复杂稀有金属伴生矿分离提取工艺

　　1前言。

　　稀有金属是新能源、新材料、航空航天、信息、生物、军工等尖端科技领域和国防建设的重要基础材料。随着工业化进程的加快，资源的消耗越来越大，优质稀有金属资源日益枯竭，低品位、难处理的复杂稀有金属伴生矿资源的开发利用已被迫切提上研究日程。

　　中国是世界上稀土资源最丰富的国家，其分布也非常广泛，共有22省（区）有探明稀土资源[1],但主要集中在内蒙古、新疆、山西、云南、湖北、湖南、广东、广西等地。这些矿石中往往伴生了大量铌、钽等稀有金属，具有重要的综合利用价值。其中北方矿床中最典型的是白云鄂博稀土、铌、铁共生矿，该矿床是世界最大的稀土、铌、铁共生矿床，其中稀土资源基础储量占全国工业储量的83%[2].其次是内蒙古扎鲁特旗巴尔哲碱性花岗岩型稀土-锆-铍-铌-钽矿床，探明的稀土、铌、钽、铍也均达超大型矿床规模[3].而南方矿床中最具代表性的是湖北竹山庙垭特大型稀土铌矿，主要铌矿物为铌铁矿、铌金红石，累计探明储量为铌（Nb2O5）92.95万t,轻稀土氧化物121.5万t[4].我国主要复杂稀有金属伴生矿床及其主要成分见附表[1-8].附表中所列出矿床的特征为储量大、伴生有价元素种类多，具有重要的开发利用价值，是重点研究开发对象。

　　2复杂稀有金属伴生矿分离提取工艺。

　　长期的氧化、风蚀作用导致复杂稀有金属伴生矿床具有物质成分复杂，矿石嵌布粒度细等特点。由于矿石中稀土、铌、钽、锆、铁等有价元素含量低，铝、硅、磷、钙等脉石成分含量高，从而使得单体解离困难，分离提取难度大。国内外学者围绕复杂稀有金属伴生矿分离提取进行了大量研究，主要方法可分为选矿法、焙烧法和浸出法三类。

　　2.1选矿法。

　　广州有色金属研究院采用磁-浮-重联合工艺流程对内蒙古扎鲁特旗巴尔哲稀有金属矿进行选矿试验研究，在原矿REO含量为0.8%、Nb2O5含量为0.354%条件下，扩大试验获得REO含量20.79%的稀土精矿以及Nb2O5含量2.25%的铌精矿，回收率分别为44.02%和39.81%.采用此方法处理低品位微细粒稀土、铌、钽伴生稀有金属矿成本低，适用性强，但是由于原矿入选品位低、各种矿物嵌布关系复杂，该工艺获得的稀土和铌回收率较低，且稀土精矿和铌精矿品位低，未能达到各自冶炼的标准，还需进一步加工处理[9].

　　包钢选矿厂采用弱磁-强磁-浮选工艺流程来处理白云鄂博氧化矿石（TFe约35%、REO约5.5%、Nb2O5约0.12%）。原矿首先破碎磨矿至<0.074mm矿粒含量占90%~92%,然后采用弱磁选将磁铁矿选出，尾矿再进行强磁粗选，赤铁矿和大部分稀土矿物进入粗精矿中；粗精矿经一次强磁精选得到的铁精矿和弱磁精选得到的铁精矿合并进行反浮选，得到铁品位高于61%的铁精矿。强磁中矿（精选尾矿）REO含量为9%~12%,经一次粗选、一次扫选、二次精选得到REO含量为50%~60%的混合稀土精矿，稀土回收率为12.55%;得到的稀土次精矿REO含量为34.49%,回收率为6.01%,稀土总回收率为18.56%;该流程实现了铁和稀土的综合回收，但是稀土回收率较低[2].

　　围绕稀土选矿尾矿中铌的回收，国内学者也展开了广泛研究。包头钢铁（集团）公司与长沙矿冶研究院[10]以TFe含量27.56%、Nb2O5含量0.187%、REO含量4.15%的选稀土后的尾矿为原料，采用浮选-磁选工艺流程，经过一次粗选和三次精选得到Nb2O5含量1.67%,回收率40.14%的浮选铌精矿。

　　浮选铌精矿采用强磁选进一步分离铁铌，非磁性产品为铌精矿，产率为1.72%,Nb2O5含量2.84%,TFe含量32.04%,Nb2O5回收率为26.42%;磁性产品 为 次 铌 精 矿，其 产 率 为2.99%,TFe含 量51.38%,Nb2O5含量为0.92%,Nb2O5的回收率为14.77%.李英霞[11]对TFe含量10.82%、REO含量8.50%、Nb2O5含量0.125%的包钢强磁尾矿进行稀土、铌浮选试验研究。在pH值为9.5的条件下，采用水玻璃为抑制剂、S1和H205为组合捕收剂浮选出稀土精矿，其REO含量36.70%,回收率为57.34%;浮选稀土尾矿再采用浮选-磁选-重选联合工艺流程进行处理，最终得到铌精矿1和铌精矿2,两者Nb2O5含量分别为1.66%和0.59%,铌总回收率为35.58%.上述两种工艺处理包钢尾矿获得的铌精矿品位较低，后续冶金处理难度大。姬俊梅[12]以Nb2O5含量0.21%、TFe含量26.48%的稀土浮选尾矿为原料，采用反浮选-浮铌-浮铁工艺流程获得Nb2O5含量4.90%、回收率为28.25%的铌精矿，以及铁品位59.68%、回收率为42.05%的铁精矿。相对于前两种工艺，该工艺获得的铌精矿品位较高。

　　2.2火法冶金法。

　　由于复杂稀有金属伴生矿品位低，单体解离难度大，采用选矿法进行处理，稀土和铌的回收率较低，且获得的稀土精矿和铌精矿品位低，故大多需要进行后续冶金处理才能得到具有商业价值的产品。在此背景条件下，学者们对低品位稀土-铌粗精矿的火法冶金工艺进行了深入研究。

　　2.2.1熔炼法。

　　长沙矿冶研究院[13,14]以白云鄂博2号矿选矿得到的中品位铌精矿（7.28%Nb2O5、40.4%TFe）为原料，提出了含碳冷固结球团二步冶炼铌铁工艺。该工艺首先将铌精矿与焦粉、粘结剂及石灰混匀、造球，在碱度0.8,焦比12%、熔炼温度1 480℃、熔炼时间80min的条件下进行冶炼，得到铌磷半钢和富铌渣，富铌渣中Nb2O5含量高于15%,铌回收率达98.5%.富铌渣进行二次电炉冶炼得到铌铁合金和稀土富集渣，稀土富集渣可作为冶炼稀土及氯化稀土等产品的原料。该工艺从包头白云鄂博中品位铌精矿冶炼中级铌铁，脱磷效果好，铌回收率高。