钽铌选矿理论与实践

    一、钽、铌及其应用     （一）钽和铌     钽，稀有金属，在元素周期表中位于第6周期第5类副族，元素符号Ta，原子序数73，原子量180.95电子结构为2，8，18，32，11，2在化学反应中容易失去最外层2个电子和次外层3个电子，次外层剩下8个电子而成为一种比较稳定的电子层结构，故通常显正5价。钽金属密度16600kg/m3，熔点3000℃。     铌，稀有金属，在元素周期表中位于第5周期第5类副族，元素符号23，原子序数41，原子量92.91电子结构为!，2，8，18，11，2在化学反应中也容易失去最外层2个电子和次外层3个电子，次外层剩下8个电子而成为一种比较稳定的电子层结构，故通常也显＋5价。铌金属密度8600kg/m³，熔点2415℃。钽、铌同族，电子结构相似，物理化学性质接近，在自然界中总是共生。     （二）钽、铌的用途     钽的主要用途是作电容器。钽电容器具有容量高、体积小、稳定性强、寿命长等优点，在电子工业、航空工业中得到广泛的应用，特别是大量地用于雷达、导弹、超音速飞机、电子计算机和移动电话的电子线路中。     除此以外，因为钽具有良好的导热性，化学工业中常用钽作加热器、热交换器、浓缩器、冷凝器或反应器中的各种槽、塔、管道、阀门等。又因为钽耐腐蚀，对人体无刺激，医疗方面可用钽板、钽片修补骨头，用钽条接骨，用钽丝缝血管和神经。将微量钽粉喷入某些肿瘤病灶处，还可以用来进行x射线检查，以观察病情的变化。     铌因为熔点高而密度比钽小一倍，在宇宙航行和航空工业中用途更广泛，如用作火箭推进器的姿态控制发动机部件，用作飞机燃气涡轮的叶片、燃烧室和火焰稳定器等。在碳钢、不锈钢及合金钢中用铌作添加剂，可大大提高钢的强度和耐腐蚀性。     钽和铌的碳化物还用作超硬的切削工具，不仅耐热抗震，而且摩擦系数小。     （二）钽铌矿     在成矿地质作用中，钽、铌呈浸染状产出，大多赋存于花岗岩或伟晶花岗岩中。有的相对于围岩而言富集成钽铌矿脉，有的则不均匀地分散于整个矿体中。主要钽铌矿物是钽铁矿和铌铁矿。此外还有含钽锡石，细晶石，钽铌锰矿，黄钇钽矿等。钽铌矿性脆易碎，嵌布粒度一般比较细。钽铌矿矿石中的钽铌金属氧化物含量即原矿品位高低不等，高者如巴西阿拉克萨（Aaxa） 铌选矿厂，原矿品位为2.5%～3.0%，加拿大伯尼克湖（Bemic Lake）钽选矿厂，原矿品位为0.13%；低者如广东派潭(矿砂) 选矿厂，原矿品位仅有0.0083%，大多数钽铌矿的原矿品位在万分之几，如福建南平矿为0.06%，江西宜春矿为0.027。新疆可可托海矿为0.025%，广西栗木矿为0.02%，多数钽铌选矿厂的选矿回收率介于40%到65%之间。     二 、钽铌选矿理论与实践     （一）选矿方法      1、确定选矿方法的原则和依据     确定选矿方法的原则，一是采用该选矿方法时矿石的可选性，二是采用该选矿方法的经济性。换言之，原则上必须采用可选性好而又能获得最大经济效益的选矿方法。选矿方法多种多样，其中最常用的三大主要选矿方法是重力选矿、浮游选矿和电磁选矿。因为重选一般比较简单，成本往往低于其他选矿方法，所以在确定选矿方法时，只要矿石的重选可选性好，总是首先考虑重选方案。当矿石的重选可选性差，即采用重选很难获得理想的选别指标时，才会不得已而求其次，考虑采用其他选矿方法。     确定选矿方法的依据主要是原矿性质，其中包括矿石中各种矿物的密度，硬度，有用矿物的嵌布粒度和赋存状态，各种矿物的表面物理化学性质和电磁性，矿物组成的复杂程度等。同类型矿山的选矿实践经验，业内同行对钽铌选矿的研究结果，无疑也可资借鉴。      2、选矿方法的确定     通常根据公式e=（δ2－△）/（δ1－△） 的计算值，按下表判定矿石的重选难易程度。 表1  按比重分选矿物的难易度

     钽铌矿物的密度通常在5500kg/m3 以上，而脉石矿物的密度一般为2700kg/m3，按比重分选矿物的难易度e值大于2.5，因此很容易用重选方法分选钽铌矿。重选法是确定钽铌选矿方法的首选方法。     对于用重力选矿方法难于有效选别回收的钽铌矿，如矿物组成特别复杂的钽铌矿，嵌布粒度特别细的钽铌矿，钽铌矿细泥，可考虑在重力选矿方法的基础上，适当运用浮选、电磁选和水冶方法加以补充。     （二）选矿流程      1、破碎     早期的破碎流程设计，往往根据原矿最大块度和较粗的最终碎矿产品粒度来确定所需的破碎段数，根据选矿厂的规模来对破碎设备进行选型。后来选矿工作者发现磨矿费用比碎矿费用高得多，而降低最终碎矿产品粒度有利于改善磨矿效果和降低碎磨总成本，因此在设计破碎流程时开始把碎矿和磨矿联系起来作为一个整体加以考虑，根据最适宜的磨矿机给矿粒度来确定合适的最终碎矿产品粒度，从而使破碎流程设计朝着缩小最终碎矿产品粒度的方向发展，习惯上叫做“多碎少磨”。在这方面，前苏联的选矿工作者做了大量工作，其成果见下表。 

    宜春钽铌矿选矿厂设计采用三段开路破碎硫程，一段采用φ900×1200颚式破碎机，二段采用φ1750标准圆锥破碎机，三段采用φ2200短头圆锥破碎机，最终碎矿产品粒度－25mm达95％以上。因为钽铌矿物嵌布粒度细而又性脆易碎，所以多碎少磨尤其重要。如果按照前苏联选矿工作者的研究成果来判断，宜春钽铌矿选矿厂作为一个中等规模的选矿厂（1500t/d），合适的最终碎矿产品粒度应小于10mm。不管这个结论是否完全正确，宜春钽铌矿选矿厂现有的最终碎矿产品粒度过粗则毫无疑问。结果一段磨矿的磨矿比高达50，不仅使碎磨总成本过高，而且导致磨矿效果差，磨矿产物粒度既粗而又显示泥化。      2、磨矿     磨矿流程必须满足下述条件：     （1）选矿厂生产能力的需要。     （2）将矿石磨至规定细度的需要。当有用矿物的嵌布粒度较粗时，一次磨矿就能将矿石磨至规定的细度，使有用矿物基本解离完全，这时设计宜采用一段磨矿流程。当有用矿物的嵌布粒度较细时，一次磨矿难于将矿石磨至所需要的细度，就必须设计两段或多段磨矿流程。     （3）阶段磨矿、阶段分级选别的需要。如果有用矿物的嵌布粒度范围较宽，即使一次磨矿能达到所需要的细度，使有用矿物基本解离完全，但先解离的粗粒有用矿物则很容易被磨到过粉碎，难以回收。为了减轻有用矿物的过粉碎现象，减少有用金属流失，可考虑采用阶段磨矿、阶段选别流程，即一段磨矿首先将矿石磨至某一细度（较粗），使粗粒有用矿物率先解离出来，接着进行选别回收。选别后的尾矿进入第二段磨矿机再磨至所需要的细度，使有用矿物基本解离完全，然后再一次进行选别回收。     两段磨矿流程，不论第一段磨矿机是否闭路，第二段磨矿机必须闭路工作，否则磨矿机将不可能有效地加以利用。同时在磨矿流程中，只要磨矿机给矿中的合格粒级含量大于15％0，就应当设置预先分级作业。另外最好推广应用胡基教授首创的两段分级工艺，以利于提高磨矿机的生产能力和选矿回收率。宜春钽铌矿选矿厂设计采用φ2100×30阶段磨矿、阶段选别流程。一段磨矿采用湿式溢流型棒磨机，将矿石磨至－0.5mm，然后用高频细筛闭路，65%～70%的筛上产物返回棒磨机再磨，＋0.5mm的筛下产物进入－0.5mm高堰式单螺旋分级机分成FG－15φ1500两个级别，0.5－0.2mm的返砂作为第一段磨矿产物在第一段入选。一段磨矿产物入选后得到的钽铌精矿虽然粗一些，但其粒度完全在细精矿的粒级范围内，0.5－0.2mm级别的粒级回收率几乎为零。因此很难说该流程的合理性没有问题。当时设计是根据“矿石破碎到0.4mm时开始有单体”这一试验结论来定的，但“开始有单体”不是一个定量的概念，用作设计依据未免欠妥。第一段选别后的尾矿再进第二段磨矿。二段磨矿机采用φ2100×2200湿式格子型球磨机，将矿石磨至－0.2mm占85%以上，但因为二段磨矿机开路工作，实际磨矿粒度只能达到65%左右，与设计指标相去甚远，致使大量有用矿物未能单体分离，满足不了选别工艺的要求。同时二段磨矿机给矿中的合格粒级含量高达22.7%，也没有设置预先分级作业。      3、分级选别     在设计分级选别流程时应当明确选矿的基本要求。首先，任何选别设备都有一个合适的入选物粒料度范围，宽窄各不相同。因此物料在入选前必须先进行分级，以适应选别设备的性能，才能满足生产的需要。入选物料粒级的划分与其性质及设备的性能有关。比如对于钨、锡等矿石的选矿而言，用重力选矿方法回收，入选物料通常分为粗粒级（2～0.5mm）细粒级（0.5－0.074mm）和细泥（－0.074mm）这三个粒级分别处理。那么这种划分是否也适用于钽铌矿?如前所述，宜春钽铌矿一段磨矿产物中的0.5－0.2mm级别入选后回收得到的钽铌精矿几乎全是－0.2mm的钽铌精矿，＋0.2mm粒级回收率几乎为零。这显然并非＋0.2mm的钽铌矿物单体用重选设备收不到，而是因为＋0.2mm粒级物料中根本没有钽铌矿物单体，或者说钽铌矿物事实上尚未单体分离。因此#,（0.5－0.2mm）粒级还不是合格的入选物料，没有必要设置（0.5－0.2mm）这一选别段。就宜春钽铌矿选矿而言，所有入选物料均应磨至－0.2mm。其次－0.2mm的合格物料入选时是否还需要再分级?对于钨、锡等有色金属而言，在总结选矿试验和生产实践经验的基础上，选矿工作者认为重选回收粒度下限是0.038mm，而以0.074mm作为矿砂和矿泥的分界线，无疑是正确的。那么钽铌矿的重选回收粒度下限是否也是0.038mm？且看下表数据。 

    宜春钽铌矿的选矿回收率只达到48%，而磨重粗粒级（0.5－0.2mm）中的－0.038mm粒级回收率为44.93%，细粒级（0.2－0.038mm）中的－0.038mm粒级回收率为46.06%，都不比48%低多少。因此－0.038mm显然不是钽铌矿的重选回收粒度下限。二者之所以不同，是因为钨矿的原矿品位高（0.3%），钨矿物的嵌布粒度粗，远在矿石破碎磨细0.038mm之前，钨矿物早已解离完全并得到选别回收。－0.074mm粒级中的有用矿物极少，再加上单独处理，自然难于回收，因此把0.038mm定为重选回收粒度下限不仅是合理的，也是符合实际的。而钽铌矿的原矿品位低得多，钽铌矿物的嵌布粒度细得多，当矿石破碎磨细至－0.1时单体才达到95%，不仅－0.074mm粒级中有大量钽铌矿物单体，就是－0.038mm粒级中也还有相当多的钽铌矿物单体，在不分级的情况下，二者都可以用重力选矿方法加以回收。故0.038mm不是钽铌矿的重选回收粒度下限。这一点已为宜春钽铌矿的试验和生产实践所证明。钽铌矿的重选回收粒度下限究竟是多少，目前尚不得而知，迄今也还没有人对此进行研究和探索，但肯定比0.038mm低得多，因此矿砂和矿泥不仅仅是一个粒度概念。单从粒度观点看，把－0.074mm算作细泥也许仍然没有错，但如果同时考虑到重选的回收粒度下限，这样划分就不一定合适。如果－0.2mm还要再分级，那实际上就是脱泥问题了，钨矿的重选回收粒度下限是0.038mm，把0.074mm粒级分离出来作为细泥单独处理是对的。钽铌矿的重选回收粒度下限不是0.038mm，把－0.038mm粒级分离出来作为细泥单独处理显然不合理。事实上把－0.038mm粒级分出单独处理，其回收率将显著下降。例如在磨重车间－0.038mm粒级回收率达到45%而－0.038mm分出后在细泥单独处理，其回收率还不到10%。这是因为在重力选矿过程中有一种特殊的现象——析离分层作用，细粒重矿物可以钻过粗矿粒的间隙而到达床层底部，从而在粗重矿粒的夹带下向前运动，直至从精矿端排出。而将－0.038mm分出单独处理，析离分层作用不复存在，细粒重矿物很难沉降到床层底部，失去了粗重矿粒的夹带“保护”，细粒重矿物再也不可能从给矿端沿着床面运动到精矿端，中途就会被横向水流冲走而流失，故难于回收。因此入选矿物分级固然重要，但必须合理，分级过细反而有害。考虑到钽铌矿的重选回收粒度下限尚不清楚，矿砂矿泥难于界定，加之分级越细，难度越大，与其增加过多的投入用于脱泥，不如不脱泥入选。     三、改造宜春钽铌矿选矿流程的方向     1978～1981年的生产攻关试验和1982～1984年的技术改造，解决了选矿厂主流程的粗选设备问题(用螺旋溜槽取代组合溜槽)、原矿脱泥问题(采用振动给矿筛洗机)、粗碎设备与原矿块度不匹配的问题（用φ900×1200颚式破碎机取代φ600×900颚式破碎机），实现了流程畅通和生产正常化。但最终碎矿产品粒度过粗和二段磨矿产物粒度过粗以及分级选别流程不合理的问题依然存在，亟需改进。     （一）把最终碎矿产品粒度由－25mm降为－10mm利用现有三段开路破碎流程，不可能将最终碎矿产品粒度由－25mm降为－10mm。缩小最终碎矿产品粒度的办法有：      1、更换破碎设备，代之以国外先进的反击式破碎机（有资料介绍，国外生产的反击式破碎机，一次破碎就能将矿石破碎到－5mm）。      2、改三段开路破碎流程为三段闭路流程。     以上办法都必须经过重大的技术改造，势必影响到正常生产，企业恐怕难以承受。而且开路改闭路将严重限制现有破碎设备的生产能力，无法满足生产的需要，并不可取。      3、把湿式棒磨机当作第四段破碎机使用，由闭路工作改为开路工作，允许磨矿粒度放宽到2mm或3mm。这是有可能的。因为原设计是阶段磨矿、阶段选别流程，但实际上第一段磨矿产物中的0.5－0.2mm粒级钽铌矿物尚未单体分离，不能满足选别工艺的要求，事实上并没有起到阶段磨矿、阶段分级选别的作用。     （二）现有二段磨矿机由开路工作改成闭路工作为了解决二段磨矿严重欠磨、磨矿产物粒度过粗满足不了选矿工艺要求的问题，有必要把开路工作的二段磨矿机改成闭路工作。原设计没有采用闭路流程是担心锂云母难磨会造成恶性循环。为此可应用胡基的两段分级工艺，并且分别设置预先筛分和检查筛分，在检查筛分的筛上产物排放处安装三通。在生产过程中经常检查筛上产物中的锂云母含量。在正常情况下，筛上产物经三通的1号支管进入磨矿机再磨。当筛上产物中的锂云母积聚到一定程度时，立刻关闭1号支管，打开2号支管，让筛上产物经2号支管另行排出成为锂云母精矿产品。这样便可防止因为锂云母难磨而造成恶性循环。     （三）改造选别流程             因为0.5～0.2mm粒级物料入选实际上是无效选别，所以应当取消这一选别段，以节省这部分物料在选别过程中占用的设备、人力和物力。所有入选物料均应磨至－0.2mm。     又因为钽铌矿的重选回收粒度下限不是0.038mm，所以不应当把入选物料中的－0.038mm粒级分离出来作为细泥单独处理。加上－0.2mm级别并非过宽，钽铌矿的矿砂和矿泥又难以界定，同时在粒度已经很细的情况下也谈不上“细泥”有什么干扰，因此磨细的物料（0.2－0.038mm）完全可以不再分级入选。     最后考虑到入选物料中的－0.038mm粒级回收率虽然已达到45%，但还是较低，说明用重力选矿方法回收还不完全，在处理微细粒级物料方面重力选矿方法毕竟不如浮选。因此为了进一步提高回收率，可将重选尾矿中的－0.038mm分离出来进行浮选，对钽铌矿物再作一次选别回收。