华阳川低品位铀多金属矿重选回收技术研究

刘志超，李 广，李春风，强录德，马 嘉，田宇晖，武翠莲，唐宝彬

(核工业北京化工冶金研究院，北京 101149)

华阳川矿床地处华北板块南缘小秦岭地区的西段，是以铀、铌、铅为主，并伴生有稀土、稀有元素以及贵金属元素的超大型综合矿床。该矿床具有规模大、矿种多、品位低、埋深浅、易开采的特点，矿石中各种有价金属的品位均在边界品位以下。通过选矿抛弃大部分脉石，使有价元素得到大幅度富集，该矿床才可能具备工业开发价值[1-4]。重选主要是根据矿物密度和细度的不同，借助流体动力和机械力的作用，使矿物松散分层，从而得到不同密度或不同细度产品的一种选矿方法。重选具有设备结构简单、生产能力大、作业成本低廉、环境污染小等特点，在有色金属、黑色金属、贵金属及非金属矿的选别中得到了广泛的应用[5]。

华阳川低品位铀多金属矿中价值最高的铀主要以铌钛铀矿形式存在，铌钛铀矿的密度大；伴生的有用矿物方铅矿、磁铁矿等密度也较大，在重选富集铀时也能得到同步富集。针对华阳川低品位铀多金属矿，根据矿石矿物组成及性质，以铀为目标金属，兼顾其他有价元素，开展重选回收技术研究，考察重选设备、磨矿细度、重选工艺及参数对铀重选效果的影响，实现降低成本和提高铀重选回收率的目的；并确定合理的重选工艺和参数，为该矿床的经济合理开发提供技术支撑。

1 矿石性质

华阳川低品位铀多金属矿组成复杂，矿石中主要有用矿物为铌钛铀矿、晶质铀矿，可综合回收的矿物有方铅矿、磁铁矿、氟碳铈矿、硅铍钇矿等。矿石中主要矿物组成见表1，矿石中主要元素化学分析结果见表2。

表1 矿石中主要矿物组成 %

表2 矿石中主要元素化学分析结果 %

2 试验方法

矿石中的脉石矿物主要有方解石、白云石、长石、石英、云母等，它们的密度为2.5～2.9 g/cm3；有用矿物铌钛铀矿、方铅矿、磁铁矿等密度一般在4.5 g/cm3以上。有用矿物与脉石矿物具有较显著的密度差异，可考虑重选工艺。矿石用重选法处理的难易程度，可用可选性准则E大致判断[6]：

(1)

式中，δ1、δ2、ρ分别为轻矿物、重矿物和介质的密度。

按E值可将矿石重选难易性分成几个等级，见表3。脉石矿物密度按2.9 g/cm3计算，E值为1.84，矿石属于容易重选类型。

表3 矿物按密度分离的难易度

本研究为了降低矿石磨矿成本、减少矿石泥化、提高铀重选回收率，采用破碎—预先筛分—棒磨—检查筛分的破磨工艺，以及螺旋溜槽预富集—粗精矿再磨分级—粗粒级摇床重选—细粒级离心重选的工艺流程，如图1所示。

图1 华阳川低品位铀多金属矿重选回收原则工艺流程

3 试验结果与讨论

3.1 螺旋溜槽预富集试验研究

3.1.1 磨矿粒度对重选效果的影响

螺旋溜槽具有占地面积小、消耗动力少、处理能力大等特点，适用于分选细度0.02～3.0 mm的矿砂。在较粗磨矿粒度条件下，采用螺旋溜槽可以实现预先抛尾，得到重选粗精矿，降低后续细磨矿石量，因此在保证回收率的前提下螺旋溜槽重选精矿产率越低越好[7-8]。

将矿石采用圆锥破碎机破碎至-8 mm，再用棒磨机将其分别磨至-2.5、-2.0、-1.5、-1.0、-0.5 mm，选用BLL-600螺旋溜槽考察了磨矿粒度对重选铀效果的影响，试验结果如图2所示。

图2 磨矿粒度对螺旋溜槽重选铀效果的影响

由图2可知，随着磨矿粒度逐渐降低，螺旋溜槽重选精矿中铀回收率逐渐降低，铀品位逐渐升高。综合考虑精矿铀品位和回收率的关系，选择磨矿粒度为-1.5 mm，此时螺旋溜槽精矿的铀品位为0.293‰，铀回收率为91.21%。

3.1.2 预先筛分对重选效果的影响

矿石破碎后，将解离细度符合要求的矿石预先筛分出来，可以防止在后续磨矿过程中有用矿物过磨泥化，进而影响铀的重选回收率。

将矿石采用圆锥破碎机破碎至-8 mm后分成两份，一份用1.5 mm的筛子将-1.5 mm粒级的矿石预先筛分出来，+1.5 mm粒级矿石进入棒磨机磨至-1.5 mm；另一份直接进入棒磨机磨至-1.5 mm，磨好的两份矿样分别用BLL-600螺旋溜槽进行重选，对比预先筛分棒磨和直接棒磨的重选效果，试验结果见表4。

表4 预先筛分与直接棒磨重选效果对比

由表4可知，通过预先筛分不仅能减少进入磨机的矿石量，降低磨矿费用；还能避免矿石过磨，提高铀的重选回收率。采用预先筛分棒磨工艺，螺旋溜槽精矿产率为50.12%，铀品位为0.295‰，铀回收率为92.52%。

3.2 重选粗精矿再磨分级重选

矿石经过螺旋溜槽分选后，螺旋溜槽重选粗精矿产率仍然较大，铀品位较低。这主要是由于磨矿粒度较粗，脉石矿物和目标矿物未完全解离，因此对重选粗精矿进行了再磨。为了提高重选粗精矿中铀的富集比和回收率，对再磨后的重选粗精矿进行分级重选。

3.2.1 磨矿粒度对摇床重选效果的影响

摇床具有处理能力大、选别粒度范围宽、分选精度高、有价金属品位富集比高等优点，但其占地面积较大[9]。因此本研究先用螺旋溜槽预富集，然后再用摇床进一步分离富集。

将螺旋溜槽重选精矿用棒磨机进一步细磨，在磨矿过程中进行检查筛分，防止过磨。磨矿粒度分别为-0.8、-0.7、-0.6、-0.5、-0.4 mm，用LY-1100×500摇床考察了不同粒度条件下的摇床重选效果，试验结果如图3所示。

图3 不同磨矿粒度下摇床重选试验结果

由图3可知，随着磨矿粒度逐渐降低，摇床重选精矿中铀回收率逐渐降低，铀品位逐渐升高。综合考虑精矿铀品位与回收率的关系，选择磨矿粒度为-0.6 mm，此时摇床重选精矿的铀品位为0.637‰，铀回收率为83.11%。

3.2.2 分级摇床重选对重选效果的影响

为了进一步提高铀的重选回收率，查明不同粒级中铀的重选回收效果，开展了分级摇床重选试验。用棒磨机将矿石磨至-0.6 mm，用筛子分成+0.30 mm、+0.15～-0.30 mm、+0.045～-0.15 mm、-0.045 mm 4个粒级，分别用LY-1100×500摇床进行了重选，考察了不同粒级矿石的重选效果，试验结果见表5。

表5 分级重选摇床试验结果

由表5可知，+0.15～-0.30 mm粒级的矿石摇床重选效果最好，精矿产率为39.13%，铀品位为0.674‰，铀回收率为91.94%。-0.045 mm粒级矿石中由于铀矿物颗粒细，使用摇床回收效果差，精矿产率为18.94%，铀品位为0.651‰，铀回收率为37.84%。将各个粒级摇床重选的精矿和尾矿分别合并，摇床精矿产率为36.15%，铀品位为0.684‰，铀回收率为83.82%。

3.2.3 细泥离心分选试验研究

离心选矿机可在离心力场中对矿粒群进行重选，是一种高效的重选设备。离心选矿机对微细矿泥的处理效果较好，对19～37 μm粒级矿泥的回收率高达90%左右。其富集比高于平面重力分选设备[10-11]。选用MD3尼尔森离心选矿机考察了-0.045 mm粒级矿石中铀的重选回收效果，试验结果见表6。可以看出，采用离心选矿机能够显著提高精矿中铀的回收率。离心精矿产率为12.56%，精矿的铀品位为1.774‰，铀回收率为68.35%。

3.3 全流程重选回收工艺及选矿指标

按照上述确定的重选工艺流程和参数，计算最终的铀重选指标，并分析计算了铌、铅、铁的重选指标。华阳川低品位铀多金属矿重选回收工艺流程和参数如图4所示，重选试验综合指标见表7。可以看出，重选精矿产率为17.72%，精矿铀、铌、铅的回收率均大于80%，精矿铀品位为0.734‰，是原矿铀品位的4.59倍；重选尾矿产率为82.28%，尾矿铀品位为0.036‰。

图4 华阳川低品位铀多金属矿重选回收工艺流程与参数

表7 重选试验综合选矿指标

华阳川低品位铀多金属矿的矿石性脆，在磨矿过程中易泥化，进而影响铀等有价金属的重选回收率。本研究采用阶段磨矿、阶段重选的工艺流程，矿石细碎后进行预先筛分，选用棒磨机进行磨矿，能够有效降低矿石泥化；在较粗磨矿粒度条件下使用螺旋溜槽预抛尾，螺旋溜槽粗精矿通过再磨使有用矿物与脉石矿物进一步解离。为了提高有价金属重选回收率，螺旋溜槽重选粗精矿再磨后进行分级重选，粗颗粒矿石采用摇床分选，细泥采用尼尔森离心选矿机分选。相对于摇床，尼尔森离心选矿机可以有效提高细泥中铀的重选回收率。

该重选技术不仅可以实现铀铌的高效富集，抛弃80%以上的尾矿；而且能够使伴生有价金属铅和铁在重选精矿中得到同步富集。但是重选精矿的产率仍然较高，精矿中的铅、铁的品位仍然较高，后续需要根据各种有价元素的赋存状态，开展进一步的分离富集研究，获得高品位的铀铌精矿，同时得到合格的铅精矿和铁精矿，提高矿床的整体经济价值。

4 结论

1)矿石细碎后进行预先筛分，筛上部分用棒磨机磨矿后在-1.5 mm粒度下，采用生产能力大的螺旋溜槽进行预先抛尾，螺旋溜槽重选精矿产率为50.12%，铀品位为0.295‰，铀回收率为92.52%。采用该流程既可减少矿石泥化，又可节省磨矿费用。

2)螺旋溜槽重选精矿再磨后分级重选，+0.045 mm粗粒级矿石摇床分选效果好，铀的回收率大于90%；但-0.045 mm粒级矿石摇床分选的效果差，铀回收率仅为37.84%。采用尼尔森离心选矿机可将细泥中铀的回收率提高至68.35%。

3)研发的低品位铀多金属矿重选回收技术，可以抛弃80%以上的脉石矿物，不仅可以实现铀铌的高效富集，而且能够使伴生有价金属铅和铁在重选精矿中得到同步富集。重选精矿中铀、铌、铅的回收率大于80%，铀品位为原矿铀品位的4.59倍。