江西某低品位納長石化花崗巖型鈮礦石回收工藝研究

鋯具有高度精煉、硬度高、耐腐蝕性好、導電性好、穩定性高等優點，廣泛應用于電子、特殊材料、原子能、化工、船舶等領域。近年來由于無線通信、計算機網絡和合金材料的高速發展,對鉭電容器和各種鉭、鈮產品的需求不斷增加,因而,鉭、鈮原料的需求不斷擴大。鉭、鈮元素在地殼中的含量很低,在我國呈富集狀態的工業礦床品位相對其他金屬的可開采臨界礦床品位要低很多。為了獲取這少量的金屬礦物,在礦物加工中要耗費大量能源、丟棄大量尾礦、占據大量貯存空間,使得選礦成本居高不下。因此,研究開發低品位礦產資源的全礦石綜合回收技術,全面利用所開采的礦石,是經濟、有效地利用這類資源的重要途徑,也是建立綠色礦山、充分利用資源、清潔生產的必由之路。江西某地已探明的一大型納長石化花崗巖型鉭鈮礦床,原礦鉭、鈮含量較低,Ta2O5和Nb2O5的品位分別為0.013%和0.021%。為了使該資源得到有效利用,對該礦石進行了綜合利用選礦新技術研究,在研究中舍棄傳統的有價礦物與脈石礦物具有貴賤之分的思維定勢模式,將礦石中的所有礦物均考慮為回收對象,以最大限度提高資源綜合利用率為宗旨,充分利用礦物間的性質差異,制定了有利于不同礦物分離的選——冶聯合工藝流程。全流程試驗獲得了良好指標,回收的金屬產品有鉭鈮精礦、錫石精礦、鉛鋅混合精礦和磁鐵礦精礦,非金屬產品有石英、鈉長石、鐵鋰云母和黃玉。礦石中的大部分礦物得到有效分離和回收,礦石綜合回收率達96.5%。1礦物及礦物的多元素分析試驗樣品為地質勘探的鉆孔巖芯樣,原礦多元素分析結果見表1,礦物組成及相對含量見表2,主要礦物粒度分布見表3。表1試樣的多元素分析結果原礦多元素分析及礦物分析結果表明,試樣中的金屬礦物有鉭鈮鐵礦、鈾細晶石、錫石、閃鋅礦及方鉛礦等。非金屬礦物以長石、石英為主,還含有鐵鋰云母和黃玉等。鉭鈮礦物粒度偏細,脈石礦物的粒度較粗。原礦鉭、鈮含量低,礦石中所含金屬礦物的總量不足1%,因此,提高資源綜合利用率,有效分離和提純金屬和非金屬礦物,成為經濟開采該礦石的核心問題。2回收工藝及分離構成原礦的主要礦物有16種,其中非金屬礦物4種,總礦物量超過99%。根據金屬礦物與非金屬礦物間的粒度、密度和可浮性差異,綜合回收工藝采用分級-重-浮分組,硫化礦浮選和重選、磁選、電選及水冶分離工藝,獲得硫化礦混合精礦、磁鐵礦精礦、鉭鈮混合精礦、細晶石精礦、錫石精礦和各種非金屬礦物產品。納長石化花崗巖型鉭鈮礦石的綜合回收原則工藝流程見圖1。3試驗小型試驗模型全流程試驗分段進行,分級和重選分組試驗為工業規模,浮選試驗為連續試驗規模,其他則為小型試驗。全流程試驗結果見表4。全流程試驗結果表明,新工藝的資源綜合利用率達96.5375%,不但使高價值的鉭鈮礦和錫石礦物得到回收,非金屬礦物同樣得到充分的分離和提純,獲得的非金屬產品在陶瓷、玻璃、填料和磨料等方面有廣闊的應用前景和市場。4討論4.1分段磨礦工藝鉭、鈮礦物性脆,在磨礦過程中極易產生過粉碎,導致細泥量增加,影響分選效率。為避免過粉碎,采用了階段磨礦、階段選別、分級入選和細泥歸隊的選別方法。根據原礦中金屬礦物與非金屬礦的粒度組成,確定采用兩段磨礦工藝,一段棒磨細度為-0074mm含量35.98%,第二段球磨細度為-0.074mm含量65.92%。工藝過程中對磨礦產物進行水力分級,目的是對不同粒級的產物采用不同的富集手段,以減少粒度差異對分離過程的影響,提高各級別的分選精度和效率。為了使工藝流程易于工業化,新工藝中按粒度組成,將礦石分成粗、細兩級。根據金屬礦物與非金屬礦物的密度差異,粗粒級部分采用重選分組,對鉭、鈮和錫石等重礦物進行預富集,富集產物再分別處理。而細粒級部分處于浮選的有效分離粒度范圍,采用浮選對細級別進行分組,不但能充分發揮細粒浮選的優勢,使鉭鈮礦物有效富集,而且可以簡化工藝過程。4.2選準選擇及分離工藝表5為重選分組金屬礦物產物的礦物組成分析結果。結果表明,金屬硫化物、鉭鈮礦物、錫石等比重大的礦物在金屬組分中富集,需進一步分離方可得到各種精礦產品。金屬硫化物具有良好的可浮性,可用黃藥作捕收劑,松醇油作起泡劑進行浮選分離脫除。鉭鈮鐵礦與細晶石、錫石具有磁性差異,錫石與細晶石具有電性差異,采用磁、電方法分離提純,獲得各種精礦產品。重選分組金屬礦物部分尚含一些非金屬礦物,主要為密度較高的黃玉,利用黃玉與金屬礦物的密度差異,采用搖床進一步分離,獲得了黃玉產品。4.3重選方法對-0.東南角礦原礦經分級后,-0.074mm粒級的產率占原礦總量的46.87%,含(Ta,Nb)2O50.0172%,金屬占有率為24.34%。重選方法對-0.074mm粒級礦石的分選效率較低,粒度越細效率越低,因而細粒級部分采用浮選的方法分離金屬與非金屬礦物。由于礦石中各金屬礦物的可浮性非常相近,加之入選粒度較細,難以進一步精選分離,根據試驗結果,浮選精礦的產率很小,為了獲得高質量的鉭鈮產品,采用水冶的方法對鉭鈮礦物進行提純,并獲得了良好的分離效果。4.4磁鐵礦和礦物礦在金屬礦物獲得回收后,重選、浮選分組的非金屬礦部分占原礦的96.72%,主要由鐵鋰云母、石英和長石組成。在采礦和磨礦過程會帶入鐵屑等含鐵雜質,首先采用弱磁選分離脫除鐵屑和極少量的強磁性礦物如磁鐵礦。鐵鋰云母具有弱磁性,在綜合回收工藝中,采用強磁選獲得其精礦。石英與長石是非金屬礦中的主要組分,根據兩者表面性質的差異,采用陽離子捕收劑進行長石浮選,獲得長石精礦。考慮到生產成本、管理與市場需求,由于陶瓷工業、磨料和填料行業,往往可使用石英和長石的混合料,因此石英、長石也可不分離直接出售,其生產及分離情況由市場確定。4.5重選、工藝回收工藝工藝礦物學研究表明,試樣的鉭、鈮元素在非金屬礦中分散度較高,可回收鉭鈮礦物中的(Ta,Nb)2O5理論收率為81%,綜合回收工藝獲得的鉭鈮精礦對原礦的回收率為65.9215%,占可回收鉭鈮收率的80.25%,其中80%由重選工藝獲得,因此,重選仍然是鉭、鈮礦物分離提純的主要手段。4.6鐵鋰企業的合成工藝表6為長石產品質量與玻璃、陶瓷工業要求的指標對比。結果表明,獲得的長石精礦質量達到玻璃和陶瓷工業的要求,長石精礦中還含有鋰、銣等元素。鋰、銣在陶瓷坯料中能降低燒成溫度,縮短燒成周期,提高產品的機械強度和耐熱抗震性能,而玻璃制造中,鋰元素不僅對降低硅質原料的熔化溫度和玻璃液的粘滯性有利,還可提高玻璃的光潔度和強度。因此本礦石提取的長石精礦將優于一般的長石產品。鐵鋰云母的精礦產率9.99%,在非金屬產品中占較大比例。鋰、銣元素在鐵鋰云母中相對富集,鐵鋰云母產品多元素分析結果見表7。礦石的鐵鋰云母精礦除含一定量鋰、銣外,含鐵較高,對云母中鋰的綜合回收及其利用已有較多的研究,但對高鐵鐵鋰云母的用途和市場尚需進一步研究。試驗獲得的黃玉精礦產率1.48%,含黃玉礦物量超過95%。黃玉呈短柱狀和菱方柱晶形,具有玻璃光澤,黃玉的密度3.5～3.7g/cm3,莫氏硬度8,是上等的磨料和填料,在建材等工業上用途廣泛。5低身份鈮礦資源利用的特點(1)對江西某低品位鈉長石化花崗巖型鉭鈮礦,采用按粒度分級,粗細分組及重-磁-電-浮-水冶聯合工藝,獲得鉭鈮精礦、錫石、鐵鋰云母、黃玉、石英及長石精礦,資源綜合利用率達96.5375%。(2