某花岗岩型钽铌矿选矿研究

2014-12-11董天颂汤玉和张忠汉胡红喜

材料研究与应用 2014年1期

黄伟，董天颂，汤玉和，张忠汉，邹霓，胡红喜

1.中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙 410083；2.广东省工业技术研究院（广州有色金属研究院），广东广州 510650

钽是一种重要的功能材料，特别是在高新技术领域中.由于其性能特殊，钽产品在电子、冶金、化工、原子能、航天航空等领域中得到日益广泛地应用，全世界60%左右的钽都消耗在制造钽电容器上［1－3］.铌在高新技术领域中也是一种重要的功能材料，其可作为碳钢、不锈钢及合金钢的添加剂.除此之外，将铌钛、铌锆合金及铌锡、铌铝锗等化合物应用在超导材料中，可使超导材料产生超导磁场.目前，已知含钽和铌的矿物约130余种，其中具有工业价值的主要矿物有钽铁矿、烧绿石、铌铁矿、钽铌铁矿、褐钇铌矿、细晶石、钽锡矿、易解石及黑稀金矿等［4］.

1 矿物组成

本试验的矿石为花岗岩型细晶石钽铌铁矿矿石.矿物组成分析结果表明：钽铌矿物包括铌钽锰矿、钽铌锰矿、钨钽铌锰矿、钨铌钽矿、细晶石以及铀－钽烧绿石；其他金属氧化物包括锡石、钨锰矿、黑钨矿、赤铁矿，少量的白钨矿、磁铁矿、钛铁矿和褐铁矿；脉石矿物主要为石英、长石、白云母、黄玉、水黑云母，以及少量的萤石、锆石.原矿多元素分析结果及主要矿物相对含量分别列于表1和表2.

表1 原矿多元素化学分析结果Table 1 Chemical analysis results of multi－element in crude ore

表2 主要矿物相对含量Table 2 The relative contents of main minerals

2 原则流程

该矿样物质组成研究表明，铌与钽为完全类质同象系列，综合回收了钽也就综合回收了铌，其中主要回收的金属矿物有钽铌铁矿、细晶石、锡石及黑钨矿等，它们密度较大，一般为5～7；非金属矿物主要为长石、石英和云母，它们含量为97%，密度小于3，因此采用单一的重选方法进行粗选是合理、经济的.

粗选的粗精矿磁性分析结果表明，其磁性范围广、磁性较弱，当磁场强度达1500mT时，仍然有20%的钽铌矿物不能被选上来，而这一磁场强度是国内生产的干式磁选机难以达到的.鉴于通过干式强磁选机难以获得钽铌铁精矿和锡石、细晶石精矿，采用了重－浮－重的精选流程，所获得的精矿中主要矿物为钽铌铁矿、锡石、细晶石、黑钨矿和白钨.由于铌钽铁矿、锡石、黑钨矿都不同程度地具有一定的磁性，并且各矿物的磁性重叠，因此很难通过磁选进一步将其分开，故通过水冶方法进一步分离［5］.

3 选矿试验

3.1 磨矿粒度试验

磨矿工艺和磨矿粒度的选择是选矿工艺的关键，合理的磨矿工艺应该是使有用矿物充分单体解离而又最大限度地降低过磨［6］.

钽铌铁矿试样的单体解离度测定结果表明，＋0.5mm粒级的单体解离度为25.00%，－0.5～＋0.4mm粒级的单体解离度达到67.14%，比＋0.5 mm级别已有明显提高，－0.2mm粒度的钽铌铁矿的单体解离度达90%以上.因此，先将原矿磨至0.6 mm，然后将其分成－0.6～＋0.4mm，－0.4～＋0.2mm和－0.2～＋0.074mm 三个级别，再分别进行摇床选别，摇床选别结果列于表3.

由表3可以看出：－0.6～＋0.4mm级别的摇床精矿品位仅为0.085%，回收率21.55%；－0.4～＋0.2mm级别的摇床精矿品位可以达到0.26%，回收率达到60.91%；－0.2～＋0.074mm级别的摇床精矿品位为0.21%，回收率可以达到76.41%.因此，一段磨矿的磨矿粒度为0.4mm、二段磨矿的磨矿粒度为0.2mm是较合理的.

表3 原矿不同粒级摇床试验结果Table 3 The results of table test on crude ore with different size fraction

3.2 粗选设备的对比试验

作为粗选设备不但要有较高的处理能力，而且还要有较好的分选效果［7］.螺旋溜槽和螺旋选矿机都是高效的重选设备，在重选厂得到日益广泛地应用.原矿经一段磨矿后，将一段磨矿产品分成粗砂（－0.4～＋0.15mm）、细砂（－0.15～＋0.04mm）和细泥（－0.04mm）三种产品.为考查GL螺旋选矿机、螺旋溜槽和旋转螺旋溜槽这三种粗选设备对该矿的适应性，以粗砂和细砂为选别对象，在粗砂给矿量为500kg／h·头、给矿浓度为33%，以及细砂给矿量为300kg／h·头、给矿浓度为25%的条件下，进行了粗、细砂重选设备的对比试验，试验结果分别列于表4和表5.

表4 粗砂选别设备比较试验结果Table 4 The results of comparison test on rough sand with different equipments

（续表1）

从表4可以看出，作为粗选设备，选别粗砂时GL螺旋选矿机的分选指标略好，在尾矿产率相近的情况下其尾矿品位略低.

表5 细砂选别设备比较试验结果Table 5 The results of comparison test on fine sand with different equipments

从表5可以看出，选别细砂时螺旋溜槽与其他设备丢弃的尾矿产率及品位大致相同，但螺旋溜槽的精矿回收率略高.

3.3 粗选试验

一段磨矿采用溢流型棒磨机与振动筛构成闭路，筛面为不锈钢丝编织网，筛孔为0.5mm，筛下粒度为0.4mm时，筛分量效率为80.38%，筛分质效率为74.64%，返砂比为96%.

一段磨矿后筛下产品用水力分级机分成四级，然后分别进行重选试验.第1级粗选设备为GL螺旋选矿机，2～4级为螺旋溜槽.经一次粗选和一次扫选后，除第1级外，第2～4级均可以丢弃大量的尾矿，螺旋溜槽的溢流集中在一起作为细泥物料，GL螺旋选矿机及螺旋溜槽的精矿用摇床处理得粗精矿.第1级别的选别尾矿与第2～4级选别的少量中矿合并进入第二段磨矿，进入第二段磨矿的产品产率为51.4023%.二段磨矿采用格子型球磨机与振动筛构成闭路，筛孔尺寸为0.3mm，筛下产品粒度为0.2mm时，筛分量效率为73.19%，筛分质效率为71.44%，返砂比为75%.

第二段磨矿的筛下产品经水力分级分成三段，采用与第一段相同的设备与工艺进行选别，所有摇床精矿都作为粗选段的粗精矿.

粗选所得粗精矿的产率为0.8025%，Ta2O5的含量为1.21%，对原矿的回收率为64.596%.粗选原则流程图见图1，粗选总指标列于表6.

图1 粗选原则流程图Fig.1 Flowchart for roughing

表6 粗选总指标Table 6 The total results of roughing

3.4 精选试验

粗选所获得的粗精矿中除含有钽铌铁矿、细晶石之外，含量比较高的物质还有铁杂质、硫化矿、赤铁矿、黑钨矿、锡石、黄玉以及其他脉石.

首先将粗精矿筛分成＋0.15mm，－0.15～＋0.10mm和－0.10mm三个产品，把＋0.15mm粒级的物料磨至－0.15mm，然后将－0.15～＋0.10 mm及－0.10mm级别的物料分别进行摇床分选，以丢弃大部分尾矿，摇床精矿用浮选法脱除硫化矿，槽内产品再进行摇床选别，丢掉部分黄玉，其精矿是钽、铌、钨、锡的混合精矿.精选试验原则流程图见图2，精选试验结果列于表7.

图2 精选原则流程图Fig.2 The flow－sheet of cleaning test

表7 精选试验结果Table 7 The results of cleaning test

由表7可知，选试验获得Ta2O5含量为6.89%.对原矿的回收率为57.482%的混合精矿.

3.5 水冶试验

对精选获得的钽、铌、钨、锡的混合精矿进行水冶试验.焙烧条件为混合精矿∶苏打∶炭粉＝1∶0.8∶0.1，焙烧温度850～900℃，保温时间1.5～2 h；碱浸条件为液∶固＝5∶1，浸液为浓度5%的NaOH溶液，温度为60～70℃，搅拌时间为2h；脱硅条件为液∶固＝10∶1，溶相为浓度10%的HCl溶液；矿物分解条件为液∶固＝4∶1，液相为浓度20%的HCl溶液，温度为80℃，分解时间为30 min.水冶试验结果列于表8.