據(jù)可知，粗精礦中鉭、鈮、鈦、錫、鋯的品位都較高，其中鉭鈮主要以鈮鐵礦的形式存在，鈦主要鈦鐵礦的形式存在，錫主要以錫石的形式存在，鋯主要以鋯英石的形式存在。從表3可以看出，鈮鐵礦和鈦鐵礦的比磁化系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它幾種礦物，可采用磁選的方法分離這兩種礦物，同時(shí)這兩種礦物的比磁化系數(shù)也有一定的差別，可通過采用不同磁場強(qiáng)度進(jìn)行鈮鐵礦和鈦鐵礦的磁選分離。磁選尾礦中，錫石、鋯石礦物與脈石礦物在密度上有較大的差異，可通過重選的方法除去石英、長石等。在電性上，錫石與其它礦物之間存在差異，可以采用電選的方式分離錫石，電選尾礦一般應(yīng)為鋯石、獨(dú)居石和部分脈石礦物，可通過重選的方法進(jìn)一步提純鋯石品位。

從粒度篩析結(jié)果可以看出，目的礦物主要存在于-0.3mm粒級。鏡下鑒定表明，每個(gè)粒級中有用礦物的單體解離度都很高，因此，在精選前無需再進(jìn)行磨礦。

2選礦試驗(yàn)研究

2.1磁選試驗(yàn)

2.1.1磁選探索試驗(yàn)

由表3數(shù)據(jù)可知，鈮鐵礦和鈦鐵礦具有弱磁性，必須用強(qiáng)磁選才能將其分選出來，考慮到目前的磁

選設(shè)備類型較多，結(jié)合該礦區(qū)當(dāng)?shù)厝彼淖匀粭l件，本研究重點(diǎn)進(jìn)行了干法磁選探索試驗(yàn)，分別采用實(shí)驗(yàn)室GCG型電磁感應(yīng)輥干式強(qiáng)磁選機(jī)、CRIMM電磁高梯度干式強(qiáng)磁選機(jī)進(jìn)行了對比試驗(yàn)。由于鈦鐵礦的比磁化系數(shù)大于鈮鐵礦，首先采用相對較小的磁場強(qiáng)度分離出鈦鐵礦，鈦鐵礦尾礦再采用較強(qiáng)的磁場強(qiáng)度分離鈮鐵礦，為得到較合適的技術(shù)指標(biāo)，鈦鐵礦選別進(jìn)行了兩次粗選、鈮鐵礦選別進(jìn)行了1次粗選和1次精選。試驗(yàn)工藝流程見圖2，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖2　磁選探索試驗(yàn)工藝流程

表5　不同磁選方式的設(shè)備對比試驗(yàn)/%

從對比試驗(yàn)可以看出，采用CRIMM電磁高梯度磁選機(jī)分選效果較好，能將鈦鐵礦與鈮鐵礦有效地分離，因此，確定采用該設(shè)備開展試驗(yàn)研究。

2.1.2鈦鐵礦與鈮鉭礦分選條件試驗(yàn)

從這兩種礦物的比磁化系數(shù)比較來看，差別不是太大，因此需分別考察鈦鐵礦、鈮鐵礦分選最佳的磁場強(qiáng)度，試驗(yàn)工藝流程見圖3，鈦鐵礦分選磁場強(qiáng)度條件試驗(yàn)結(jié)果見圖4，鈮鐵礦分選磁場強(qiáng)度條件試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖4結(jié)果可知，隨著磁場強(qiáng)度的逐漸增加，鈦的回收率增加，精礦品位逐漸下降，當(dāng)磁場強(qiáng)度達(dá)280kA/m之后，精礦TiO2含量下降嚴(yán)重，綜合考慮TiO2精礦品位和回收率，磁場強(qiáng)度250～280kA/m為宜。從圖5的結(jié)果可以看出，當(dāng)磁場強(qiáng)度在400～450kA/m精礦中Nb2O5的品位和回收率都較高。

2.1.3鈦鐵礦和鈮鐵礦分離全流程試驗(yàn)

在磁場強(qiáng)度條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了鈦鐵礦與鉭鈮礦分選全流程試驗(yàn)，磁場強(qiáng)度在各自最佳分離效果范圍內(nèi)選取，為提高鈦的回收率，鈦鐵礦進(jìn)行了兩次粗選。為提高鈮鐵礦精礦品位和回收率，分別增加了鈮鐵礦精選和掃選作業(yè)。試驗(yàn)工藝流程見圖6，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

圖3　鈦鐵礦與鈮鐵礦分選工藝流程

圖4　磁場強(qiáng)度與鈦鐵礦選別指標(biāo)的關(guān)系

圖5　磁場強(qiáng)度與鈮鐵礦選別指標(biāo)的關(guān)系

圖6　鈦鐵礦與鈮鐵礦分離原則工藝流程

表6　鈦鐵礦和鈮鐵礦分離試驗(yàn)結(jié)果/%

從表6的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，通過采用不同磁場強(qiáng)度進(jìn)行分階段選別能有效實(shí)現(xiàn)鈦鐵礦和鈮鐵礦的有效分離，可以得到較高品位和回收率的鈦鐵礦精礦和鈮鐵礦精礦。

2.2錫石的回收試驗(yàn)

因?yàn)殄a石沒有磁性，主要存在于磁選尾礦中，其回收主要利用電選。電選是利用礦物的電性差異來進(jìn)行分選礦物的方法，是錫石與其它礦物分離時(shí)最常用的選別方法[13]。在電選之前，通過重選除去脈石，以減少進(jìn)入電選作業(yè)的礦量，另外，樣品分級后分別進(jìn)行搖床重選-電選效果最好[14]，這樣可有效提高分選試驗(yàn)的技術(shù)指標(biāo)。本研究把入選樣品分級成了+0.3mm、-0.3mm兩個(gè)粒級。試驗(yàn)設(shè)備采用XDF-250×200高壓鼓筒式電選機(jī)，工藝流程如圖7所示，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7試驗(yàn)結(jié)果表明電選是錫石分選的有效方法，磁選尾礦通過重選-電選可得到品位含Sn為57.71% 的高品位錫精礦，Sn的作業(yè)回收率達(dá)88.58%。

2.3電選尾礦中其他礦物的綜合回收探索試驗(yàn)

鏡下鑒定發(fā)現(xiàn)，電選尾礦(非導(dǎo)體礦物)中主要有用礦物為鋯石、獨(dú)居石、釷石和部分錫石，脈石礦物為石英、長石等，根據(jù)有用礦物與脈石礦物的密度差異，對鋯石等進(jìn)一步重選富集得到重礦物產(chǎn)品。本試驗(yàn)重點(diǎn)考察鋯的回收，對搖床重產(chǎn)品中不同礦物不再進(jìn)行進(jìn)一步分離。試驗(yàn)工藝流程見圖8，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表7　錫石電選試驗(yàn)結(jié)果/%

圖7　錫石電選原則工藝流程

圖8　電選尾礦探索試驗(yàn)工藝流程

表8　電選尾礦探索試驗(yàn)結(jié)果/%

從表8探索試驗(yàn)結(jié)果看出，可得到ZrO2品位52.07%的鋯石精礦，未達(dá)到國家規(guī)定的鋯英石精礦最低5級品質(zhì)量要求，不能作為產(chǎn)品出售?；瘜W(xué)分析結(jié)果表明其中錫的含量也較高，鏡下鑒定發(fā)現(xiàn)獨(dú)居石、釷石、稀土等礦物也都在此精礦中富集，成分復(fù)雜，礦物之間性質(zhì)非常相近，分離難度大，對這些共伴生礦的回收下一步應(yīng)需開展選冶聯(lián)合試驗(yàn)較為合適。

3試驗(yàn)綜合結(jié)果

混合粗精礦首先在不同磁場強(qiáng)度下分選出鈦鐵礦和鈮鐵礦，磁選尾礦分級后再進(jìn)行搖床重選，重選精礦進(jìn)行電選錫石，電選尾礦再進(jìn)行鋯石、稀土的回收，即采用磁-重-電聯(lián)合工藝流程，可得到產(chǎn)率26.21%、TiO2品位46.65%、TiO2回收率88.68%的鈦鐵礦精礦；產(chǎn)率12.61%、Nb2O5品位52.83%、Nb2O5回收率88.86%的鈮鐵礦精礦；產(chǎn)率7.87%、錫品位57.71%、錫回收率70.41%的錫精礦。最終推薦的綜合原則工藝流程見圖9，綜合試驗(yàn)結(jié)果見表9。

圖9　推薦原則工藝流程

考慮到該礦區(qū)缺水、干旱的自然特點(diǎn)，鈦鐵礦和鈮鐵礦分離采用干式磁選較為合適，各烘干作業(yè)以自然烘干為主。電選尾礦中以鋯英石為主并含一定量的稀土、稀有等元素，采用物理方法分離提純較為困難，建議采用冶金的方法對其進(jìn)行進(jìn)一步研究。

4結(jié)語

1)本次試驗(yàn)重選粗精礦樣含鈮7.7%、含錫6.25%、含鈦13.25%、含鋯11.29%，有用礦物主要有鈮鐵礦、鈦鐵礦，其次為錫石、鋯石，少量的獨(dú)居石等，脈石礦物主要有長石、石英等，進(jìn)一步鑒定結(jié)果表明這些礦物基本上已經(jīng)單體解離。試驗(yàn)主要回收其中的鉭鈮礦、鈦鐵礦、錫石以及鋯石等；由于鈮鐵礦和鈦鐵礦比磁化系數(shù)差別不是太別大，兩者的分離相對較為困難。

表9　全流程試驗(yàn)綜合結(jié)果/%

2)在礦石性質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，本研究采用磁選鈦鐵礦→磁選鈮鐵礦→磁選尾礦分級搖床重選→電選錫石→電選尾礦重選選鋯石的工藝流程，可得到產(chǎn)率26.21%、TiO2品位46.65%、TiO2回收率88.68%的鈦鐵礦精礦；產(chǎn)率12.61%、Ta2O5和Nb2O5品位為5.13%和52.83%、Ta2O5和Nb2O5回收率86.25%和88.86%的鉭鈮礦精礦；產(chǎn)率7.87%、錫品位57.71%、錫回收率70.41%的錫精礦；鋯石探索試驗(yàn)結(jié)果表明，鋯等稀有元素也得到綜合回收。該研究有效地回收了粗精礦中的各有用金屬元素，使資源得到更加合理地利用。

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Experimental study on cleaning of tantalum-niobium rough concentrate in Africa

ZHANG Cheng-qiang1，2，ZHANG Hong-xin1，2，LI Hong-chao1，2，HUANG Jun-wei1，2

(1.Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources，Chinese Academy ofGeological Sciences，Zhengzhou 450006，China；2.Key Laboratory of Evaluation and Multipurpose Utilization of Polymetallic Ore，Ministry of Land and Resources,Zhengzhou 450006，China)

Abstract:Experimental study on cleaning of tantalum-niobium rough concentrate in Africa was carried out.Contrast tests for separation of niobite and ilmenite by different type magnetic separation equipments were conducted，separation effect is the best by CRIMM electro-magnetic high gradient magnetic separator，electrostatic separation was adopted to reclaim ilmenite from magnetic separation tailings.The united flowsheet of magnetic- electrostatic separation was used and the comprehensive reclaim of each valuable metal in the rough concentrate has been accomplished effectively，F(xiàn)inally，a tantalum-niobium concentrate with a Ta2O5 、Nb2O5 grade and recovery of 5.13%、56.09% and 86.25%、88.86%，was obtained，a nilmenite concentrate with a TiO2 grade and recovery of 46.65% and 88.68%，respectively was obtained，tin concentrate (Sn grade=57.71%，recovery rate=70.41%) was obtained.

Key words：rough concentrate；tantalum-niobium；ilmenite；cassiterite；combined process of magnetic- electrostatic separation

收稿日期：2015-03-07

基金項(xiàng)目：國土資源行業(yè)公益專項(xiàng)項(xiàng)目資助(編號：201211069)

作者簡介：張成強(qiáng)(1974-)，男，副研究員，博士，主要從事礦產(chǎn)資源綜合利用技術(shù)研發(fā)。

中圖分類號：TD954

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)03-0121-06