从某稀有金属尾矿中回收长石的试验研究

张利珍，吕子虎，谭秀民，张秀峰

(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.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州 450006)

从某稀有金属尾矿中回收长石的试验研究

张利珍1，2，吕子虎1，2，谭秀民1，2，张秀峰1，2

(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.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州 450006)

本文分析了某稀有金属尾矿的矿物组成、粒度组成以及矿物之间的相互嵌布关系。根据尾矿性质，考察了工艺流程，磨矿细度，阴阳离子混合捕收剂的筛选、配比以及用量等条件对长石石英分选效果的影响。最终，采用自行研制的阴离子捕收剂EZ-2和十二胺，应用硫酸法分离长石和石英，得到含Al2O317.12%、K2O3.27%、Na2O8.26、Fe2O30.11%的长石精矿及含SiO296.07%、Fe2O30.02%的石英砂，实现了尾矿的高效利用。同时，捕收剂EZ-2也展现了良好的捕收性能，拓宽了其应用领域。

长石；石英；浮选；稀有金属尾矿

长石是钾、钠、钙、钡等碱金属或碱土金属的架状结构铝硅酸盐矿物，其主要成份为SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO等，是地壳中分布最广的造岩矿物，常与石英、云母及粘土矿物等共生，由于含有碱金属和氧化铝而广泛应用于玻璃、陶瓷等行业[1-2]。内蒙某稀有金属矿属于钠长石化碱长花岗岩型矿石，含有钽铌矿物及其它稀有元素矿物，稀有金属矿物分选后产生了大量以长石矿物为主要成分的尾矿，为了综合回收尾矿中的长石资源及提高长石产品质量，对其开展了长石回收的试验研究。

1 尾矿性质

稀有金属尾矿中的主要矿物是钠长石、钾长石、石英、白云母及少量的萤石、褐铁矿、赤铁矿和黄铁矿。钠长石、钾长石和石英的粒度和晶体发育程度差异甚大，石英基本均呈它形粒状，其粒度几乎是钠长石的10倍以上，钾长石呈半自形的板状，其粒度不足石英的一半，钠长石均呈自形的板条状(见图1左)。此外交代结构发育，钠长石发育呈板状结构，强烈的交代了石英、钾长石及白云母，钾长石交代了石英、使石英交代呈筛状(见图1右)。当钠长石交代了石英时，一粒石英中可包含数十粒钠长石，钠长石交代了钾长石时，一粒钾长石中可包含数粒钠长石。由此可见，矿物之间关系复杂，且嵌布粒度较细，长石与石英的分离难度很大。尾矿化学多元素分析结果见表1，粒度筛析结果见表2。

成分K2ONa2OSiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgO含量3.166.7573.9715.140.370.00270.0720.024

表2 尾矿粒度筛析结果

2 浮选试验

长石和石英是尾矿中最主要的两种矿物，占总量的90%以上，两者在物理性质、化学组成、结构构造等方面相似，一般的物理选矿方法难以将两者分离，因此浮选已成为它们分离的主要方法。目前长石和石英浮选分离的工艺主要有“氢氟酸法”、“硫酸法”、“中性浮长石法”和“碱性浮石英法”等[3-8]。针对该尾矿，进行了四种长石石英分离工艺流程的对比试验，结果发现，氢氟酸法效果最好，硫酸法次之，碱性法较差，中性法几乎没有任何分选效果。但由于F-离子的危害、强酸腐蚀、环保问题以及氢氟酸使用过程中的诸多不便，故选择硫酸法进行尾矿中回收长石的试验研究。

硫酸法[9-10]是在强酸性(一般为H2SO4，pH值为2～3)条件下，用阴阳离子混合捕收剂优先浮选长石，强酸性使长石表面的解离平衡向左移(式(1)，式(2))，负电性下降，在矿浆pH=2～3时，正处于石英零电点附近，而比长石零电点高，在这一pH值条件下长石表面荷负电，石英表面不荷电。当阴阳离子混合捕收剂加入该矿浆中时，胺类阳离子率先吸附在长石表面负电荷区，阴离子捕收剂再与吸附的胺类捕收剂络合，共吸附在长石表面。表面张力测定表明：这些络合物有更高的表面活性，从而大大增加了长石表面疏水性，使长石得以上浮。

(1)

(2)

另外，在这一pH值下，长石表面既有活性Al3+对阴离子捕收剂的特性吸附，又有表面配衡金属离子K+或Na+因溶于矿浆而在矿物表面形成的正电荷空洞，对阳离子捕收剂的静电吸附和分子吸附，多种吸附互相促进，协同作用，使长石可浮性大大优于石英。本次试验主要考察磨矿细度，阴阳离子混合捕收剂的筛选、配比以及用量等条件对长石石英分离效果的影响。

2.1 磨矿细度对长石分选效果的影响

由显微镜下观察及表2可知，尾矿中矿物共生关系复杂，且嵌布粒度较细，长石与石英的解离度较低，有必要进一步磨矿以提高矿物的解离度。此外，长石和石英浮选分离前，脱除细粒粘土类和云母类矿物有利于降低药耗及对长石和石英分离的影响[4,11]，而且可提高浮选效率。经过试验确定脱去细泥的粒度为-20μm，云母浮选十二胺用量粗选100g/t、扫选50g/t。在此基础上考察磨矿细度对长石分选效果的影响，工艺流程及药剂条件见图2，试验结果见图3。

图2 全流程开路试验流程

图3 磨矿细度对长石分选效果的影响

由图3可知，随着磨矿细度的增加，K2O+Na2O的品位分别为11.57%、11.45%、11.54%和11.20%，相差不大；但回收率的变化较大，K2O的回收率从33.71%增加到66.90%，Na2O的回收率从49.50%增加到80.33%。综合考虑选择长石石英浮选分离的磨矿细度为-0.074mm占77.4%。

2.2 阴阳离子捕收剂筛选对长石分选效果的影响

长石和石英浮选分离常用的阳离子捕收剂有十二胺(DDA)、油胺、二胺、混合胺和椰油胺等，阴离子捕收剂主要有脂肪酸及其皂、十二烷基磺酸钠(SDS)、石油磺酸钠(SPS)、油酸(OA)等。本次试验以DDA为阳离子捕收剂，考察其与SDS、SPS、OA和EZ-2等阴离子捕收剂组合对长石石英浮选分离的影响，工艺流程及药剂条件见图2，试验结果见图4。其中，阴阳离子捕收剂用量配比为6∶1，即900∶150g/t；EZ-2是中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所自行研制的一种阴离子型氧化矿捕收剂。

由图4可知：相同的用量条件，DDA与EZ-2及DDA与OA的组合效果较好，DDA与SDS的组合次之，DDA与SPS的组合效果最差。其中，DDA与EZ-2的组合更具有一定的优越性，故长石和石英浮选分离的阴阳离子捕收剂确定为EZ-2与DDA。

2.3 阴阳离子捕收剂配比对长石分选效果的影响

阴阳离子混合捕收剂的配比是影响长石与石英分离效果的重要因素，为此进行阴阳离子捕收剂的配比试验(即EZ-2∶DDA)，工艺流程及药剂条件见图2，试验结果见图5。

图4 阴阳离子捕收剂组合对长石分选效果的影响

图5 阴阳离子捕收剂配比对长石分选效果的影响

由阴阳离子捕收剂配比试验结果可以看出，单独使用阴离子捕收剂或阳离子捕收剂时，长石石英分离效果都不佳；随着阴阳离子捕收剂用量比值的增加，长石精矿产率和回收率先增加后降低，K2O+Na2O的品位随之增加；当阴阳离子捕收剂用量比增大到6∶1时，分选效果达到最佳，故选择EZ-2和DDA的用量比为6∶1。

2.4 阴阳离子捕收剂用量对长石分选效果的影响

在确定阴阳离子捕收剂配比为6∶1的基础上，考察其用量对长石分选效果的影响，工艺流程及药剂条件见图2，试验结果见图6。

由捕收剂用量试验结果可知：随着捕收剂用量的增加，长石精矿在品位基本稳定的情况下，回收率呈增长趋势，当阴阳离子捕收剂用量为900∶150g/t时，再增加捕收剂用量，长石精矿回收率增加幅度不大，故确定阴阳离子捕收剂用量为900∶150g/t。

2.5 矿浆浓度对长石分选效果的影响

浮选矿浆浓度在很大程度上影响精矿的品位和回收率、浮选机处理量、药剂及水电的消耗等。矿浆浓度较低时，精矿品位高，回收率低，浮选机生产效率低，药剂及水电消耗高；矿浆浓度较高时，精矿品位低，且浮选时间长，为此在药剂制度确定的基础上考察矿浆浓度对长石分选效果的影响，工艺流程及药剂条件见图2，试验结果见图7。

浮选浓度试验结果表明：随着浮选浓度的升高，长石精矿中K2O+Na2O的品位略有降低，但回收率增加显著，综合考虑浮选试验选取39.3%的矿浆浓度。

图6 阴阳离子捕收剂用量对长石分选效果的影响

图7 矿浆浓度对长石分选效果的影响

2.6 全流程试验

依据磨矿细度，阴阳离子混合捕收剂的筛选、配比以及用量等条件的试验结果，在最佳条件试验的基础上，进行全流程浮选开路试验，试验条件及流程见图2，结果见表3。

全流程浮选开路试验得到了含(K2O+Na2O)11.53%、Fe2O30.11%的长石精矿，可用于玻璃、陶瓷行业；石英精矿含SiO296.07%、Fe2O30.02%，可用于玻璃工业及冶炼行业的细粒铸型用砂。

3 结论

某稀有金属尾矿主要矿物组成为钠长石、钾长石、石英，矿物嵌布粒度较细且相互交代发育、共生关系复杂，在磨矿细度为-0.074mm占77.4%的条件下，采用自行研制的阴离子捕收剂EZ-2和阳离子捕收剂十二胺，应用硫酸法分选长石，最终得到含Al2O317.12%、K2O3.27%、Na2O8.26、Fe2O30.11%的长石精矿及含SiO296.07%、Fe2O30.02%的石英砂，实现了尾矿的高效利用。自行研制的捕收剂EZ-2在捕收剂筛选对比试验中展现了良好的捕收性能，为氧化矿捕收剂的筛选提供了一种新的选择。

表3 全流程开路试验结果/%

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Experimental study on recovering feldspar from a rare metal tailing

ZHANG Li-zhen1，2，LV Zi-hu1，2，TAN Xiu-min1，2，ZHANG Xiu-feng1，2

(1.Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Zhengzhou 450006，China；2.China National Engineering Research Center for Utilization of Industrial Minerals，Zhengzhou 450006，China)

In this paper，the mineral composition，size distribution and dissemination relation of a rare metal tailing were studied first.Then on the basis of the tailing′s properties，condition tests including process flow-sheet，grinding fineness and collector selection were carried out to evaluate the effects on the separation of feldspar and quartz.At last，under acidic conditions，by using the self-made anionic collector EZ-2 and cationic collector dodecylamine，feldspar concentrates containing 17.12%Al2O3，3.27%K2O，8.26%Na2O，0.11%Fe2O3and quartz concentrates containing 96.07%SiO2，0.02%Fe2O3were obtained from the rare metal tailing.Besides the efficient utilization of the tailing，new collector EZ-2 performed well in separating feldspar and quartz，thus its application field was broadened.

feldspar；quartz；flotation；rare metal tailings

2014-07-08

国土资源部公益性行业科研专项资助(编号：201211069)

张利珍(1979-)女，山西晋中人，硕士，工程师，从事矿产资源综合利用研究工作。

TD982

A

1004-4051(2015)08-0115-05