竹山庙垭稀土矿的选冶联合工艺技术

徐世权，曾海鹏，张 宏

(大冶有色金属集团控股有限公司，湖北 黄石 435005)

竹山庙垭稀土矿的选冶联合工艺技术

徐世权，曾海鹏，张 宏

(大冶有色金属集团控股有限公司，湖北 黄石 435005)

介绍了国内外稀土资源及竹山庙垭稀土资源状况。通过原矿工艺矿物学研究，查明竹山庙垭稀土矿矿物组成及含量、矿物嵌布特性、稀土在矿石中的赋存状态。通过选冶联合工艺试验研究，获得冶金产品碳酸盐稀土，品位60.46%，总回收率65.43%。

稀土矿； 工艺矿物学； 选冶联合工艺； 碳酸盐稀土

1 前言

1.1 国内外稀土资源及状况

稀土元素因其独特的电子层结构，使其具有优异的磁、光、电等特性。人们利用稀土元素的特殊性质开发出一系列不可取代的、性能优越的稀土材料，被广泛应用于冶金机械、石油化工、轻工农业、电子信息、能源环保、国防军工和高新材料等13个领域的40多个行业，是当今世界各国改造传统产业、发展高新技术和国防尖端技术不可缺少的战略物资。近10年来，随着稀土材料在高科技领域的广泛应用和开发，研究不断取得重大突破，稀土材料的应用越来越广，特别是钕铁硼永磁体、荧光粉、储氢材料等稀土功能材料在高新技术产业中的应用，稀土永磁材料是高科技和军事工业发展不可缺少的重要支撑材料之一，对国防建设和整个国民经济发展具有极大的推动作用。稀土是21世纪重要的战略资源。

世界稀土资源分布极不均匀，主要集中在中国、美国、印度、前苏联、南非、澳大利亚、加拿大、埃及、日本等几个国家，见表1。

我国是稀土资源大国，目前我国已成为世界稀土产量第一、出口量第一、用量第一的稀土工业大国，也是世界上唯一大量供应不同等级、不同品种稀土产品的国家，在世界稀土市场上居主导地位。

稀土矿山开采方面，中国主要稀土矿山有119处，如白云鄂博、七一、南桥、冕宁马尾沟等。竹山庙垭铌、稀土矿储量居全国稀土资源储量的第三位，目前尚未开发。

表1 世界稀土 (REO) 储量

我国稀土工业在迅速成长过程中也存在诸多矛盾和问题。多年来对稀土资源的开发管理不够，乱采滥挖，弃贫采富，浪费资源，产能过剩，产业集中度低，科技投入少，应用开发滞后，环保措施不力，污染问题突出，出口管理不科学，战略资源流失等，是长期以来影响我国稀土工业全面、健康、协调和可持续发展的主要矛盾和问题。尽管稀土行业存在种种问题，但因为稀土行业应用广泛，其下游产品需求增加，特别是高科技领域稀土材料的推广，极大地推动了中国稀土需求的增加与行业的发展。

1.2 竹山庙垭稀土矿资源简介

竹山庙垭稀土矿由湖北省第四地质队1965年普查时首次发现，第五地质队于1971年～1981年进行地质详查—初勘工作， 并完成了《竹山庙垭铌、稀土矿区详查—初勘地质报告》，见表2～表4。

表2 矿区铌、稀土分类资源储量

表3 矿区总资源储量估算

表4 已探明矿体总储量

竹山庙垭铌稀土矿为大型碳酸岩型铌，氟碳铈型稀土矿床，矿物粒度细，选冶性差，工艺复杂，但拥有可回收利用的稀土矿物多、矿体集中和厚大、有害杂质含量低的资源质量优势。矿区岩体致密、坚硬，岩体稳定性好，可进行露天陡帮开采。

2013年12月，湖北省竹山县人民政府和大冶有色金属集团控股有限公司签订了《关于综合开发湖北竹山庙垭铌、稀土矿资源合作协议》。

2 竹山庙垭稀土矿工艺矿物学研究

采用矿石显微镜、X衍射分析、扫描电子显微镜和MLA矿物自动定量设备和技术，查明该矿的矿物组成和含量，稀土、铌矿物的嵌布粒度、解离度和各矿物之间的嵌布关系。查明稀土、铌在矿石中的赋存状态，以预测有用金属的产品走向和确定有用金属的理论回收率，以评价该矿石的价值和选矿技术指标。

2.1 原矿物质组成

2.1.1 原矿化学多元素分析

原矿多元素化学分析结果如表5所示，稀土配分见表6。

2.1.2 原矿矿物组成及含量

采用MLA定量测定原矿矿物组成，其测定结果见表7。由表7可知，矿石中主要稀土矿物以氟碳铈矿为主，其它稀土矿物主要是少量至微量的独居石、磷钇矿、氟碳钙铈矿；铌矿物和含铌矿物主要是铌铁金红石，其次是少量至微量的复稀金矿、铌铁矿；锆矿物只有少量锆石；铁锰氧化矿物有大量褐铁矿、硬锰矿和微量的磁铁矿，其数量远远大于铌、稀土矿物；金属硫化矿物数量极少，总量不到0.1%，主要是黄铁矿和磁黄铁矿；脉石矿物主要是大量的绢云母，其次是长石、磷灰石、石英、萤石等。此外，矿石中的磷灰石和萤石含量较高，可综合回收。

表5 原矿多元素化学分析结果 %

表6 原矿稀土配分 %

表7 原矿矿物组成及含量 %

2.2 主要矿物的嵌布粒度

MLA测定原矿块矿中主要矿物的嵌布粒度，结果如表8所示。

表8 块矿中测定的主要矿物嵌布粒度

初步的测定结果表明，稀土矿物的嵌布粒度较细，与多种矿物关系密切，萤石、磷灰石、长石等矿物含较高的稀土矿物，多数矿物颗粒在小于0.04mm的微细粒级范围，小于0.01mm难选粒级的占有率达20%～30%，这将影响稀土的回收率。铌矿物中数量最多的铌铁金红石的嵌布粒度比氟碳铈矿更微细，全部粒度小于0.16mm，其中有30%以上铌铁金红石的嵌布粒度小于0.01mm，其他铌矿物的嵌布粒度更细。铌的主要矿物为铌铁金红石，含铌高的铌铁矿含量很低。由于铌铁金红石含铌理论上仅有4.87%，因此，选矿很难获得合格的铌精矿品位，如果采用冶金工艺，则处理量大，成本太高，所以实际上目前工艺水平无法进行有效回收。

2.3 主要矿物的解离度测定

主要矿物的解离度测定结果见表9。

表9 铌和稀土矿物解离度(磨矿细度-0.075mm占94.45%)

2.4 稀土在矿石中的赋存状态

根据原矿矿物含量和各矿物的稀土含量，作出稀土在各矿物中的分配表10。

从表10中可见，以氟碳铈矿、独居石和磷钇矿稀土矿物形式存的REO分别占88.50%、1.43%、0.53%，总计90.46%；以类质同象方式赋存铌矿物——复稀金矿占REO占0.32%；分散于铁锰矿物——褐铁矿和硬锰矿等中的REO分别占1.97%、0.96%，总计2.93%；分散于磷灰石中的REO占3.8%；分散于萤石中的REO占0.57%；分散于云母、石英/长石等脉石矿物中的REO分别占1.40%、0.35%。由此得出分选稀土矿物理论品位REO为68%，理论回收率90%。但稀土矿物嵌布粒度微细，对回收率影响较大。

3 选冶联合工艺技术

3.1 选冶联合工艺

表10 稀土在各矿物中的分配 %

人类的工业生产需要消耗很多自然资源，矿产资源作为不可再生的资源，在不断开发利用过程中资源在不断枯竭。随着矿产资源的减少，各种矿石均趋向于贫、细、杂，给综合开采利用带来更大的困难。

选冶联合工艺技术是一种以选矿和冶金的方法交替使用来处理矿石的工艺流程。对于某些难选的矿石，有时单用选矿的方法往往得不到满意的效果，甚至不能分选，因而需要采用选冶联合流程进行处理，才能达到预期的回收利用效果。如氧化铜矿的浸出—置换—浮选过程，铜镍精矿经熔炼为镍冰铜后的冰铜与镍高硫的优先浮选分离过程，均属此类流程。

选冶联合工艺技术的优点：一是对于某些贫、细、杂等难选矿石，可以取到良好的回收效果；二是通过选冶联合工艺技术，能获得更加精细的矿产品，产品附加值高。缺点是加工成本相对过高。

竹山庙垭稀土矿难选的两大原因如下。

(1)目的矿物分布于多种矿物之中。矿区稀土矿物主要为独居石、氟碳铈矿，其次为氟碳钙铈矿。多呈浸染状、细脉浸染状分布于方解石、长石等矿物颗粒或裂隙中。稀土与多种矿物关系密切，矿物间互相交织嵌生，或相连或互为包体。萤石、磷灰石、长石等矿物含较高的稀土矿物，这将影响稀土的回收率(见原矿矿物组成及含量表)。

(2)目的矿物嵌布粒度微细。矿物粒度相差悬殊，粒径由1～2mm至小于0.01mm。一般在5～30μm。氟碳铈矿、独居石和磷钇矿中小于10μm的难选粒级分别为23.44%、55.37%和34.96%。

分析以上两大难选原因，竹山庙垭稀土矿采用选冶联合工艺。

3.2 选冶工艺结合点的比较与选择

通过浮选、磁选、重选探索试验研究得出工艺流程见图1，试验结果见表11。

从试验结果分析，高品位的稀土精矿1回收率只有29.48%。如果加上稀土精矿2，则品位又大幅下降，只有11.37%。可见只采用常规的重磁浮选矿工艺难以获得较好的技术指标。如果采用选—冶联合工艺流程，能更好地回收稀土，另外也可以综合利用磷资源。从而选择稀土磷混合精矿进行冶金试验。

需要说明的是，尽管引入冶金工艺流程，增加了成本，但得到的冶金稀土产品(碳酸盐稀土)远非选矿产品稀土精矿，其碳酸盐稀土产品价格大不相同。

3.3 冶金工艺试验

稀土冶金试验流程见图2，试验结果见表12。

从表12中可以看出，通过冶金试验，可获得碳酸盐稀土品位60.46%，回收率77.89%。另获得盐酸不溶渣品位50.96%，回收率4.16%，可返回重新回收利用。

图1 稀土浮选—磁选—重选工艺全流程图

表11 稀土浮选—磁选—重选全流程试验结果 %

3.4 选冶工艺全流程试验技术指标

(1)选—冶联合工艺技术指标见表13。

(2)碳酸盐稀土产品杂质分析结果见表14。

(3)碳酸盐稀土产品行稀土元素配分见表15。

图2 稀土冶金工艺全流程图

4 结语

(1)本文简介了国内外稀土资源及竹山庙垭稀土资源状况。

(2)通过竹山庙垭稀土矿原矿工艺矿物学研究，查明竹山庙垭稀土矿元素成分、矿物组成及含量、矿物嵌布特性、单体解离情况、稀土在矿石中的赋存状态以及稀土矿的理论品位REO为68%和理论回收率90%。

(3)通过选矿工艺研究，得到了浮—磁—重工艺全流程及试验结果，并从中分析选择出稀土磷混合精矿进行下一步的冶金试验。

(4)通过选—冶联合工艺试验研究，获得冶金产品碳酸盐稀土：产率1.65%，稀土品位60.46%，稀土总回收率65.43%。

表13 选—冶联合工艺技术指标 %

表14 碳酸盐稀土产品杂质分析结果 %

表15 碳酸盐稀土产品行稀土元素配分表 %

(5)通过选—冶联合工艺技术的研究，了解了竹山庙垭稀土矿工艺矿物学特征及选冶加工性能，查明了竹山庙垭稀土矿资源的工业开发价值，提高了选冶回收率和产品质量，为将来清洁高效开发竹山庙垭稀土矿资源提供了技术支撑。

Beneficiation- metallurgy combination technology of Zhushan Miaoya rare earths mine

This paper introduced the domestic and foreign rare earth resources and the resource status in Zhushan Miaoya. Through ore process mineralogy study, the mineral composition and content, mineral dissemination characteristics and occurrence state in rare earth ore of Zhushan Miaoya rare earth mine were identified. Simultaneously, through beneficiation- metallurgy combination process experimental study carbonate rare earth of metallurgical product was obtained. The grade was 60.46%, and the total recovery rate was 65.43%.

rare earths ore; process mineralogy; beneficiation- metallurgy combination process; carbonate rare earth

TD955

A

徐世权(1965-)，男，高级工程师，长期从事选矿生产实践与研究工作。