1、有色金属（选矿部分）年第期 ：收稿日期：基金项目：国家自然科学基金资助项目（）；中国核工业集团有限公司青年英才计划项目（）作者简介：李春风（），男，河北邯郸人，博士生，高级工程师，主要从事矿物学、矿物加工研究。通信作者：刘志超（），男，山东栖霞人，硕士，正高级工程师，主要从事放射性共伴生多金属矿选矿研究。某稀有稀土多金属矿的预先抛尾工艺研究李春风，刘志超，张新，马嘉，李广，田宇晖，强录德（核工业北京化工冶金研究院，北京 ；中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 ；东北大学 资源与土木工程学院，沈阳 ）摘要：内蒙古某稀有稀土多金属矿有用元素品位低、矿物组成极为复杂且嵌布粒度细小，导致现有选
2、矿工艺中矿物解离成本高。为了减少进入细磨流程的矿石量，开展了粗粒预先抛尾工艺研究。通过重液浮沉试验，获得了原矿预先抛尾的理论分选指标。在系统的条件试验基础上，研发了原矿“重介质旋流器分选摇床重选”的粗粒抛尾工艺，即矿石破碎至 后进行粒度分级，、两个粒级的矿石分别利用重介质旋流器、摇床预先抛尾，抛尾粗精矿与 粒级的矿石合并为精矿产品。结果表明，该工艺可以实现入磨前抛弃 的尾矿，获得 、回收率分别为 、和 的精矿，显著减少了需要细磨的矿石量，有助于节省磨矿成本，提升矿床开发经济效益。关键词：稀有稀土多金属矿；重介质分选；摇床分选；预先抛尾中图分类号：；文献标志码：文章编号：（），（.，；.，（），
3、；.，）：，（），：；年第期李春风等：某稀有稀土多金属矿的预先抛尾工艺研究内蒙古某碱性花岗岩型 矿床是一座超大型的稀有稀土多金属矿，该矿床资源储量巨大、综合利用价值高。矿石中有用元素品位低、矿物组成极为复杂且嵌布粒度细小，矿石直接水冶不具有经济性。目前先后有多个研究团队针对该矿床开展了大量的选矿工艺研究，无论是采用何种技术方案，均需要将原矿碎磨至 占 以上，甚至浮选前需要磨至 占 以上。由于原矿全部入磨，导致矿石磨矿成本较高，并且在细磨过程中导致部分有价金属泥化，影响回收率。因此，如何降低磨矿量对于该矿床的经济利用尤为重要。预选抛尾工艺是在矿石细磨之前抛弃粗粒尾矿的技术，一般可以利用有用矿物（
4、集合体）、脉石矿物之间的物理性质差异实现预先抛尾。该工艺可以在细磨流程前去除大量废石，缓解矿物过磨泥化、矿物罩盖对后续选别作业的不利影响，同时还可以提高入选矿石品位，减少进入细磨流程的矿石量，大幅度地降低 选 别成本。重 介质旋流器 选矿，作为一种绿色、环保、高效的粗粒预选工艺，可以在粗粒条件下剔除无需选别的围岩与废石，进而有效提高矿产开发综合经济效益。重介质旋流器选矿 技 术 在 我 国 煤 矿 选 别 领 域 已 有 成 熟 的 应用，随着矿产资源的大量开发利用，矿石日益贫化以及环保要求的提高，重介质选矿技术在有色金属矿选矿和非金属矿选矿中的应用 逐渐增多。目前世界上已被用于分选钻石矿、铜
5、矿、锰矿、铁矿等，也 被 用 于 锂 辉 石、钨 矿、铅 锌 矿、磷矿、萤石矿 等矿产的开发工艺中，显示出了良好的经济效益。针对内蒙古某稀有稀土矿的矿石特点和现有工艺存在的问题，本文首先通过重液分选试验考察该矿石预先抛尾的理论指标；在重液分选结果的基础上，通过系统的重介质旋流器抛尾试验和摇床重选试验，探索原矿预先抛尾工艺的具体流程和实际分选指标，以期为该矿床和同类矿产资源的开发提供技术支撑。原料、设备与研究方法 试验原料试验所用矿石取自内蒙古某稀有稀土多金属矿床，矿石中主要有价元素为 、，矿石主要化学成分分析结果见表，矿物组成及含量结果见表。表矿石主要化学成分分析结果 成分 ）含量 成分 ）烧
6、失量含量 注：）单位为表矿石主要矿物组成及含量 矿物类型含量密度（）矿物类型含量密度（）兴安石 金红石 独居石 石英 氟碳铈矿 钠长石 铌铁矿 钾长石 锆石 钠铁闪石 易解石 黑云母 褐帘石 方解石 钛铁矿 绿泥石 赤铁矿 烧绿石 钍石 榍石 矿石中主要的有用矿物为兴安石、氟碳铈矿、独居石、锆 石、锌 日 光 榴 石、铌 铁 矿 等，密 度 均 高 于 ，介于；主要的脉石矿物为石英、钠长石、钾长石、钠铁闪石等，密度主要集中于 。因此，在合适的解离度情况下，有望通过重选工艺实现有用矿物的预先富集。试验前将矿石 分别 破 碎 至 、时的粒级分布情况见表。有色金属（选矿部分）年第期表原矿破碎至不同粒
7、度时的粒级分布情况 粒级破碎粒度 合计 试验药剂、仪器试验 所 用 重 液 由 四 溴 乙 烷（，纯 度）、无水乙醇（上海麦克林生化科技有限公司，纯度 ）两种试剂组成；重介质旋流器分选试验所用加重质为超细硅铁粉（安阳新创冶金材料有限公司，），试验用水均为自来水。试验设备：重介质旋流器（，锥角 ）、卧式渣浆泵（）、摇 床（）、颚式破碎机（）、对辊破碎机（）、振动筛分机（）、鼓风干燥箱（）、分析天平（）、电子液体密度计（）、磁力加热搅拌器（）、振动研磨机（）。研究方法矿石经破碎筛分后，首先通过重液分选试验考察预先抛尾的可行性，确定矿石破碎的粒度上限，得到粗粒抛尾的理论指标；然后根据重液分选试验的结
8、果，采用“重介质旋流器摇床”分选工艺，进行了系统的条件试验，提出预先抛尾工艺的工艺参数和指标。矿石破碎筛分：原矿通过颚式破碎机 破 碎至 后，取等份分别利用对辊破碎机破碎至 、，破碎后的矿石烘干混匀备用。重液分选：将四溴乙烷、无水乙醇混合并通过电子液体密度计测量得到特定密度的重液，取 破碎后的矿石筛去 细粒级组分，加入 的重液中。充分搅拌后静置 ，待轻、重矿物充分分离，用筛网分离出漂浮的轻矿物；轻矿物和重矿物分别用乙醇清洗干净，在恒温干燥箱中于 下烘干。重介质旋流器分选：将 粗粒矿石加入重悬浮液（硅铁粉和水的混合物）中，经卧式渣浆泵加压给入重介质旋流器中，待运转平稳后，分别从底流口和溢流口收集
9、矿浆，经过筛分脱除重介质，得到重产品和轻产品，试验简易流程见图。图重介质旋流器分选试验简易流程 摇床分选：矿石经给矿段均匀添加，分别收集精矿和尾矿，采用“一次粗选、一次扫选”的流程，中矿产品并入精矿，最终得到重选精矿、尾矿。选矿产品烘干、称重、混匀并研磨至 ，借助荧光光谱分析其中有用元素含量，得到精矿和尾矿中元素品位，再通过式（）计算出元素的回收率。（）式中，回收率，；原矿品位，；精矿品位，；精矿产率，。结果与讨论 重液分选试验重液分选试验作为考察矿石重选理论指标的有效手段，是评价矿石重力分选效果和可选性的重要方法。为了考察原矿的理论分选效果，开展了粗粒原矿在不同密度的重液中的浮沉分选试验。重
10、液密度对分选效果的影响试验矿石的重选效果主要受重液密度和矿物粒度两方面的影响，为了选择合适的分选重液密度，将原矿破碎至 后筛取 的矿石开展重液分选密度条件试验。由于原矿中主要矿石矿物的密度在以上，为保证精矿中有价元素的回收率，分别考察了重液密度为 、时的矿石分选效果，试验结果见图。年第期李春风等：某稀有稀土多金属矿的预先抛尾工艺研究图重液密度对矿石分选的影响 由图可知，随着重液密度的增大，精矿产品中 、的品位呈逐渐升高的趋势，表明贫连生体和脉石矿物进入精矿比例降低，但是回收率逐渐降低，为了兼顾精矿的品位和回收率，选择重液密度为 。矿石粒级对分选效果的影响矿石粒度越细小、矿物单体解离程度越高越有
11、利于重选抛尾，但是也会提高矿石碎磨成本。在保证重选回收率的前提下，考察合适的矿石破碎粒级，在重液密度 的条件下，考察了不同粒度矿石的分选效果，试验结果见图。图矿石粒级对重液分选的影响 由图可知，不同粒级的矿石在密度为 的重液分选时，随着矿石粒级变大，精矿中 、的回收率略有增大的趋势，但是有用元素的品 位 逐 渐 降 低，综 合 考 虑，选 取 矿 石 破 碎 至 的粒度分选较为合理，此时尾矿产率 ，尾 矿 中 、的 损 失 率 为 、。根据上述实验室重液分选试验结果，该矿石破碎至 后，在进一步细磨前即可实现粗粒预先抛尾。由于重液分选仅用于实验室理论研究而不适合工业应用，为探索 粒级矿石粗粒抛尾
12、适用的设备和工艺条件，开展了“重介质旋流器摇床”组合分选试验，考察了该矿石粗粒抛尾的效果。由于重介质旋流器适用于 以上的矿石分选，而摇床对于 以下的矿石也有较高的分选精度，分别将 粒级矿石筛分为 、两部分开展重介质旋流器分选和摇床分选试验。矿石不经分选直接并入抛尾后的精矿中。重介质旋流器分选试验 重悬浮液密度对分选效果的影响在重介质旋流器分选过程中，矿石连同重悬浮液一起沿切线方向给入旋流器内，在高速回转运动时旋流器内的重悬浮液有向周边浓集的趋向，其实际分离密度比给入的重悬浮液密度大。矿粒在重介旋流器内受上升、下降液流的作用按密度进行分离。为确定合适的重悬浮液密度，考察了不同重悬浮液密度对分选效
13、果的影响。试验所用重介质旋流器的角锥比为 ，在给矿压力为 （表压，下同）的条件下，开展重悬浮液密度条件试验，试验结果见图。图不同重悬浮液密度条件下的重介质旋流器分选结果 有色金属（选矿部分）年第期由图可知，随着重介质密度的增大，精矿产率逐渐降低、精矿品位大体上逐渐升高，回收率略有降低，但 在 重 介 质 密 度 增 大 至 时，回收率下 降 明 显，综 合 考 虑，选 取 重 介 质 密 度 为 。角锥比对分选效果的影响重介质旋流器的角锥比是指底流口直径和溢流口直径之比，角锥比是影响轻重产品的分配比例、分选效果的重要参数之一。为选择合适的角锥比，通过调整底流口直径大小，考察了不同角锥比对分选效
14、果的影响。在给矿压力 、重悬浮液密度 的条件下，开展了角锥比条件试验，试验结果见图。图不同角锥比条件下的重介质旋流器分选试验结果 由图可知，随着角锥比的增大，精矿产率逐渐增大，同时精矿中有用元素品位逐渐降低，但是精矿回收率提高不明显。兼顾回收率和抛尾量，选取角锥比为 ，此时精矿产率为 ，精矿中 、回 收 率 分 别 为 、。给矿压力对分选效果的影响旋流器的给矿压力与分选效果、处理能力等有密切的关系，给矿压力升高在一定程度上可以提高分选效果，但是给矿压力过高时也会造成旋流器内的密度梯度不均匀，降低分选效果。为确定合适的给矿压力，考察了不同给矿压力对分选效果的影响。在旋流器角锥比 、重悬浮液密度
15、的条件下，开展了不同给矿压力条件下的重介质旋流器分选试验，结果见图。图不同给矿压力条件下的重介质旋流器分选结果 由图可知，随着给矿压力的增大，精矿产率逐渐减少，同时精矿中有用元素品位逐渐升高，反映随给矿压力的升高，重悬浮液浓集、实际分离密度增大，但是精矿回收率逐渐降低。综合对比选取给矿压力为 ，此时精矿产率 ，、的 回 收 率 、和 。摇床重选试验针对不能通过旋流器分选的粗粒原矿（粒级），开展了摇床重选抛尾试验。试验分别考察了不同粒度分级方案的摇床重选效果。入选矿石粒度是影响摇床重选效果的重要因素，矿石粒度分布越集中，摇床重选效果越好，但势必会增加流程的复杂性和经济成本。为确定合 适的 粒 度
16、分 级 方 案，在 给 矿 浓 度 为 、摇床冲次为 次 、冲程 的条件下，分别考察了矿石分为 和 两种粒级、不分级直接重选的效果。试验结果见表。由表可知，粒级矿石分级后摇床重选，精矿的产率略高于直接摇床重选的指标，但 、的回收率均相对较高，为确保有用元素的回收率，确定采用分级重选。年第期李春风等：某稀有稀土多金属矿的预先抛尾工艺研究表 矿石分级重选和直接重选试验结果 工艺产品名称产率品位回收率 分级重选 精矿 尾矿 给矿 精矿 尾矿 给矿 总精矿 总尾矿 总给矿 直接重选摇床精矿 摇床尾矿 给矿 预先抛尾组合试验重介质旋流器分选和摇床重选两种工艺在不同粒级矿石的预先抛尾中显示了良好的抛尾效果。为考察两种工艺组合抛尾的效果，获得预先抛尾效果的综合指标，选取破碎至 的矿石，在两种工艺的最佳条件下开展了预先抛尾组合试验，试验流程见图，试验结果见表。由表可知，在组合抛尾试验中，两种工艺的分选指标比较稳定，粗精矿产率为 ，综合抛尾产率为 ，主要有用元素的损失率为，采用“重介质旋流器分选摇床重选”工艺，可实现该矿石有效的预先抛尾。该矿石通过预先抛尾组合工艺，可以在细磨前抛弃 以上的尾矿，显著降低