我国钽铌资源的特征及选矿技术*

2013-10-31伍喜庆杨平伟

金属矿山 2013年7期

程征伍喜庆杨平伟

(中南大学资源加工与生物工程学院)

钽与铌性质相似，均属高熔点、高沸点(钽的熔点为2 996℃、沸点为5 425℃，铌的熔点为2 468℃，沸点为4 742℃)稀有金属，钢灰色泽，延展性和导热性好，抗腐蚀性强。目前钽铌金属、合金和化合物广泛应用于电子、钢铁、化工、冶金、原子能及航空航天工业，超导技术、现代战略武器、医疗器械领域也多有应用。20世纪60年代开始，我国陆续建设了新疆可可托海、江西宜春、广西栗木、内蒙古包头等钽铌矿选矿厂，至20世纪90年代，我国已形成从矿山、冶炼到合金加工、电容器和铌钢生产等完整的产、学、研体系［1-2］。

1 我国钽、铌资源的特点［3-10］

钽和铌广泛分布于各类岩石中，在地壳中的平均含量分别为2.5 g/t和20 g/t。钽铌矿床的特点是类型多、成矿复杂、分布稀少。钽铌矿床类型大致可分为内生矿床、区域变质矿床、外生矿床等3大类。目前我国开采利用的几乎都属内生矿床，内生矿床又分为以下3种类型:①伟晶岩矿床。由富含挥发组分和稀有金属的岩浆经过结晶分异作用、交代作用富集而成，这类矿床主要产在花岗岩类岩石中，目前我国的钽铌主要来自此类型矿床。②岩浆矿床。由岩浆中存在的矿质经结晶分异作用、熔离作用富集而成，这类矿床大多产在镁铁质和超镁铁质岩石中。③气化热液矿床。含矿的热气、热液在岩石中运动时，以充填作用、交代作用等方式沉淀出矿质并富集而成，此类型钽铌矿床的典型代表为内蒙古白云鄂博多金属矿。

从开发利用角度分析，我国钽铌资源有如下主要特点:

(1)单一矿床少，共伴生矿床多，综合利用价值大。例如白云鄂博铁－稀土－铌综合性矿床既是我国最大的铌资源储藏地，也是我国最重要的稀土供应地，其中共(伴)生的铌资源占全国铌储量的70%以上。由于白云鄂博铌矿物嵌布粒度细，分散程度高，目前对铁和稀土的回收较为有效，铌矿物的回收利用率则较低。可可托海矿区是国内著名的大型稀有金属花岗岩矿床，富含锂、铷、铯、铍、铌、钽等，目前，可可托海矿区主要产品有锂辉石、绿柱石、钽铌矿，此外还回收了云母和长石。福建南平大型花岗伟晶岩钽铌矿床，含氧化钽0.03%，并伴有锡矿物，非金属矿物主要是长石、石英、云母等，目前该选厂除获得钽铌精矿和锡精矿外还从尾矿中回收了占选矿厂原矿处理量50% ～55%的长石粉，矿产资源综合利用率达65%，基本上实现了资源的整体开发利用，社会效益、经济效益显著。江西宜春钽铌矿体属钠长石化、云英岩化、锂云母化花岗岩，该矿是中国目前钽、铌、锂的主要原料基地之一，主要产品有钽铌精矿、锂云母精矿以及长石粉。

(2)矿石品位低，钽铌矿物多与其他矿物密切共生。我国规定的钽铌矿床储量计算的最低工业品位指标为(Ta，Nb)2O5品位0.016%，明显低于国外主要的钽铌生产国。大部分钽铌矿床钽铌品位都接近或仅略高于最低工业品位，Ta2O5品位超过0.02%的几乎没有，Nb2O5品位超过0.1%的也仅有个别矿山。由于矿石钽铌品位低，选矿比势必会很高，使得多数钽铌选矿厂的选矿回收率介于40%到65%之间。我国一些大型、特大型钽铌矿品位及储量情况如表1所示。

(3)分布较为集中，有利于建设规模较大的采选冶联合企业。铌矿分布高度集中，内蒙古白云鄂博、扎鲁特旗巴尔哲和湖北竹山庙垭等3大矿区的铌资源约占全国铌储量的96%;钽矿主要分布在江西、内蒙古、广西、湖南、广东等5省区，宜春钽铌矿床、扎鲁特旗巴尔哲矿床和广东泰美钽铌矿床占我国探明钽资源的一半以上。

2 钽铌矿的选矿技术

钽铌矿物的密度多在4.5 t/m3以上，而我国钽铌矿床中的脉石矿物大多是以长石、石英、云母等为主的硅酸盐矿物，密度多在2～3 t/m3之间。根据矿物重力分选难易程度评价标准［11］可知，我国大多数钽铌矿石属易重选分离或极易重选分离矿石类型，采用重选工艺通常可获得较好的预富集效果。但是对于钽铌矿物嵌布粒度微细、以及综合回收矿物与脉石矿物密度相近或钽铌矿物与综合回收矿物密度相近的矿石来说，由于受分选粒度下限限制、分选密度相当等因素的影响，重选方法很难获得满意的富集效果。不同类型的矿石，钽铌矿选矿方法不同，大致可分为3种类型。

表1 我国大型、特大型钽铌矿基本情况［2］

(1)矿石中仅钽铌矿物密度较大且嵌布粒度较粗，其他有用矿物和脉石矿物密度均较小。此类矿石通常以重选获得钽铌粗精矿或直接获得合格钽铌精矿，重选尾矿再磨后采用重选或重选与磁选相结合工艺进行扫选作业，获得另一部分合格钽铌精矿，如宜春钽铌矿和新疆可可托海锂、铍、钽铌多金属矿等。

宜春钽铌矿主要有用矿物有富锰铌钽铁矿、细晶石、含钽锡石，其次为锂云母，脉石主要有石英和长石，其他少量矿物有磁铁矿、石榴石等。富锰铌钽铁矿和含钽锡石粒度一般为0.3～0.1 mm，细晶石粒度一般为0.2～0.08 mm。目前选矿厂包括洗矿破碎段、磨矿重选段、原生细泥段、次生细泥段、锂云母浮选段、长石重选回收段等6个部分。原矿经洗矿破碎后进入一段磨矿，磨矿产品经螺旋溜槽粗选、摇床精选得到粗粒级钽铌精矿;一段重选尾矿经螺旋分级机分级，返砂进入二段开路磨矿，磨矿产物经弱磁选脱铁后进入螺旋溜槽粗选、摇床精选得到细粒钽铌精矿;原生泥(0.2～0 mm)以旋转螺旋溜槽、摇床选别钽铌矿物;次生泥采用铺布溜槽回收钽铌矿物［7］。

新疆可可托海矿系花岗伟晶岩锂铍、钽铌、铷铯多金属矿床，主要钽铌矿物为锰钽矿、钽铌锰矿、细晶石;绿柱石和锂辉石为主要的铍矿物和锂矿物;石英和长石为主要脉石矿物。矿石经一段棒磨、旋转螺旋溜槽选矿得钽铌粗精矿，重选尾矿经二段球磨、旋转螺旋溜槽扫选得钽铌扫精矿，钽铌粗精矿与扫精矿合并后经弱磁选除铁，非磁性矿物摇床选矿得钽铌精矿1，摇床尾矿球磨机再磨、摇床再选，再选精矿经双盘磁选得铁屑和钽铌精矿2，摇床再选钽铌中矿(主要是钽铌矿物和石榴石)采用浮游重选得钽铌精矿和石榴石，弱磁选铁屑经酸浸、过滤，滤渣即为钽铌精矿。钽铌总精矿(Ta，Nb)2O5品位为55%左右，回收率为62%左右［8］。

(2)矿石中密度较大的矿物除了钽铌矿物，还有一种或几种有用矿物或脉石矿物。此类矿石多采用重选或重选与磁选相结合的工艺获得粗精矿，抛弃大量废石，然后依据粗精矿中各矿物的密度、比磁化系数、介电性、可浮性及水冶特性来富集钽铌，如福建南平钽铌－锡矿，广西栗木锡－钽铌－钨矿，广东泰美钽铌－锆石矿等。

福建南平钽铌－锡矿属大型钽铌花岗伟晶岩矿床，原矿钽铌品位高，含氧化钽0.03%，并伴生锡矿物，非金属矿物主要有白云母、绢云母、钠长石、钾长石，钽铌矿物嵌布粒度一般为0.3～0.08 mm。由于矿石中含有和钽铌矿物密度相近的锡石矿物，该选矿厂采用高效GL螺旋选矿机及螺旋溜槽获得以钽铌和锡石为主的混合精矿，混合精矿经弱磁选机抛出强磁性的铁矿物，再采用双盘干式强磁选机实现钽铌矿物与锡石的分离，强磁选尾矿经枱浮摇床—浮选工艺回收锡石。最终获得(Ta，Nb)2O5品位约为45%、回收率约为63%的钽铌精矿以及锡品位约为 60% 、回收率约为 52% 的锡石精矿［9，12］。

广西栗木矿床属锡－钽铌－钨多金属花岗岩矿床，锡矿物主要是锡石，黝锡矿和胶态锡少量;钽铌矿物主要是铌锰矿、锰钽矿、铌铁矿、细晶石;钨矿物主要是黑钨矿;脉石主要有石英、长石。锡石嵌布粒度一般为0.2～0 mm，钽铌矿物和黑钨矿一般在0.1～0.05 mm。该厂采用梯形跳汰—螺旋溜槽—摇床工艺获得锡钨钽铌混合粗精矿。由于黑钨矿物与钽铌矿同属弱磁性矿物，且密度接近，重选、磁选均无法有效分离，因此采用了选冶相结合的联合精选流程。锡钨钽铌混合粗精矿先以盐酸浸洗，水力旋流器脱泥后用弱磁选除铁，然后再用干式强磁选机分出弱磁性和非磁性矿物，弱磁性矿物(钽铌－钨混合精矿)送水冶厂分离钨和钽铌，非磁性矿物(锡石－硫化矿物混合精矿)经枱浮摇床脱除硫化矿后送火冶工段炼制精锡，锡渣((Ta，Nb)2O5品位为11%左右)也送水冶厂分离钨和钽铌［10］。

广东泰美钽铌矿床属花岗岩风化壳铌铁矿矿床，矿石中主要金属矿物有铌铁矿、细晶石、易解石、富铪锆石、钍石、磷钇矿;脉石矿物主要有石英、长石。铌铁矿嵌布粒度一般为0.1～0 mm。选矿工艺流程为0.5～0.3 mm粒级经摇床抛尾，摇床精矿与脱除细泥的－0.3 mm粒级的强磁选精矿合并，混合粗精矿摇床精选，摇床精矿经双盘强磁选机选别，得强磁精矿、强磁中矿、强磁尾矿。强磁精矿即为钽铌铁精矿，强磁中矿经枱浮摇床选出独居石后与强磁尾矿的摇床精矿合并返回混合粗精矿摇床精选作业，强磁尾矿的摇床中矿电选选出锆石。最终获得(Ta，Nb)2O5品位为60%，回收率为42.51%的钽铌铁精矿［10］。

(3)钽铌矿物嵌布粒度微细且含有大量其他高密度矿物。重选对此类矿石有一定的富集作用。对于嵌布粒度小于37 μm的钽铌矿，采用重选、磁选、电选等常规物理选矿方法很难高效分离富集钽铌精矿。目前，以选择性强的捕收剂和抑制剂为特征的浮选工艺，结合重选、磁选工艺可获得高质量的钽铌精矿。代表性的矿山有白云鄂博铁－稀土－铌多金属矿。

白云鄂博矿床铌资源储量十分可观，据统计，约占我国铌资源量的80%，该地区矿床属铁－稀土－铌多金属矿床，铌矿物共有18种，工业铌矿物为铌铁矿、烧绿石、铌钙矿、铌锰矿。矿石中的铌矿物具有含量低、嵌布粒度细、分散程度高、矿种繁杂、物理化学性质差异大等特点，此外，白云鄂博铌矿物与铁矿物和稀土矿物的密度、比磁化系数、介电性、可浮性差异较小，因此常规的重选、磁选、电选、浮选很难得到理想的选别指标。长沙矿冶研究院于1994年以浮选—磁选流程做了工业分流试验，先以氧化石蜡皂为捕收剂，水玻璃为抑制剂，通过1粗1精浮选萤石稀土，槽内产品浓缩后，采用氧化石蜡皂为捕收剂，氟硅酸铵为抑制剂，经1粗2精得到铁精矿，选铁尾矿加硫酸、羧甲基纤维素、水杨羟肟酸、C5－9羟肟酸和草酸，通过1粗3精得到浮选铌精矿，浮选铌精矿经强磁选得到含铁较高的次铌精矿和含铌较高的高铌精矿。在入选原料Nb2O5品位为0.187%，铁品位为27.30%，REO品位为4.80%的情况下，获得了Nb2O5品位为2.84%、铁品位为32.04%、铌回收率为26.43%的高铌精矿，Nb2O5品位为0.916%、铁品位为51.38%、铌回收率为14.77%的次铌磁精矿。包钢矿山研究院于1998年进行了中贫氧化矿选稀土尾矿回收铌的试验，通过SN药剂1粗3精浮选，获得了Nb2O5品位为4.90%、回收率为 28.25%的铌精矿［14-16］。

湖南某大型贫细杂钽铌花岗岩矿床，原矿Ta2O5品位为 0.013%、Nb2O5为 0.01%、WO3为0.029%，其中铌钽锰矿嵌布粒度细，为 0.08～0.005 mm。高玉德等［17］采用强磁选预抛尾，苯甲羟肟酸+WT2为组合捕收剂、硝酸铅活化铌钽锰矿及黑钨矿、改性水玻璃抑制脉石矿物回收细粒级钽铌矿物，弱磁选除铁，浮选脱硫，重选除磷铁锰矿，最终获得了Ta2O5品位为13.53%、回收率为61.93%的钽铌精矿。

江西某大型钽铌－钨矿床属于高钽的钽铌钨花岗岩矿床。矿石Ta2O5含量为0.0144%、Nb2O5为0.01%、WO3为0.15%;主要有用矿物为钽铌铁矿、细晶石、钽易解石、黑钨矿、白钨矿;约90%的钽矿物嵌布粒度为50～0 μm，90%以上的钨矿物嵌布粒度为30～0 μm。邹霓等［18］采用 NB+NF为组合捕收剂，硝酸铅为活化剂，经1粗2精1扫、中矿顺序返回的闭路流程富集钽铌钨，浮选混合精矿经摇床重选—弱磁选脱铁，最终获得 Ta2O5品位为3.74%、回收率为57.86%，WO3品位为38.35%、回收率为61.13%的钽铌钨精矿。