非洲某風化型鈮鐵磷多金屬礦選礦研究

鄒堅堅 胡 真 楊凱志 丘世澄 ，4

（1.廣東省資源綜合利用研究所，廣東廣州510651；2.稀有金屬分離與綜合利用國家重點實驗室，廣東廣州510651；3.廣東省礦產資源開發和綜合利用重點實驗室，廣東廣州510651；4.中南大學資源加工與生物工程學院，湖南長沙410083）

鈮是一種稀有難熔金屬，廣泛應用于航空航天、 核工業、軍事、汽車工業、建筑、冶金等領域。全球95%的鈮供應產自燒綠石中，然而，燒綠石資源在全球的分布極不均衡，從當前已開發利用的情況看，燒綠石資源主要集中在巴西和加拿大，其供應占全球鈮消費的95%以上。俄羅斯、剛果（金）、肯尼亞、坦桑尼亞等國也有豐富的燒綠石資源[1-2]。我國鈮資源的90%集中在白云鄂博礦床，但是我國的鈮資源多以鈮鐵礦、鈮鐵金紅石為主[3]，而以燒綠石為主的礦石在我國尚未有發現，因此，國內針對燒綠石礦的選礦研究極少見。另外，由于我國鈮礦床具有鈮礦物種類多、品位低、嵌布粒度極細等特點，導致我國鈮資源雖然儲量豐富，但實際回收率極低，還不到10%，因此，我國的鈮自給率低，不得不從國外進口大量的鈮資源[4-6]。所以，針對燒綠石礦石的選礦研究顯得意義重大。

本文針對非洲某風化型鈮鐵磷多金屬礦進行研究，基于有價礦物與脈石礦物之間的密度、磁性、可浮性等性質差異，采用重選拋尾—弱磁選鐵—浮選選磷—浮選選鈮工藝流程，獲得鈮精礦、磷精礦和鐵精礦產品，在有效回收燒綠石的同時，綜合回收了磷灰石和磁鐵礦，為該類礦床的開發利用提供了技術依據。

1 試樣性質

1.1 試樣化學成分

試樣化學多元素分析結果、鐵物相分析結果分別列于表1和表2。

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從表1可知，試樣有價元素是鈮，Nb2O5含量為0.62%，同時含有13.91%的鐵和8.28%的P2O5。

從表2可知，鐵主要以磁、赤鐵礦和褐鐵礦形式存在，占有率分別達到49.32%和49.10%。

1.2 試樣礦物組成及含量

采用MLA對試樣進行礦物定量分析，結果列于表3。

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由表3可知，試樣目的礦物主要是燒綠石，少量的鈮鐵金紅石，礦石中含有一定量的磷灰石、磁鐵礦與赤鐵礦，脈石礦物主要是石英、長石、高嶺土等，其中高嶺土為風化蝕變產物，普遍黏附于其他礦物表面，甚至將礦物相互黏結成較大的顆粒。

1.3 主要有價礦物解度度測定

對破碎至-1 mm的礦石進行燒綠石的解離度測定，結果列于表4。

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由表4可知，燒綠石的總解離度達到91.26%，表明風化型鈮礦石中燒綠石具有很好的自然解離性。

2 試驗方案的確定

試樣具有礦物種類多，風化嚴重，含鐵、含磷、含泥量較高的特點。礦物組成檢測結果表明礦石中石英、長石、高嶺土等硅酸鹽礦物占總礦物量的近56%，這些礦物密度均≤2.7 g/cm3，而燒綠石密度通常在4.1～6.0 g/cm3之間，主要脈石礦物與燒綠石之間存在較大的密度差異；另外，礦石中燒綠石具有很高的自然解離性，礦石粒度為-1.0 mm時，燒綠石解離度達到91.26%，因此，采用重選可以預先拋棄大部分脈石礦物。鈮元素與鐵元素地球化學性質比較相近，故鐵礦物與鈮礦物常共生在一起形成鈮鐵共生的礦床，正是如此，礦石中含鈮的磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦等鐵礦物占總礦物量的近20%。鈮礦物與鐵礦物同屬于氧化礦物，在浮鈮過程中所采用的捕收劑對鐵礦物具有一定的捕收能力，從而對浮鈮帶來嚴重干擾，為此浮鈮之前需采取磁選除鐵。鈮元素具有較強的親氧、親磷性質，故鈮礦物與磷礦物常共生在一起，形成鈮磷共生礦，礦石中含有占礦物總量近17%的磷灰石，由于磷灰石與燒綠石同屬氧化礦，浮游性質相近，因此，為避免浮鈮過程中磷灰石的干擾，通常需要預先浮選磷灰石。在有效脫除石英、長石、高嶺土、鐵礦物、磷灰石后，針對浮磷尾礦采用浮選回收燒綠石，獲得鈮精礦產品。綜合考慮，采用重選拋尾—弱磁選鐵—浮選選磷—浮選選鈮原則流程。

3 試驗結果與討論

3.1 重選拋尾

原礦有價礦物含量低，基于燒綠石、磁鐵礦、磷灰石等有價礦物與脈石礦物存在密度差異，并且主要有價礦物燒綠石解離性良好，首先采用重選拋除脈石礦物。一方面減少后續作業的處理量，另一方面有效避免高嶺土、綠泥石等含泥礦物對后續作業的影響。試驗采用螺旋溜槽粗選，粗選中礦螺旋溜槽再選，重選試驗結果見表5。

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表5表明，通過螺旋溜槽重選拋尾后，可以獲得Nb2O5品位1.94%、回收率81.26%，Fe品位27.58%、回收率52.29%，P2O5品位16.80%、回收率52.77%的重選粗精礦。

3.2 弱磁選鐵

重選粗精礦含鐵達到27.58%，主要是比重較大的磁鐵礦與磁赤鐵礦，具有較強的磁性，可以采用弱磁選加以脫除。試驗采用ZCT滾筒弱磁選機進行弱磁選。

3.2.1 磨礦細度試驗

鐵精礦對磷含量要求極為嚴格，礦石中的部分磁鐵礦與磷灰石緊密連生，甚至包裹磷灰石，因此，需對重選粗精礦進行磨礦處理，才能提高鐵礦物單體解離度，進而獲得鐵品位較高且磷含量較低的鐵精礦。固定磁場強度為0.45 T，磨礦細度對鐵精礦指標影響結果見表6。

從表6可以看出，磨礦細度的增加可以有效降低鐵精礦磷含量，同時提高鐵精礦品位，但是鐵回收率有所下降。綜合考慮，選擇磨礦細度為-0.074 mm占78%。

3.2.2 磁場強度試驗

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磁場強度的選擇是決定磁選所獲得的鐵精礦的品位和回收率的關鍵因素，磁場強度試驗鐵精礦指標見表7。

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從表7可以看出，磁場強度增加后，鐵精礦回收率得到提高，品位有所下降。綜合考慮，選擇磁場強度為0.45 T，鈮和磷富集至弱磁尾礦。

3.3 浮選選磷

磷灰石不具有磁性，因此，弱磁尾礦P2O5含量達到24.69%，為避免其對燒綠石浮選帶來干擾，需預先浮選脫磷。影響浮磷的主要因素是調整劑和磷捕收劑，分別對其進行研究。

3.3.1 調整劑試驗

固定GY10為磷捕收劑，用量為60 g/t（藥劑用量均為對原礦計，下同），分別以碳酸鈉和氫氧化鈉為調整劑進行研究。調整劑試驗結果見表8。

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從表8可以看出，添加碳酸鈉更有利于磷的浮選回收，適宜的碳酸鈉用量為300 g/t。

3.3.2 捕收劑試驗

固定碳酸鈉用量為300 g/t，分別以油酸和GY10為磷捕收劑進行研究，磷捕收劑試驗磷粗精礦指標見表9。

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從表9可以看出，GY10對磷的選擇性捕收效果較好，適宜用量為60 g/t。

3.4 浮選選鈮

影響浮選選鈮的2個重要因素是脈石抑制劑和鈮捕收劑，分別對其進行研究。

3.4.1 脈石抑制劑試驗

固定胺類鈮捕收劑GSC用量為42 g/t，分別對SH和水玻璃2種脈石抑制劑進行研究，脈石抑制劑試驗鈮粗精礦指標見表10。

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從表10可以看出，水玻璃不僅對脈石具有抑制作用，對鈮礦物也具有一定的抑制作用，相對來說，SH對脈石礦物的選擇性抑制效果最好，適宜用量350 g/t。

3.4.2 捕收劑試驗

固定鈮捕收劑SH用量為350 g/t，分別對胺類捕收劑GSC和GSA進行對比研究，鈮捕收劑試驗鈮粗精礦指標見表11。

從表11可以看出，GSC對鈮礦物具有更好的選擇性捕收效果，適宜用量42 g/t。

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3.5 全流程試驗

綜合條件試驗結果，采用重選拋尾—弱磁選鐵—浮選選磷—浮選選鈮工藝流程（見圖1）進行全流程試驗研究，其中重選采用螺旋溜槽，給礦濃度為20%，給礦量為300 kg/h，螺旋直徑為φ600，弱磁選采用ZCT滾筒弱磁選機，磁場強度為0.45 T，浮選選磷與浮選選鈮均采用1次粗選2次精選2次掃選、中礦順序返回閉路流程，試驗結果見表12。

根據表2，閉路試驗可以獲得Nb2O5品位37.56%、Nb2O5回收率65.73%的鈮精礦，P2O5品位37.59%、P2O5回收率47.88%的磷精礦，Fe品位61.69%、回收率38.83%的鐵精礦。在實現鈮回收的同時，有效回收了磷和鐵，實現了礦石中多種有價元素的綜合回收。

4 結 語

非洲某風化型鈮鐵磷多金屬礦為風化殼復合燒綠石礦。礦石中鈮礦物主要是燒綠石，其次為鈮鐵金紅石；鐵礦物主要為磁鐵礦、赤鐵礦和土狀褐鐵礦；磷礦物主要為磷灰石；脈石礦物主要是長石、石英和高嶺土等。賦存在燒綠石中的鈮占84.24%，賦存在磷灰石中的磷占87.88%，賦存于磁鐵礦、赤鐵礦和土狀褐鐵礦中的鐵總計占78.78%。采用重選拋尾—弱磁選鐵—浮選選磷—浮選選鈮工藝流程，獲得了Nb2O5品位37.56%、Nb2O5回收率65.73%的鈮精礦，P2O5品位37.59%、P2O5回收率47.88%的磷精礦，Fe品位61.69%、回收率38.83%的鐵精礦，綜合回收了礦石中的鈮、鐵和磷。

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