非洲某风化型铌铁磷多金属矿选矿研究
2020-05-28邹坚坚杨凯志丘世澄
邹坚坚 胡 真 杨凯志 丘世澄 ，4
（1.广东省资源综合利用研究所，广东广州510651；2.稀有金属分离与综合利用国家重点实验室，广东广州510651；3.广东省矿产资源开发和综合利用重点实验室，广东广州510651；4.中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙410083）
铌是一种稀有难熔金属，广泛应用于航空航天、 核工业、军事、汽车工业、建筑、冶金等领域。全球95%的铌供应产自烧绿石中，然而，烧绿石资源在全球的分布极不均衡，从当前已开发利用的情况看，烧绿石资源主要集中在巴西和加拿大，其供应占全球铌消费的95%以上。俄罗斯、刚果（金）、肯尼亚、坦桑尼亚等国也有丰富的烧绿石资源[1-2]。我国铌资源的90%集中在白云鄂博矿床，但是我国的铌资源多以铌铁矿、铌铁金红石为主[3]，而以烧绿石为主的矿石在我国尚未有发现，因此，国内针对烧绿石矿的选矿研究极少见。另外，由于我国铌矿床具有铌矿物种类多、品位低、嵌布粒度极细等特点，导致我国铌资源虽然储量丰富，但实际回收率极低，还不到10%，因此，我国的铌自给率低，不得不从国外进口大量的铌资源[4-6]。所以，针对烧绿石矿石的选矿研究显得意义重大。
本文针对非洲某风化型铌铁磷多金属矿进行研究，基于有价矿物与脉石矿物之间的密度、磁性、可浮性等性质差异，采用重选抛尾—弱磁选铁—浮选选磷—浮选选铌工艺流程，获得铌精矿、磷精矿和铁精矿产品，在有效回收烧绿石的同时，综合回收了磷灰石和磁铁矿，为该类矿床的开发利用提供了技术依据。
1 试样性质
1.1 试样化学成分
试样化学多元素分析结果、铁物相分析结果分别列于表1和表2。
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从表1可知，试样有价元素是铌，Nb2O5含量为0.62%，同时含有13.91%的铁和8.28%的P2O5。
从表2可知，铁主要以磁、赤铁矿和褐铁矿形式存在，占有率分别达到49.32%和49.10%。
1.2 试样矿物组成及含量
采用MLA对试样进行矿物定量分析，结果列于表3。
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由表3可知，试样目的矿物主要是烧绿石，少量的铌铁金红石，矿石中含有一定量的磷灰石、磁铁矿与赤铁矿，脉石矿物主要是石英、长石、高岭土等，其中高岭土为风化蚀变产物，普遍黏附于其他矿物表面，甚至将矿物相互黏结成较大的颗粒。
1.3 主要有价矿物解度度测定
对破碎至-1 mm的矿石进行烧绿石的解离度测定，结果列于表4。
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由表4可知，烧绿石的总解离度达到91.26%，表明风化型铌矿石中烧绿石具有很好的自然解离性。
2 试验方案的确定
试样具有矿物种类多，风化严重，含铁、含磷、含泥量较高的特点。矿物组成检测结果表明矿石中石英、长石、高岭土等硅酸盐矿物占总矿物量的近56%，这些矿物密度均≤2.7 g/cm3，而烧绿石密度通常在4.1～6.0 g/cm3之间，主要脉石矿物与烧绿石之间存在较大的密度差异；另外，矿石中烧绿石具有很高的自然解离性，矿石粒度为-1.0 mm时，烧绿石解离度达到91.26%，因此，采用重选可以预先抛弃大部分脉石矿物。铌元素与铁元素地球化学性质比较相近，故铁矿物与铌矿物常共生在一起形成铌铁共生的矿床，正是如此，矿石中含铌的磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿等铁矿物占总矿物量的近20%。铌矿物与铁矿物同属于氧化矿物，在浮铌过程中所采用的捕收剂对铁矿物具有一定的捕收能力，从而对浮铌带来严重干扰，为此浮铌之前需采取磁选除铁。铌元素具有较强的亲氧、亲磷性质，故铌矿物与磷矿物常共生在一起，形成铌磷共生矿，矿石中含有占矿物总量近17%的磷灰石，由于磷灰石与烧绿石同属氧化矿，浮游性质相近，因此，为避免浮铌过程中磷灰石的干扰，通常需要预先浮选磷灰石。在有效脱除石英、长石、高岭土、铁矿物、磷灰石后，针对浮磷尾矿采用浮选回收烧绿石，获得铌精矿产品。综合考虑，采用重选抛尾—弱磁选铁—浮选选磷—浮选选铌原则流程。
3 试验结果与讨论
3.1 重选抛尾
原矿有价矿物含量低，基于烧绿石、磁铁矿、磷灰石等有价矿物与脉石矿物存在密度差异，并且主要有价矿物烧绿石解离性良好，首先采用重选抛除脉石矿物。一方面减少后续作业的处理量，另一方面有效避免高岭土、绿泥石等含泥矿物对后续作业的影响。试验采用螺旋溜槽粗选，粗选中矿螺旋溜槽再选，重选试验结果见表5。
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表5表明，通过螺旋溜槽重选抛尾后，可以获得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%的重选粗精矿。
3.2 弱磁选铁
重选粗精矿含铁达到27.58%，主要是比重较大的磁铁矿与磁赤铁矿，具有较强的磁性，可以采用弱磁选加以脱除。试验采用ZCT滚筒弱磁选机进行弱磁选。
3.2.1 磨矿细度试验
铁精矿对磷含量要求极为严格，矿石中的部分磁铁矿与磷灰石紧密连生，甚至包裹磷灰石，因此，需对重选粗精矿进行磨矿处理，才能提高铁矿物单体解离度，进而获得铁品位较高且磷含量较低的铁精矿。固定磁场强度为0.45 T，磨矿细度对铁精矿指标影响结果见表6。
从表6可以看出，磨矿细度的增加可以有效降低铁精矿磷含量，同时提高铁精矿品位，但是铁回收率有所下降。综合考虑，选择磨矿细度为-0.074 mm占78%。
3.2.2 磁场强度试验
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磁场强度的选择是决定磁选所获得的铁精矿的品位和回收率的关键因素，磁场强度试验铁精矿指标见表7。
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从表7可以看出，磁场强度增加后，铁精矿回收率得到提高，品位有所下降。综合考虑，选择磁场强度为0.45 T，铌和磷富集至弱磁尾矿。
3.3 浮选选磷
磷灰石不具有磁性，因此，弱磁尾矿P2O5含量达到24.69%，为避免其对烧绿石浮选带来干扰，需预先浮选脱磷。影响浮磷的主要因素是调整剂和磷捕收剂，分别对其进行研究。
3.3.1 调整剂试验
固定GY10为磷捕收剂，用量为60 g/t（药剂用量均为对原矿计，下同），分别以碳酸钠和氢氧化钠为调整剂进行研究。调整剂试验结果见表8。
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从表8可以看出，添加碳酸钠更有利于磷的浮选回收，适宜的碳酸钠用量为300 g/t。
3.3.2 捕收剂试验
固定碳酸钠用量为300 g/t，分别以油酸和GY10为磷捕收剂进行研究，磷捕收剂试验磷粗精矿指标见表9。
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从表9可以看出，GY10对磷的选择性捕收效果较好，适宜用量为60 g/t。
3.4 浮选选铌
影响浮选选铌的2个重要因素是脉石抑制剂和铌捕收剂，分别对其进行研究。
3.4.1 脉石抑制剂试验
固定胺类铌捕收剂GSC用量为42 g/t，分别对SH和水玻璃2种脉石抑制剂进行研究，脉石抑制剂试验铌粗精矿指标见表10。
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从表10可以看出，水玻璃不仅对脉石具有抑制作用，对铌矿物也具有一定的抑制作用，相对来说，SH对脉石矿物的选择性抑制效果最好，适宜用量350 g/t。
3.4.2 捕收剂试验
固定铌捕收剂SH用量为350 g/t，分别对胺类捕收剂GSC和GSA进行对比研究，铌捕收剂试验铌粗精矿指标见表11。
从表11可以看出，GSC对铌矿物具有更好的选择性捕收效果，适宜用量42 g/t。
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3.5 全流程试验
综合条件试验结果，采用重选抛尾—弱磁选铁—浮选选磷—浮选选铌工艺流程（见图1）进行全流程试验研究，其中重选采用螺旋溜槽，给矿浓度为20%，给矿量为300 kg/h，螺旋直径为φ600，弱磁选采用ZCT滚筒弱磁选机，磁场强度为0.45 T，浮选选磷与浮选选铌均采用1次粗选2次精选2次扫选、中矿顺序返回闭路流程，试验结果见表12。
根据表2，闭路试验可以获得Nb2O5品位37.56%、Nb2O5回收率65.73%的铌精矿，P2O5品位37.59%、P2O5回收率47.88%的磷精矿，Fe品位61.69%、回收率38.83%的铁精矿。在实现铌回收的同时，有效回收了磷和铁，实现了矿石中多种有价元素的综合回收。
4 结 语
非洲某风化型铌铁磷多金属矿为风化壳复合烧绿石矿。矿石中铌矿物主要是烧绿石，其次为铌铁金红石；铁矿物主要为磁铁矿、赤铁矿和土状褐铁矿；磷矿物主要为磷灰石；脉石矿物主要是长石、石英和高岭土等。赋存在烧绿石中的铌占84.24%，赋存在磷灰石中的磷占87.88%，赋存于磁铁矿、赤铁矿和土状褐铁矿中的铁总计占78.78%。采用重选抛尾—弱磁选铁—浮选选磷—浮选选铌工艺流程，获得了Nb2O5品位37.56%、Nb2O5回收率65.73%的铌精矿，P2O5品位37.59%、P2O5回收率47.88%的磷精矿，Fe品位61.69%、回收率38.83%的铁精矿，综合回收了矿石中的铌、铁和磷。
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