非洲某钽铌砂矿矿石性质及预选工艺研究

张成强 张红新 李洪潮 王守敬

(1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006；2.国家非金属矿产资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州450006；3.国土资源部多金属矿评价与综合利用重点实验室，河南 郑州 450006；4.东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819)

非洲某钽铌砂矿矿石性质及预选工艺研究

张成强1,2,3,4张红新1,2,3李洪潮1,2,3王守敬1,2,3

(1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006；2.国家非金属矿产资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州450006；3.国土资源部多金属矿评价与综合利用重点实验室，河南 郑州 450006；4.东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819)

为了给中国某矿业公司开发非洲某钽铌砂矿提供依据，首先对该矿矿石进行了工艺矿物学研究，结果表明：矿石中钽、铌的含量分别达到了97.4 g/t和1 044.2 g/t，远远超过了工业开采指标要求；有用矿物除铌铁矿外，还伴生钛铁矿、锡石、锆石以及独居石、钍石等，脉石矿物则主要为石英、长石；有用矿物嵌布粒度较粗，且基本都已经单体解离，同时它们与石英、长石的重选分离难易度处于“较易”范围；矿石中+3 mm粒级的产率达21.10%，但钽、铌在其中的分布率只有3.04%和1.33%。根据工艺矿物学研究结果，采用原矿按3 mm筛分抛尾、筛分精矿跳汰抛尾、跳汰精矿按0.5 mm分级摇床精选的工艺流程进一步进行了预选试验，获得了预选精矿产率为0.71%，Ta2O5、Nb2O5、Sn、ZrO2品位分别为1.21%、12.93%、7.12%、14.97%，相应回收率分别为89.45%、90.04%、87.16%、70.58%的较好指标，并使钛、钍、铪、铈也得到了富集。下一步将对预选精矿开展有用矿物互相分离的深选试验。

钽铌砂矿 矿石性质 预选工艺 综合回收

钽和铌属于高熔点稀有金属，具有耐腐蚀、冷加工性能和氧化膜电性能好等优点，是电子、原子能、化工、钢铁、航空航天等工业的重要原料[1]。世界钽铌资源主要分布在澳大利亚、加拿大、俄罗斯、巴西、中国、东南亚、非洲等国家和地区，我国钽铌资源储量占世界总储量的20%左右。国外钽铌矿山一般储量大且矿石相对较富，采选回收率高，而我国钽铌矿贫矿和多金属共伴生矿多，矿石组成复杂，矿物嵌布粒度细，处理难度较大，选矿回收率较低[2-3]。

由于钽铌矿的原矿品位一般很低，故通常先通过预选丢弃大部分脉石矿物，然后再对预选精矿进行深选处理[4]。其中预选以采用重选工艺[5-6]为主，根据矿石性质，有时也配合使用浮选[7]或磁选[8]手段。

随着我国经济的快速发展，钽铌的需求量逐年增加，因此，除充分利用好本国资源外，开发国外资源也是一个重要方向。非洲某钽铌砂矿中探明的铌铁矿资源量已超过大型矿床标准，同时还伴生锡石、锆石、钛铁矿等，中国某矿业公司将负责开发该矿床。本研究在查明该矿矿石性质的基础上[9-11]，采用跳汰—摇床重选工艺进行预选试验并取得了良好的试验结果，为下一步深选试验奠定了基础。

1 矿石性质

1.1 矿石主要化学成分分析

矿石主要化学成分分析结果见表1。

表1 矿石主要化学成分分析结果

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

注：Nb2O5，Ta2O5，Th，Hf的含量单位为g/t。

从表1可知，矿石中铌、钽的含量较高，是主要的回收对象；锆、锡和钍的含量也较高，但需在选矿试验过程中确定它们在产品中的走向，以便探讨其综合利用的可能性；其他成分含量较低，综合利用价值不大。

1.2 矿石矿物组成

通过X射线衍射分析，结合显微镜光、薄片鉴定及人工重砂分析等手段，得到矿石的矿物组成见表2。

表2 矿石矿物组成

Table 2 Main mineral composition of the ore %

1.3 主要矿物产出特征

1.3.1 主要有用矿物产出特征

(1)铌铁矿。铌铁矿是矿石中铌和钽的工业矿物。通过光、薄片分析，自然重砂分析等可以看出，铌铁矿颜色为黑色，晶形为板状、长板状、柱状、不规则块状，有一定的磨圆现象，粒度为0.1～0.5 mm。由于矿石是砂矿，因此铌铁矿绝大部分已经单体解离，无需磨矿。

(2)钛铁矿。钛铁矿是矿石中钛的工业矿物。由于其与铌铁矿物理、化学性质相近，因此对铌铁矿的选别会有较大影响。钛铁矿颜色为黑色，呈六边形厚板状、扁圆粒状，表面粗糙多小孔，其粒度为0.2～0.5 mm，绝大部分已经单体解离。

(3)锡石。锡石是矿石中锡的工业矿物，由于含有少量的铁，使其具有很弱的磁性，将对铌铁矿的选别有一定的影响。锡石颜色主要为棕红色、褐红色、棕黑色，形状多为浑圆状，个别呈四方双锥状，其粒度为0.1～0.3 mm，绝大部分已经单体解离。

(4)锆石。锆石是矿石中锆的工业矿物，具有一定的晶形，包括四方双锥状及破碎的四方双锥状、四方柱状、长柱状、短柱状、针状等。锆石分两类：一类为粗粒锆石，是主要类型，粒度一般为0.2～0.5 mm，铁染明显，呈黄褐色；另一类为细粒锆石，是次要类型，粒度一般为0.1～0.3 mm，干净、透明。两类锆石都已经单体解离。

(5)钍石。钍石是矿石中钍的工业矿物，主要以单体存在，他形粒状，有一定的磨圆现象，粒度为0.1～0.3 mm。

(6)独居石。独居石是矿石中稀土元素的工业矿物，呈黄色、浅黄绿色、黄绿色、琥珀黄色、褐黄色等，解理完全，晶形为柱状、板状、不规则粒状，性脆，易破碎，有一定的磨圆现象，粒度为0.1～0.3 mm，多已单体解离。

1.3.2 主要脉石矿物产出特征

矿石中主要脉石矿物为石英、长石，它们一般磨圆度较高，呈浑圆状，粒度为0.1～5 mm。脉石矿物绝大部分已经单体解离，光片中未见脉石包裹金属矿物。

1.4 主要矿物物理性质

矿石中主要矿物的物理性质见表3[12]。

从表3可以看出，铌铁矿、钛铁矿、锡石和锆石的密度大于石英和长石的密度。以锆石的最小密度代表重矿物(铌铁矿、钛铁矿、锡石和锆石)的密度δ2，以石英的密度代表轻矿物(石英和长石)的密度δ1，可算得重选难易度E=(δ2-1)/(δ1-1)=1.82，表明重选较易进行。因此，可以采用重选预选工艺先将绝大部分石英、长石等脉石矿物丢弃。

表3 主要矿物物性参数

对于预选精矿，可以根据比磁化系数差异，在较低的磁场强度下选出钛铁矿，在较高的磁场强度下选出铌铁矿。最后可以根据介电常数差异，用电选方法从磁选尾矿中分离锡石和锆石。

1.5 原矿粒度筛析

为查明钽铌在各粒级中的分布情况，对原矿进行了粒度筛析，结果见表4。

表4 原矿粒度筛析结果

从表4可以看出，+3 mm粒级的钽分布率只占3.04%、铌分布率只占1.33%，但产率达21.10%，故可将+3 mm粒级直接作为尾矿丢弃，这样可减少入选矿量和提高入选品位。

2 预选工艺试验

2.1 原矿筛分抛尾试验

根据原矿筛析结果，首先通过筛分抛除+3 mm粒级。由于矿石中含有一些大块砾石，所以采用图1流程进行筛分抛尾。所获试验结果见表5。

图1 原矿筛分抛尾试验流程

粒 级/mm产 率/%品位/(g/t)Ta2O5Nb2O5回收率/%Ta2O5Nb2O5筛分精矿78731204313125896839862筛分尾矿212714596798317138原 矿1000097921047861000010000

从表5可以看出，通过简单的筛分，就可先抛除产率达21.27%的尾矿，并使矿石的Ta2O5品位和Nb2O5品位分别提高22.51 g/t和264.72 g/t，提高幅度达22.98%和25.26%。

2.2 跳汰抛尾试验

按图2流程，采用XZT-120/240×800型跳汰机对筛分精矿进行了跳汰抛尾试验。经探索，两次跳汰的合适操作条件均为给矿量600 kg/h，给水量2 100 L/h，冲程12 mm，冲次130 次/min，筛网筛孔尺寸1.5 mm，采用人造刚玉介质(密度3.9 g/cm3)，介质厚度50 mm。所获试验结果见表6。

图2 跳汰抛尾试验流程

粒 级/mm产 率/%品位/(g/t)Ta2O5Nb2O5作业回收率/%Ta2O5Nb2O5跳汰精矿29241054522393109371跳汰尾矿97089159130690629给 矿10000128781409161000010000

从表5可以看出，采用跳汰选别可抛除作业产率达93.53%的尾矿，且跳汰精矿的钽、铌作业回收率分别达93.70%、94.31%，预富集效果良好。

2.3 跳汰精矿精选试验

按图3和图4流程，采用LL600×270型螺旋溜槽和LY-1100×500型摇床对跳汰精矿进行了不分级螺旋溜槽精选和筛分分级—摇床精选对比试验。经探索，螺旋溜槽精选的合适操作条件为给矿浓度20%，给矿量90 kg/h；摇床精选的合适操作条件为+0.5 mm粒级给矿量20 kg/h，-0.5 mm粒级给矿量40 kg/h，给矿浓度15%，冲程13 mm，冲次290次/min，横向冲洗水量3 L/s。所获试验结果见表7。

图3 螺旋溜槽精选试验流程

图4 分级—摇床精选试验流程

Table 7 Comparison test results of different cleaning process %

从表7可以看出，在精矿品位相差不大的情况下，采用分级—摇床精选工艺，钽铌的回收率大大高于采用螺旋溜槽精选工艺。因此，确定跳汰精矿的精选采用分级—摇床工艺。

2.4 预选全流程试验

在以上试验的基础上，按图5进行了预选全流程试验，试验结果见表8，所获预选精矿的化学多元素分析结果见表9。

图5 试验全流程

表8显示，采用图5预选流程，可获得预选精矿产率为0.71%，Ta2O5、Nb2O5、Sn、ZrO2品位分别为1.21%、12.93%、7.12%、14.97%，相应回收率分别为89.45%、90.04%、87.16%、70.58%的选别技术指标。从表9可以看出，试验在综合回收了钽、铌、锆、锡的同时，使钛、钍、铪、铈也得到了很大程度的富集。

表8 全流程试验结果

Table 8 Results of whole flowsheet tests %

表9 预选精矿化学多元素分析结果

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

3 结 语

(1)非洲某钽铌砂矿矿石中钽、铌的含量分别达97.4 g/t和1 044.2 g/t，远远超过了工业开采指标要求。有用矿物除铌铁矿外，还伴生钛铁矿、锡石、锆石以及独居石、钍石等；脉石矿物主要为石英、长石。

(2)有用矿物嵌布粒度较粗，铌铁矿粒度0.1～0.5 mm，钛铁矿和锆石粒度0.2～0.5 mm，锡石、钍石和独居石粒度0.1～0.3 mm，且都已经单体解离，同时它们与石英、长石的重选分离难易度处于“较易”范围。

(3)矿石中+3 mm粒级的产率达21.10%，但钽分布率只占3.04%、铌分布率只占1.33%。

(4)根据该砂矿的矿石性质，制定了筛分抛尾—跳汰抛尾—分级摇床精选的预选工艺流程，获得了预选精矿产率为0.71%，Ta2O5、Nb2O5、Sn、ZrO2品位分别为1.21%、12.93%、7.12%、14.97%，相应回收率分别为89.45%、90.04%、87.16%、70.58%的较好试验指标，同时钛、钍、铪、铈也在预选精矿中得到了有效富集。

(5)下一步将对预选精矿开展有用矿物互相分离的深选试验，以为该钽铌砂矿的开发提供全面的选矿技术支持。

[1] 吕子虎，等．钽铌矿选矿技术研究现状[J]．矿产保护与利用，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] 刘宁平，刘建章，孙洪志，等．钽铌工业生产及其展望[J]．稀有金属快报，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，张宗国．中国钽铌工业的现状与发展[J]．中国金属通报，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] 《选矿设计手册》编委会．选矿设计手册：第八卷第三分册[M]．北京：冶金工业出版社，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．某钽铌矿钽铌资源综合回收试验研究[J]．矿业研究与开发，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] 卢道刚．南平钽铌矿选矿工艺流程设计研究[J]．有色金属：选矿部分，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，邹 霓，董天硕．钽铌矿资源概况及选矿技术现状和进展[J]．广东有色金属学报，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] 余赞松，陈明星，龚 杰．宜春钽铌矿资源综合利用现状及存在问题[J]．矿业快报，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] 马 驰，等．江西横峰特大型钽铌矿工艺矿物学研究[J]．稀有金属，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，陈邦建．苏州富铌钽花岗岩的物质组成及钽的赋存状态研究[J]．江苏地质，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，喻连香，张永进，等．花岗伟晶岩型铌钽矿石的工艺矿物学研究[J]．有色金属：选矿部分，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] 《矿产资源综合利用手册》编委会．矿产资源综合利用手册[M].北京：科学出版社，2002． Editorial Committee of Handbook on Comprehensive Utilization of Mineral Resources．Handbook on Comprehensive Utilization of Mineral Resources[M]．Beijing：Science Press，2002．

(责任编辑 孙 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

国土资源行业公益专项(编号：201211069)。

张成强( 1974—)，男，副研究员，博士研究生。

TD955，TD922

A

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