非洲某鉭鈮砂礦礦石性質(zhì)及預(yù)選工藝研究

張成強(qiáng) 張紅新 李洪潮 王守敬

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006；2.國家非金屬礦產(chǎn)資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州450006；3.國土資源部多金屬礦評價(jià)與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450006；4.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819)

非洲某鉭鈮砂礦礦石性質(zhì)及預(yù)選工藝研究

張成強(qiáng)1,2,3,4張紅新1,2,3李洪潮1,2,3王守敬1,2,3

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006；2.國家非金屬礦產(chǎn)資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州450006；3.國土資源部多金屬礦評價(jià)與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450006；4.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819)

為了給中國某礦業(yè)公司開發(fā)非洲某鉭鈮砂礦提供依據(jù)，首先對該礦礦石進(jìn)行了工藝礦物學(xué)研究，結(jié)果表明：礦石中鉭、鈮的含量分別達(dá)到了97.4 g/t和1 044.2 g/t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了工業(yè)開采指標(biāo)要求；有用礦物除鈮鐵礦外，還伴生鈦鐵礦、錫石、鋯石以及獨(dú)居石、釷石等，脈石礦物則主要為石英、長石；有用礦物嵌布粒度較粗，且基本都已經(jīng)單體解離，同時(shí)它們與石英、長石的重選分離難易度處于“較易”范圍；礦石中+3 mm粒級的產(chǎn)率達(dá)21.10%，但鉭、鈮在其中的分布率只有3.04%和1.33%。根據(jù)工藝礦物學(xué)研究結(jié)果，采用原礦按3 mm篩分拋尾、篩分精礦跳汰拋尾、跳汰精礦按0.5 mm分級搖床精選的工藝流程進(jìn)一步進(jìn)行了預(yù)選試驗(yàn)，獲得了預(yù)選精礦產(chǎn)率為0.71%，Ta2O5、Nb2O5、Sn、ZrO2品位分別為1.21%、12.93%、7.12%、14.97%，相應(yīng)回收率分別為89.45%、90.04%、87.16%、70.58%的較好指標(biāo)，并使鈦、釷、鉿、鈰也得到了富集。下一步將對預(yù)選精礦開展有用礦物互相分離的深選試驗(yàn)。

鉭鈮砂礦 礦石性質(zhì) 預(yù)選工藝 綜合回收

鉭和鈮屬于高熔點(diǎn)稀有金屬，具有耐腐蝕、冷加工性能和氧化膜電性能好等優(yōu)點(diǎn)，是電子、原子能、化工、鋼鐵、航空航天等工業(yè)的重要原料[1]。世界鉭鈮資源主要分布在澳大利亞、加拿大、俄羅斯、巴西、中國、東南亞、非洲等國家和地區(qū)，我國鉭鈮資源儲量占世界總儲量的20%左右。國外鉭鈮礦山一般儲量大且礦石相對較富，采選回收率高，而我國鉭鈮礦貧礦和多金屬共伴生礦多，礦石組成復(fù)雜，礦物嵌布粒度細(xì)，處理難度較大，選礦回收率較低[2-3]。

由于鉭鈮礦的原礦品位一般很低，故通常先通過預(yù)選丟棄大部分脈石礦物，然后再對預(yù)選精礦進(jìn)行深選處理[4]。其中預(yù)選以采用重選工藝[5-6]為主，根據(jù)礦石性質(zhì)，有時(shí)也配合使用浮選[7]或磁選[8]手段。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鉭鈮的需求量逐年增加，因此，除充分利用好本國資源外，開發(fā)國外資源也是一個(gè)重要方向。非洲某鉭鈮砂礦中探明的鈮鐵礦資源量已超過大型礦床標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還伴生錫石、鋯石、鈦鐵礦等，中國某礦業(yè)公司將負(fù)責(zé)開發(fā)該礦床。本研究在查明該礦礦石性質(zhì)的基礎(chǔ)上[9-11]，采用跳汰—搖床重選工藝進(jìn)行預(yù)選試驗(yàn)并取得了良好的試驗(yàn)結(jié)果，為下一步深選試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦石主要化學(xué)成分分析

礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。

表1 礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果

Table 1 Main chemical composition analysis of run-of-mine ore %

注：Nb2O5，Ta2O5，Th，Hf的含量單位為g/t。

從表1可知，礦石中鈮、鉭的含量較高，是主要的回收對象；鋯、錫和釷的含量也較高，但需在選礦試驗(yàn)過程中確定它們在產(chǎn)品中的走向，以便探討其綜合利用的可能性；其他成分含量較低，綜合利用價(jià)值不大。

1.2 礦石礦物組成

通過X射線衍射分析，結(jié)合顯微鏡光、薄片鑒定及人工重砂分析等手段，得到礦石的礦物組成見表2。

表2 礦石礦物組成

Table 2 Main mineral composition of the ore %

1.3 主要礦物產(chǎn)出特征

1.3.1 主要有用礦物產(chǎn)出特征

(1)鈮鐵礦。鈮鐵礦是礦石中鈮和鉭的工業(yè)礦物。通過光、薄片分析，自然重砂分析等可以看出，鈮鐵礦顏色為黑色，晶形為板狀、長板狀、柱狀、不規(guī)則塊狀，有一定的磨圓現(xiàn)象，粒度為0.1～0.5 mm。由于礦石是砂礦，因此鈮鐵礦絕大部分已經(jīng)單體解離，無需磨礦。

(2)鈦鐵礦。鈦鐵礦是礦石中鈦的工業(yè)礦物。由于其與鈮鐵礦物理、化學(xué)性質(zhì)相近，因此對鈮鐵礦的選別會有較大影響。鈦鐵礦顏色為黑色，呈六邊形厚板狀、扁圓粒狀，表面粗糙多小孔，其粒度為0.2～0.5 mm，絕大部分已經(jīng)單體解離。

(3)錫石。錫石是礦石中錫的工業(yè)礦物，由于含有少量的鐵，使其具有很弱的磁性，將對鈮鐵礦的選別有一定的影響。錫石顏色主要為棕紅色、褐紅色、棕黑色，形狀多為渾圓狀，個(gè)別呈四方雙錐狀，其粒度為0.1～0.3 mm，絕大部分已經(jīng)單體解離。

(4)鋯石。鋯石是礦石中鋯的工業(yè)礦物，具有一定的晶形，包括四方雙錐狀及破碎的四方雙錐狀、四方柱狀、長柱狀、短柱狀、針狀等。鋯石分兩類：一類為粗粒鋯石，是主要類型，粒度一般為0.2～0.5 mm，鐵染明顯，呈黃褐色；另一類為細(xì)粒鋯石，是次要類型，粒度一般為0.1～0.3 mm，干凈、透明。兩類鋯石都已經(jīng)單體解離。

(5)釷石。釷石是礦石中釷的工業(yè)礦物，主要以單體存在，他形粒狀，有一定的磨圓現(xiàn)象，粒度為0.1～0.3 mm。

(6)獨(dú)居石。獨(dú)居石是礦石中稀土元素的工業(yè)礦物，呈黃色、淺黃綠色、黃綠色、琥珀黃色、褐黃色等，解理完全，晶形為柱狀、板狀、不規(guī)則粒狀，性脆，易破碎，有一定的磨圓現(xiàn)象，粒度為0.1～0.3 mm，多已單體解離。

1.3.2 主要脈石礦物產(chǎn)出特征

礦石中主要脈石礦物為石英、長石，它們一般磨圓度較高，呈渾圓狀，粒度為0.1～5 mm。脈石礦物絕大部分已經(jīng)單體解離，光片中未見脈石包裹金屬礦物。

1.4 主要礦物物理性質(zhì)

礦石中主要礦物的物理性質(zhì)見表3[12]。

從表3可以看出，鈮鐵礦、鈦鐵礦、錫石和鋯石的密度大于石英和長石的密度。以鋯石的最小密度代表重礦物(鈮鐵礦、鈦鐵礦、錫石和鋯石)的密度δ2，以石英的密度代表輕礦物(石英和長石)的密度δ1，可算得重選難易度E=(δ2-1)/(δ1-1)=1.82，表明重選較易進(jìn)行。因此，可以采用重選預(yù)選工藝先將絕大部分石英、長石等脈石礦物丟棄。

表3 主要礦物物性參數(shù)

對于預(yù)選精礦，可以根據(jù)比磁化系數(shù)差異，在較低的磁場強(qiáng)度下選出鈦鐵礦，在較高的磁場強(qiáng)度下選出鈮鐵礦。最后可以根據(jù)介電常數(shù)差異，用電選方法從磁選尾礦中分離錫石和鋯石。

1.5 原礦粒度篩析

為查明鉭鈮在各粒級中的分布情況，對原礦進(jìn)行了粒度篩析，結(jié)果見表4。

表4 原礦粒度篩析結(jié)果

從表4可以看出，+3 mm粒級的鉭分布率只占3.04%、鈮分布率只占1.33%，但產(chǎn)率達(dá)21.10%，故可將+3 mm粒級直接作為尾礦丟棄，這樣可減少入選礦量和提高入選品位。

2 預(yù)選工藝試驗(yàn)

2.1 原礦篩分拋尾試驗(yàn)

根據(jù)原礦篩析結(jié)果，首先通過篩分拋除+3 mm粒級。由于礦石中含有一些大塊礫石，所以采用圖1流程進(jìn)行篩分拋尾。所獲試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖1 原礦篩分拋尾試驗(yàn)流程

粒 級/mm產(chǎn) 率/%品位/(g/t)Ta2O5Nb2O5回收率/%Ta2O5Nb2O5篩分精礦78731204313125896839862篩分尾礦212714596798317138原 礦1000097921047861000010000

從表5可以看出，通過簡單的篩分，就可先拋除產(chǎn)率達(dá)21.27%的尾礦，并使礦石的Ta2O5品位和Nb2O5品位分別提高22.51 g/t和264.72 g/t，提高幅度達(dá)22.98%和25.26%。

2.2 跳汰拋尾試驗(yàn)

按圖2流程，采用XZT-120/240×800型跳汰機(jī)對篩分精礦進(jìn)行了跳汰拋尾試驗(yàn)。經(jīng)探索，兩次跳汰的合適操作條件均為給礦量600 kg/h，給水量2 100 L/h，沖程12 mm，沖次130 次/min，篩網(wǎng)篩孔尺寸1.5 mm，采用人造剛玉介質(zhì)(密度3.9 g/cm3)，介質(zhì)厚度50 mm。所獲試驗(yàn)結(jié)果見表6。

圖2 跳汰拋尾試驗(yàn)流程

粒 級/mm產(chǎn) 率/%品位/(g/t)Ta2O5Nb2O5作業(yè)回收率/%Ta2O5Nb2O5跳汰精礦29241054522393109371跳汰尾礦97089159130690629給 礦10000128781409161000010000

從表5可以看出，采用跳汰選別可拋除作業(yè)產(chǎn)率達(dá)93.53%的尾礦，且跳汰精礦的鉭、鈮作業(yè)回收率分別達(dá)93.70%、94.31%，預(yù)富集效果良好。

2.3 跳汰精礦精選試驗(yàn)

按圖3和圖4流程，采用LL600×270型螺旋溜槽和LY-1100×500型搖床對跳汰精礦進(jìn)行了不分級螺旋溜槽精選和篩分分級—搖床精選對比試驗(yàn)。經(jīng)探索，螺旋溜槽精選的合適操作條件為給礦濃度20%，給礦量90 kg/h；搖床精選的合適操作條件為+0.5 mm粒級給礦量20 kg/h，-0.5 mm粒級給礦量40 kg/h，給礦濃度15%，沖程13 mm，沖次290次/min，橫向沖洗水量3 L/s。所獲試驗(yàn)結(jié)果見表7。

圖3 螺旋溜槽精選試驗(yàn)流程

圖4 分級—搖床精選試驗(yàn)流程

Table 7 Comparison test results of different cleaning process %

從表7可以看出，在精礦品位相差不大的情況下，采用分級—搖床精選工藝，鉭鈮的回收率大大高于采用螺旋溜槽精選工藝。因此，確定跳汰精礦的精選采用分級—搖床工藝。

2.4 預(yù)選全流程試驗(yàn)

在以上試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按圖5進(jìn)行了預(yù)選全流程試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表8，所獲預(yù)選精礦的化學(xué)多元素分析結(jié)果見表9。

圖5 試驗(yàn)全流程

表8顯示，采用圖5預(yù)選流程，可獲得預(yù)選精礦產(chǎn)率為0.71%，Ta2O5、Nb2O5、Sn、ZrO2品位分別為1.21%、12.93%、7.12%、14.97%，相應(yīng)回收率分別為89.45%、90.04%、87.16%、70.58%的選別技術(shù)指標(biāo)。從表9可以看出，試驗(yàn)在綜合回收了鉭、鈮、鋯、錫的同時(shí)，使鈦、釷、鉿、鈰也得到了很大程度的富集。

表8 全流程試驗(yàn)結(jié)果

Table 8 Results of whole flowsheet tests %

表9 預(yù)選精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果

Table 9 Chemical composition analysis results of pre-separation concentrate %

3 結(jié) 語

(1)非洲某鉭鈮砂礦礦石中鉭、鈮的含量分別達(dá)97.4 g/t和1 044.2 g/t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了工業(yè)開采指標(biāo)要求。有用礦物除鈮鐵礦外，還伴生鈦鐵礦、錫石、鋯石以及獨(dú)居石、釷石等；脈石礦物主要為石英、長石。

(2)有用礦物嵌布粒度較粗，鈮鐵礦粒度0.1～0.5 mm，鈦鐵礦和鋯石粒度0.2～0.5 mm，錫石、釷石和獨(dú)居石粒度0.1～0.3 mm，且都已經(jīng)單體解離，同時(shí)它們與石英、長石的重選分離難易度處于“較易”范圍。

(3)礦石中+3 mm粒級的產(chǎn)率達(dá)21.10%，但鉭分布率只占3.04%、鈮分布率只占1.33%。

(4)根據(jù)該砂礦的礦石性質(zhì)，制定了篩分拋尾—跳汰拋尾—分級搖床精選的預(yù)選工藝流程，獲得了預(yù)選精礦產(chǎn)率為0.71%，Ta2O5、Nb2O5、Sn、ZrO2品位分別為1.21%、12.93%、7.12%、14.97%，相應(yīng)回收率分別為89.45%、90.04%、87.16%、70.58%的較好試驗(yàn)指標(biāo)，同時(shí)鈦、釷、鉿、鈰也在預(yù)選精礦中得到了有效富集。

(5)下一步將對預(yù)選精礦開展有用礦物互相分離的深選試驗(yàn)，以為該鉭鈮砂礦的開發(fā)提供全面的選礦技術(shù)支持。

[1] 呂子虎，等．鉭鈮礦選礦技術(shù)研究現(xiàn)狀[J]．礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2010(5)：44-47． Lu Zihu，et al．Investigation actuality on mineral processing technology of tantalum-niobium ores[J]．Conservation and Utilization of Mineral Resources，2010(5)：44-47．

[2] 劉寧平，劉建章，孫洪志，等．鉭鈮工業(yè)生產(chǎn)及其展望[J]．稀有金屬快報(bào)，2005，24(9)：1-6． Liu Ningping，Liu Jianzhang，Sun Hongzhi，et al．Review and prospect on industrial production of both tantalum and niobium metal[J]．Rare Metals Letters，2005，24(9)：1-6．

[3] 何季麟，張宗國．中國鉭鈮工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]．中國金屬通報(bào)，2006(48)：2-8． He Jilin，Zhang Zongguo．Present situation and development of tantalum & niobium industry in China[J]．China Metal Bulletin，2006(48)：2-8．

[4] 《選礦設(shè)計(jì)手冊》編委會．選礦設(shè)計(jì)手冊：第八卷第三分冊[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2007． Editorial Committee of Handbook on Mineral Processing Design．Mineral Processing Handbook：Vol 8，3rd Section[M]．Beijing：Metallurgical Industry Press，2007．

[5] 李新冬，等．某鉭鈮礦鉭鈮資源綜合回收試驗(yàn)研究[J]．礦業(yè)研究與開發(fā)，2012，32(5)：34-36． Li Xindong，et al．Research on the comprehensive recovery of tantalum and niobium from a tantalum-niobium ore[J]．Mining Research and Development，2012，32(5)：34-36．

[6] 盧道剛．南平鉭鈮礦選礦工藝流程設(shè)計(jì)研究[J]．有色金屬：選礦部分，2001(4)：14-18． Lu Daogang．Study of mineral processing flowsheet on Nanping tantalum-niobium ore[J]．Nonferrous Metal：Mineral Processing Section，2001(4)：14-18．

[7] 高玉德，鄒 霓，董天碩．鉭鈮礦資源概況及選礦技術(shù)現(xiàn)狀和進(jìn)展[J]．廣東有色金屬學(xué)報(bào)，2004(2)：87-92． Gao Yude，Zou Ni，Dong Tianshuo．General situation of tantalum-niobium ore resource and advances of mineral technology of tantalum-niobium ore[J]．Journal Guangdong Non-ferrous Metal，2004(2)：87-92．

[8] 余贊松，陳明星，龔 杰．宜春鉭鈮礦資源綜合利用現(xiàn)狀及存在問題[J]．礦業(yè)快報(bào)，2007(10)：63-64． Yu Zansong，Chen Mingxing，Gong Jie．Status of comprehensive utilization of Yichun tantalum-niobium ore and existing problems[J]．Express Information of Mining Industry，2007(10)：63 -64．

[9] 馬 馳，等．江西橫峰特大型鉭鈮礦工藝礦物學(xué)研究[J]．稀有金屬，2009(5)：736-746． Ma Chi，et al．Process mineralogy in super large Hengfeng tantalum-niobium deposit in Jiangxi Province[J]．Chinese Journal of Rare Metals，2009(5)：736-746．

[10] 夏建明，陳邦建．蘇州富鈮鉭花崗巖的物質(zhì)組成及鉭的賦存狀態(tài)研究[J]．江蘇地質(zhì)，1999，23(4)：236-238． Xia Jianming，Chen Bangjian．Material composition of niobium and tantalum-rich granite and study of tantalum' s occurrence state in Suzhou of Jiangsu Province[J]．Jiangsu Geology，1999，23(4)：236-238．

[11] 梁冬云，喻連香，張永進(jìn)，等．花崗偉晶巖型鈮鉭礦石的工藝礦物學(xué)研究[J]．有色金屬：選礦部分，2004(5)：1-4． Liang Dongyun，Yu Lianxiang，Zhang Yongjin，et al．Processing mineralogy feature in the granite-pegmatite pattern tantalum-niobium ore[J]．Nonferrous Metal：Mineral Processing Section，2004(5)：1-4．

[12] 《礦產(chǎn)資源綜合利用手冊》編委會．礦產(chǎn)資源綜合利用手冊[M].北京：科學(xué)出版社，2002． Editorial Committee of Handbook on Comprehensive Utilization of Mineral Resources．Handbook on Comprehensive Utilization of Mineral Resources[M]．Beijing：Science Press，2002．

(責(zé)任編輯 孫 放)

Study on Property and Pre-separation for a Tantalum-niobium Placer Deposit in Africa

Zhang Chengqiang1,2,3,4Zhang Hongxin1,2,3Li Hongchao1,2,3Wang Shoujing1,2,3

(1.ZhengzhouInstituteofMultipurposeUtilizationofMineralResources，ChineseAcademyofGeologicalSciences，Zhengzhou450006，China；2.NationalEngineeringResearchCenterforMultipurposeUtilizationofNonmetallicMineralResources，Zhengzhou450006，China；3.KeyLaboratoryofEvaluationandMultipurposeUtilizationofPolymetallicOre，MinistryofLandandResources，Zhengzhou450006，China；4.CollegeofResourcesandCivilEngineering，NortheasternUniversity，Shenyang110819，China)

In order to provide technical basis on development of a tantalum niobium placer in Africa for a Chinese mining company,process mineralogy research is carried out on the ore.The results indicated that,the content of tantalum and niobium reaches 97.4 g/t and 1 044.2 g/t respectively,much higher than the industrial mining requirements.Besides niobite and ilmenite,there are useful minerals of cassiterite,zircon and monazite,thorium also associated.Gangue minerals are mainly quartz,feldspar; useful minerals are disseminated in relatively coarser size and somehow have already been liberated,and the degree of liberation from quartz and feldspar by gravity separation is "easier"; yield rate of the ore in +3 mm grade account for 21.10%,but distribution rate of tantalum and niobium is only 3.04% and 1.33% respectively.According to the process mineralogy,pre-separation experiments on run-of-mine ore are made,including the run-of-mine classified at 3 mm,and the coarse concentrate discarded by jig further,then classification by 0.5 mm and through cleaning separation by shaking table respectively.Pre-separation concentrate with yield rate of 0.71%,Ta2O5,Nb2O5,Sn,ZrO2grade of 1.21%,12.93%, 7.12% and 14.97% respectively,and the corresponding recovery rate of 89.45%,90.04%,87.16%,70.58% was obtained,meanwhile titanium,thorium,hafnium,cerium have also been enriched.Valuable minerals in pre-separation concentrate separated from each other will be further researched.

Tantalum-niobium ore，Ore property，Pre-separation process，Comprehensive utilization

2014-12-15

國土資源行業(yè)公益專項(xiàng)(編號：201211069)。

張成強(qiáng)( 1974—)，男，副研究員，博士研究生。

TD955，TD922

A

1001-1250(2015)-02-063-05