非洲某钽铌粗精矿精选试验研究

张成强，张红新，李洪潮，黄俊玮

(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)

非洲某钽铌粗精矿精选试验研究

张成强1，2，张红新1，2，李洪潮1，2，黄俊玮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)

摘要：针对非洲某钽铌矿粗精矿进行了精选试验研究。采用不同类型的磁选装备进行了铌铁矿和钛铁矿分离对比试验，CRIMM电磁高梯度磁选机分离效果最佳，磁选尾矿电选法回收锡石。采用磁选-电选联合工艺流程，有效解决了钽铌粗精矿中各有用元素的综合回收，最终获得了含Ta2O5 5.13%、Nb2O5品位56.09%，回收率分别为86.25%、88.86%的钽铌精矿，含TiO246.65%、回收率88.68%的钛精矿，含Sn57.71%、回收率70.41%的锡精矿。

关键词：粗精矿；钽铌矿；钛铁矿；锡石；磁-电联合工艺

钽和铌性质相似，均属高熔点稀有金属，由于其特殊的物理化学性质，广泛应用于电子、钢铁、化工、冶金、原子能及航空航天等行业[1]。关于钽铌矿的开发利用，我国目前已形成从矿山、选矿、冶炼到合金加工、电容器和铌钢生产等完整的钽铌矿开发体系，随着我国科学技术的快速发展和电子产品消费的持续增长，钽铌的需求日益增加，资源短缺局面逐渐呈现[2]。 因此，在开发好国内钽铌矿资源的情况，充分利用国外的钽铌矿资源是个很好的出路。

钽铌矿由于其原矿品位低，选矿一般先采用重选丢弃大部分脉石矿物，获得低品位混合粗精矿，然后再进行精选，分离出多种有用矿物[3]。钽铌粗精矿的精选工艺一般根据含的矿物组成不同，采用不同的分离方法。对于共伴生重矿物种类繁多，且多数有综合回收价值的复杂钽铌矿，粗精矿的选别需采用多种方法或选冶联合工艺流程才能综合回收[4]，文献[5]对福建南平钽铌矿重选出的粗精矿，先用弱磁选除去粗精矿中的铁杂质，消除铁杂质对精选作业的干扰，再用强磁选选出磁性产品(钽铌精矿)，非磁性产品经重选处理丢弃尾矿(轻产品)，重选精矿经浮选脱除硫化矿物后产出锡精矿。针对新疆可可托海钽铌等复杂多金属矿，对粗精矿采用重-磁-浮联合工艺流程，最终可得到钽铌总精矿(Ta，Nb)2O5品位为55%左右、回收率为62%的技术指标，并综合回收了锂铍等[6]。针对某难分离钨钽铌粗精矿，其中的矿物间物理性质相近，重选、磁选均无法有效分离，最终采用选冶联合工艺进行处理，成功实现了钨钽铌精矿的分离[7-9]。细粒钽铌矿的精选一般采用浮选方法，选择高效捕收剂进行选别[10-12]。

本文所研究的钽铌粗精矿来自非洲某国，属钽铌砂矿床，是原矿经水洗、重选粗选(跳汰-摇床选别)后获得的粗精矿。粗精矿中含有钽铌矿、锡矿、钛铁矿、锆石等多种有用矿物，由于物质组成复杂，部分矿物物理化学性质相近，分离难度较大。针对矿石的性质，本研究采用磁选-电选联合工艺流程对该粗精矿中有用金属进行综合回收。

1矿石性质

试样为原矿重选后的粗精矿，经显微镜鉴定、化学分析和X射线衍射分析等查明，矿石中主要金属矿物为铌铁矿、钛铁矿，其次为锡石、锆石及少量的独居石等，脉石矿物主要为长石、石英等。进一步岩矿鉴定结果显示这些矿物基本已经单体解离。粗精矿X射线衍射图谱见图1。

粗精矿主要化学成分分析结果及矿物组成分别见表1和表2。主要矿物的物理性质见表3，粗精矿的粒度组成以及主要元素在各粒级的分布见表4。

图1　粗精矿样品X衍射图谱

元 素Ta2O5Nb2O5TiO2SnZrO2HfO2Th含量0.7457.7013.256.2511.290.370.59元 素TFeSiO2CaOMgOK2ONa2OAl2O3含量10.9032.050.440.0821.400.4710.92

表2　主要矿物相对含量(质量分数)/%

表3　主要矿物的物性参数[8]

表4　钽铌粗精矿的粒度组成和部分元素在各粒级的分布

综合表1、表2数据可知，粗精矿中钽、铌、钛、锡、锆的品位都较高，其中钽铌主要以铌铁矿的形式存在，钛主要钛铁矿的形式存在，锡主要以锡石的形式存在，锆主要以锆英石的形式存在。从表3可以看出，铌铁矿和钛铁矿的比磁化系数远远大于其它几种矿物，可采用磁选的方法分离这两种矿物，同时这两种矿物的比磁化系数也有一定的差别，可通过采用不同磁场强度进行铌铁矿和钛铁矿的磁选分离。磁选尾矿中，锡石、锆石矿物与脉石矿物在密度上有较大的差异，可通过重选的方法除去石英、长石等。在电性上，锡石与其它矿物之间存在差异，可以采用电选的方式分离锡石，电选尾矿一般应为锆石、独居石和部分脉石矿物，可通过重选的方法进一步提纯锆石品位。

从粒度筛析结果可以看出，目的矿物主要存在于-0.3mm粒级。镜下鉴定表明，每个粒级中有用矿物的单体解离度都很高，因此，在精选前无需再进行磨矿。

2选矿试验研究

2.1磁选试验

2.1.1磁选探索试验

由表3数据可知，铌铁矿和钛铁矿具有弱磁性，必须用强磁选才能将其分选出来，考虑到目前的磁

选设备类型较多，结合该矿区当地缺水的自然条件，本研究重点进行了干法磁选探索试验，分别采用实验室GCG型电磁感应辊干式强磁选机、CRIMM电磁高梯度干式强磁选机进行了对比试验。由于钛铁矿的比磁化系数大于铌铁矿，首先采用相对较小的磁场强度分离出钛铁矿，钛铁矿尾矿再采用较强的磁场强度分离铌铁矿，为得到较合适的技术指标，钛铁矿选别进行了两次粗选、铌铁矿选别进行了1次粗选和1次精选。试验工艺流程见图2，试验结果见表5。

图2　磁选探索试验工艺流程

表5　不同磁选方式的设备对比试验/%

从对比试验可以看出，采用CRIMM电磁高梯度磁选机分选效果较好，能将钛铁矿与铌铁矿有效地分离，因此，确定采用该设备开展试验研究。

2.1.2钛铁矿与铌钽矿分选条件试验

从这两种矿物的比磁化系数比较来看，差别不是太大，因此需分别考察钛铁矿、铌铁矿分选最佳的磁场强度，试验工艺流程见图3，钛铁矿分选磁场强度条件试验结果见图4，铌铁矿分选磁场强度条件试验结果见图5。

由图4结果可知，随着磁场强度的逐渐增加，钛的回收率增加，精矿品位逐渐下降，当磁场强度达280kA/m之后，精矿TiO2含量下降严重，综合考虑TiO2精矿品位和回收率，磁场强度250～280kA/m为宜。从图5的结果可以看出，当磁场强度在400～450kA/m精矿中Nb2O5的品位和回收率都较高。

2.1.3钛铁矿和铌铁矿分离全流程试验

在磁场强度条件试验的基础上进行了钛铁矿与钽铌矿分选全流程试验，磁场强度在各自最佳分离效果范围内选取，为提高钛的回收率，钛铁矿进行了两次粗选。为提高铌铁矿精矿品位和回收率，分别增加了铌铁矿精选和扫选作业。试验工艺流程见图6，试验结果见表6。

图3　钛铁矿与铌铁矿分选工艺流程

图4　磁场强度与钛铁矿选别指标的关系

图5　磁场强度与铌铁矿选别指标的关系

图6　钛铁矿与铌铁矿分离原则工艺流程

表6　钛铁矿和铌铁矿分离试验结果/%

从表6的试验结果可以看出，通过采用不同磁场强度进行分阶段选别能有效实现钛铁矿和铌铁矿的有效分离，可以得到较高品位和回收率的钛铁矿精矿和铌铁矿精矿。

2.2锡石的回收试验

因为锡石没有磁性，主要存在于磁选尾矿中，其回收主要利用电选。电选是利用矿物的电性差异来进行分选矿物的方法，是锡石与其它矿物分离时最常用的选别方法[13]。在电选之前，通过重选除去脉石，以减少进入电选作业的矿量，另外，样品分级后分别进行摇床重选-电选效果最好[14]，这样可有效提高分选试验的技术指标。本研究把入选样品分级成了+0.3mm、-0.3mm两个粒级。试验设备采用XDF-250×200高压鼓筒式电选机，工艺流程如图7所示，试验结果见表7。

表7试验结果表明电选是锡石分选的有效方法，磁选尾矿通过重选-电选可得到品位含Sn为57.71% 的高品位锡精矿，Sn的作业回收率达88.58%。

2.3电选尾矿中其他矿物的综合回收探索试验

镜下鉴定发现，电选尾矿(非导体矿物)中主要有用矿物为锆石、独居石、钍石和部分锡石，脉石矿物为石英、长石等，根据有用矿物与脉石矿物的密度差异，对锆石等进一步重选富集得到重矿物产品。本试验重点考察锆的回收，对摇床重产品中不同矿物不再进行进一步分离。试验工艺流程见图8，试验结果见表8。

表7　锡石电选试验结果/%

图7　锡石电选原则工艺流程

图8　电选尾矿探索试验工艺流程

表8　电选尾矿探索试验结果/%

从表8探索试验结果看出，可得到ZrO2品位52.07%的锆石精矿，未达到国家规定的锆英石精矿最低5级品质量要求，不能作为产品出售。化学分析结果表明其中锡的含量也较高，镜下鉴定发现独居石、钍石、稀土等矿物也都在此精矿中富集，成分复杂，矿物之间性质非常相近，分离难度大，对这些共伴生矿的回收下一步应需开展选冶联合试验较为合适。

3试验综合结果

混合粗精矿首先在不同磁场强度下分选出钛铁矿和铌铁矿，磁选尾矿分级后再进行摇床重选，重选精矿进行电选锡石，电选尾矿再进行锆石、稀土的回收，即采用磁-重-电联合工艺流程，可得到产率26.21%、TiO2品位46.65%、TiO2回收率88.68%的钛铁矿精矿；产率12.61%、Nb2O5品位52.83%、Nb2O5回收率88.86%的铌铁矿精矿；产率7.87%、锡品位57.71%、锡回收率70.41%的锡精矿。最终推荐的综合原则工艺流程见图9，综合试验结果见表9。

图9　推荐原则工艺流程

考虑到该矿区缺水、干旱的自然特点，钛铁矿和铌铁矿分离采用干式磁选较为合适，各烘干作业以自然烘干为主。电选尾矿中以锆英石为主并含一定量的稀土、稀有等元素，采用物理方法分离提纯较为困难，建议采用冶金的方法对其进行进一步研究。

4结语

1)本次试验重选粗精矿样含铌7.7%、含锡6.25%、含钛13.25%、含锆11.29%，有用矿物主要有铌铁矿、钛铁矿，其次为锡石、锆石，少量的独居石等，脉石矿物主要有长石、石英等，进一步鉴定结果表明这些矿物基本上已经单体解离。试验主要回收其中的钽铌矿、钛铁矿、锡石以及锆石等；由于铌铁矿和钛铁矿比磁化系数差别不是太别大，两者的分离相对较为困难。

表9　全流程试验综合结果/%

2)在矿石性质研究的基础上，本研究采用磁选钛铁矿→磁选铌铁矿→磁选尾矿分级摇床重选→电选锡石→电选尾矿重选选锆石的工艺流程，可得到产率26.21%、TiO2品位46.65%、TiO2回收率88.68%的钛铁矿精矿；产率12.61%、Ta2O5和Nb2O5品位为5.13%和52.83%、Ta2O5和Nb2O5回收率86.25%和88.86%的钽铌矿精矿；产率7.87%、锡品位57.71%、锡回收率70.41%的锡精矿；锆石探索试验结果表明，锆等稀有元素也得到综合回收。该研究有效地回收了粗精矿中的各有用金属元素，使资源得到更加合理地利用。

参考文献

[1]吕子虎，卫敏，吴东印，等.钽铌矿选矿技术研究现状[J].矿产保护与利用，2010(5)：44-47.

[2]程征，伍喜庆，杨平伟.我国钽铌资源的特征及选矿技术[J].金属矿山，2013(3)：97-99.

[3]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.

[4]姜勇，姜永才.关于我国钽铌矿选矿一些问题的探讨[J].稀有金属，1981(3)：82-87.

[5]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)：14-17.

[6]何建璋.可可托海三号脉铍矿石的综合利用[J].新疆有色金属，2003( 4)：22-24.

[7]杨新华，许亮，周洁英，等.钨钽铌粗精矿碱分解试验研究[J].中国钨业，2013，28(6)：38-40.

[8]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，2000.

[9]刘敏娉，董天颂.稀有金属选矿评述[J].有色金属：选矿部分，2001(zk)：110.

[10]叶志平，孙兴来，李英霞.强磁尾矿综合回收稀土、铌选矿工艺研究[J].有色金属：选矿部分，1996(6)：1-4.

[11]张培善，杨主明，陶克婕，等.我国稀土钽铌矿物学及工业利用[J].稀有金属，2005，29(2)：206-208.

[12]黄宇林，童雄，叶国华，等.钽铌矿物的浮选药剂研究概况[J].稀有金属，2006，30(6)：870-871.

[13]张成强，李洪潮，张红新，等.新疆白干湖钨锡矿综合利用工艺研究[J].中国钨业，2013，28(3)：31-35.

[14]杨安.难选钨毛精矿钨锡分选流程试验研究[J].江西有色金属，1998(3)：31-33.

Experimental study on cleaning of tantalum-niobium rough concentrate in Africa

ZHANG Cheng-qiang1，2，ZHANG Hong-xin1，2，LI Hong-chao1，2，HUANG Jun-wei1，2

(1.Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources，Chinese Academy ofGeological Sciences，Zhengzhou 450006，China；2.Key Laboratory of Evaluation and Multipurpose Utilization of Polymetallic Ore，Ministry of Land and Resources,Zhengzhou 450006，China)

Abstract:Experimental study on cleaning of tantalum-niobium rough concentrate in Africa was carried out.Contrast tests for separation of niobite and ilmenite by different type magnetic separation equipments were conducted，separation effect is the best by CRIMM electro-magnetic high gradient magnetic separator，electrostatic separation was adopted to reclaim ilmenite from magnetic separation tailings.The united flowsheet of magnetic- electrostatic separation was used and the comprehensive reclaim of each valuable metal in the rough concentrate has been accomplished effectively，Finally，a tantalum-niobium concentrate with a Ta2O5 、Nb2O5 grade and recovery of 5.13%、56.09% and 86.25%、88.86%，was obtained，a nilmenite concentrate with a TiO2 grade and recovery of 46.65% and 88.68%，respectively was obtained，tin concentrate (Sn grade=57.71%，recovery rate=70.41%) was obtained.

Key words：rough concentrate；tantalum-niobium；ilmenite；cassiterite；combined process of magnetic- electrostatic separation

收稿日期：2015-03-07

基金项目：国土资源行业公益专项项目资助(编号：201211069)

作者简介：张成强(1974-)，男，副研究员，博士，主要从事矿产资源综合利用技术研发。

中图分类号：TD954

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)03-0121-06