風化高泥鈮多金屬礦選礦試驗研究①

鄒堅堅，胡 真，王成行，李漢文，姚艷清，汪 泰，李沛?zhèn)悾?強，楊凱志

（1.廣東省科學院資源利用與稀土開發(fā)研究所，廣東 廣州 510650；2.稀有金屬分離與綜合利用國家重點實驗室，廣東 廣州 510650；3.廣東省礦產資源開發(fā)與綜合利用重點實驗室，廣東 廣州 510650）

風化型鈮多金屬礦是主要的鈮礦類型之一，廣泛分布于非洲、南美洲等地，具有高度泥化的特點。鈮是稀有金屬，屬于戰(zhàn)略性礦產資源，我國鈮資源雖然儲量豐富，但原礦品位低、性質極為復雜，實際回收率不到10%。隨著社會經濟持續(xù)發(fā)展，我國對鈮資源的需求量不斷遞增，我國鈮自給率低，不得不從國外進口大量的鈮資源［1-6］。

國外某風化型鈮鐵磷多金屬礦具有風化嚴重、有價礦物被泥質礦物嚴密包裹、微細粒級礦泥含量大等特點，是十分典型的風化泥質礦床，礦泥對選礦構成嚴重危害，礦石中有價礦物回收相當困難。本文針對該風化型鈮多金屬礦進行了選礦研究。

1 礦石性質

原礦化學多元素分析結果和MLA礦物定量分析結果見表1～2。

表1 原礦化學多元素分析結果（質量分數） %

由表1可知，該礦主要有價元素為Nb2O5，同時伴生有P2O5和Fe。由表2可知，該礦中鈮主要以燒綠石形式存在；磷主要以磷灰石形式存在；鐵主要以土狀褐鐵礦和磁赤鐵礦形式存在；土狀褐鐵礦為泥質礦物，并不具回收價值，具有回收價值的鐵礦物為磁赤鐵礦；礦石中含有大量的纖磷鈣鋁石、高嶺土、綠泥石等泥質礦物，這些礦物將有價礦物燒綠石、磁赤鐵礦、磷灰石黏結在一起，甚至包裹有價礦物，形成大小不一的礦物聚合體，需通過較強的外加機械力攪拌擦洗使有價礦物暴露真實表面，進而實現有價礦物分選。需要特別注意的是礦石風化嚴重，其中－0.005 mm粒級產率達到28.49%，－0.01 mm粒級產率達到34.18%，分布在－0.01 mm粒級中的鈮占到18.68%，為典型的高泥鈮多金屬礦。

表2 原礦礦物組成（質量分數） %

2 風化高泥鈮多金屬礦選礦實驗

2.1 原則流程的確定

原礦風化嚴重，泥質礦物含量高，且嚴密包裹其他礦物，有效脫泥成為選礦的基礎。礦石中有價礦物主要為燒綠石、磷灰石和磁赤鐵礦。鈮多金屬礦中的磁鐵礦在長期地質演化過程中被不斷氧化，部分已完全氧化的礦物形成褐鐵礦，部分未被完全氧化的礦物形成磁赤鐵礦。磁赤鐵礦的表面是氧化形成的赤鐵礦，內部是未被氧化的磁鐵礦，磁赤鐵礦的整體性質與磁鐵礦相近，依然具有較強的磁性，因此，可以根據磁赤鐵礦與其他礦物之間的磁性差異，通過弱磁選實現磁赤鐵礦的回收［7-9］；在弱堿性體系下，磷灰石容易與脂肪酸類捕收劑作用，從而實現浮選回收；在弱酸性體系下，燒綠石容易與羥肟酸類或胺類捕收劑作用，從而實現浮選回收［10］?？紤]到鐵精礦對磷含量的嚴格要求，預先浮磷有利于降低鐵精礦的磷含量，因此，將弱磁選選鐵放于浮磷之后。綜合考慮，確定原則流程為“脫泥-浮磷-弱磁選選鐵-浮鈮”聯合流程。

2.2 脫泥-浮磷-弱磁選選鐵試驗

原礦攪拌后通過“脫泥-浮磷-弱磁選選鐵”處理后，有效脫除了對鈮浮選具有嚴重干擾的細泥、磷灰石及磁赤鐵礦，選鐵尾礦Nb2O5品位達到1.19%，回收率為71.55%，鈮集中至選鐵尾礦中，因此將選鐵尾礦作為浮鈮給礦進行試驗研究。

2.3 浮鈮試驗

2.3.1 鈮活化劑試驗

在磷浮選過程中，燒綠石受到強烈抑制，需要添加活化劑恢復其表面性質才能浮選回收，然而浮鈮給礦中存在大量脈石礦物，這就要求所用活化劑在活化燒綠石的同時，對脈石也能起到一定抑制作用。以羧甲基纖維素作抑制劑，采用廣東省科學院資源利用與稀土開發(fā)研究所自主研發(fā)的胺類藥劑NC作捕收劑（其主要官能團是銨離子），針對鹽酸、硫酸、草酸、SH（廣東省科學院資源利用與稀土開發(fā)研究所自主研發(fā)的復配調整劑，主要官能團是硅酸膠粒、羧基）4種活化劑進行了粗選條件試驗，試驗流程見圖1，結果見圖2。從圖2可以看出，添加硫酸、鹽酸或草酸作活化劑后，獲得的粗精礦品位提高、回收率明顯下降，說明這3種藥劑對鈮礦物產生了明顯的抑制作用，未能很好地活化燒綠石；添加SH作活化劑后，粗精礦品位明顯提高，回收率在SH用量小于900 g／t時基本一致，說明SH起到了很好地選擇性活化燒綠石的作用。因此，選擇SH作為鈮活化劑，用量為900 g／t。

圖1 鈮粗選活化劑試驗流程

圖2 鈮活化劑試驗結果

2.3.2 抑制劑試驗

浮鈮給礦中有大量的含硅、含鐵脈石礦物，需要篩選出適宜的抑制劑，選擇性抑制脈石礦物，從而提高鈮浮選的指標。以SH作鈮活化劑、NC作鈮捕收劑，針對糊精、羧甲基纖維素、淀粉3種脈石抑制劑進行了粗選條件試驗，試驗流程同圖1，結果見圖3。從圖3可以看出，添加糊精后，粗精礦品位有所提高，但回收率明顯下降，說明糊精對燒綠石有強烈的抑制作用，不適合作抑制劑；添加羧甲基纖維素后，品位明顯提高，回收率并沒有明顯下降，說明羧甲基纖維素起到了很好地選擇性抑制效果，有助于鈮品位的提高；加入淀粉后，品位明顯提高，但回收率下降明顯，說明淀粉在抑制脈石的同時，對燒綠石也產生了較強的抑制作用。根據試驗結果，選擇羧甲基纖維素作抑制劑，用量為120 g／t。

圖3 脈石抑制劑試驗結果

2.3.3 鈮捕收劑試驗

以SH作鈮活化劑、羧甲基纖維素作脈石抑制劑，針對十二胺、十八胺和NC進行了粗選條件試驗，試驗流程同圖1，結果見圖4。從圖4可以看出，3種捕收劑作用下，粗精礦回收率都得到了明顯提高，說明3種捕收劑對燒綠石都具有較好的捕收能力；對比發(fā)現，同等用量條件下，采用NC作捕收劑獲得的粗精礦回收率更高，品位也較高。因此，選擇NC作鈮捕收劑，用量為220 g／t。

圖4 鈮捕收劑試驗結果

2.4 全流程試驗

根據條件試驗結果，最終采用“攪拌-脫泥-浮磷-弱磁選選鐵-浮鈮”工藝流程進行全流程試驗研究，試驗流程見圖5，結果見表3，其中ZL為廣東省科學院資源利用與稀土開發(fā)研究所自主研發(fā)的羧酸類捕收劑，主要官能團是磺化氧化石臘。全流程試驗可獲得Nb2O5品位25.85%、回收率56.45%的鈮精礦，P2O5品位38.91%、回收率63.33%的磷精礦和Fe品位60.37%、回收率45.56%的鐵精礦，較好地實現了礦石中鈮礦物的回收，并綜合回收了磷礦物和鐵礦物。

圖5 全流程試驗流程

表3 全流程試驗結果

3 結 論

風化高泥鈮多金屬礦富含燒綠石、磷灰石、磁鐵礦等有價礦物，礦石具有嚴重風化、高度泥化的特點，其中燒綠石、磷灰石、磁鐵礦等有價礦物被纖磷鈣鋁石、高嶺土等泥質礦物緊密包裹，需要強烈地攪拌擦洗使有價礦物暴露。采用“攪拌-脫泥-浮磷-弱磁選選鐵-浮鈮”工藝流程，獲得了Nb2O5品位25.85%、回收率56.45%的鈮精礦，P2O5品位38.91%、回收率63.33%的磷精礦和Fe品位60.37%、回收率45.56%的鐵精礦，綜合回收了礦石中的鈮、鐵和磷。