包钢白云鄂博铁、稀土矿床

1927年7月丁道衡先生去西北考察途中发现了铁矿，1935年何作霖教授在丁道衡先生取回的矿石标本中找到了稀土矿物。新中国成立后，华北地质局241地质队对主、东矿进行了详勘，确定了铁矿及稀土储量，表明白云鄂博为大型铁矿及特大型稀土矿床。

一、矿石性质

包头白云鄂博矿床系沉积变质－热液交代的铁、稀土、铌多金属共生大型矿床，已发现有71种元素、170多种矿物，矿石类型多，其中稀土储量居世界之首，稀土矿物约有15种之多，但主要为氟碳铈矿和独居石轻稀土混合矿，比例为7∶3或 6∶4，约占全国稀土储量的80%。有用矿物之间共生关系密切，嵌布粒度细小，稀土矿物粒度一般在 0.0 1～0.0 74mm之间。矿石中有用矿物主要有磁铁矿、赤铁矿、氟碳铈矿、独居石、铌矿物等，主要脉石矿物有钠辉石、钠闪石、方解石、白云石、重晶石、磷灰石、石英、长石等。

包头氧化铁矿石的化学成份见表1。

表1  包头矿氧化铁矿石主要化学成分表 （%）

二、稀土选矿生产工艺

从20世纪60年代开始，国家对白云鄂博氧化铁矿石的铁、稀土、铌的选矿组织过多次科技攻关，曾详细研究过20多种选矿工艺流程。1990年，长沙矿冶研究院与包钢合作，采用弱磁选－强磁选－浮选回收铁、稀土工艺流程改造包钢选矿厂2个生产系列进行工业试验获得成功，该工艺流程充分地体现了以“铁为主，综合回收稀土矿物”的指导思想。

包钢选矿厂目前已建八个生产系列（其中5个系列处理氧化矿，3个系列处理原生矿） ，年处理原矿石900万吨，年生产铁精矿350万吨，稀土精矿3～4万吨 （REO）。氧化铁矿石选矿系列首先将原矿石磨至－0.074mm占90%～92%，弱磁选选出磁铁矿，其尾矿在强磁选机磁感应强度1.4T条件下粗选，将赤铁矿及大部份稀土矿物选入强磁粗精矿中，粗精矿经一次强磁精选（0.6～0.7t），强磁精选铁精矿和弱磁铁精矿合并送去反浮选脱除随磁选带入的萤石、稀土等脉石矿物得到合格铁精矿。强磁中矿（精选尾矿）含REO9%～12%，稀土回收率 25%～30%作为浮选稀土原料，采用H₂O₅（邻羟基萘羟肟酸）、水玻璃、J102（起泡剂）组合药剂，在弱碱性（pH9）矿浆中浮选稀土矿物，经一次粗选、一次扫选、二次精选得到混合稀土精矿（氟碳铈矿和独居石）品位50%～60%，平均55. 62 %，稀土回收率12.55%；稀土次精矿品位34. 49%、稀土回收率6. 01%，稀土总回收率18. 56%，对强磁中矿的浮选作业回收率为 72.75%（稀土精矿品位随市场需求调整）。稀土选矿工艺流程见图1。

图1  包头白云鄂博矿强磁选矿浮选稀土矿物工艺流程

三、稀土矿物浮选药剂的创新与发展

1975年以前稀土矿物浮选捕收剂一直用脂肪酸类捕收剂 ，包头矿石中的稀土矿物与萤石、方解石、重晶石、赤铁矿等伴生，浮选稀土矿物时这些矿物随之上浮，较难分离，优先浮选稀土或混合浮选－分离精选稀土矿物只能得到含 REO 20 %左右的稀土精矿。为了得到高品位稀土精矿，将原矿弱磁选磁铁矿后的尾矿进行半优先半混合浮选[加入NaOH、Na₂SiO₃ 、氧化石脂皂组合药剂，在强碱性矿浆中（pH11）优先浮选出萤石、重晶石等易浮矿物丢尾，然后向矿浆中加入 Na₂ SiF₆活化稀土矿物（矿浆pH8～9） ，用氧化石腊皂混合浮选出稀土及部分萤石]，混合浮选的稀土泡沫采用刻槽矿泥摇床重选，得到含 REO 30 %左右的重选稀土精矿。该重选精矿如再用脂肪酸类捕收剂浮选精选效果不大。因此，1966年～1978年期间包钢选矿厂只能生产出含 REO 20%～40 %的稀土精矿供稀土冶炼使用，从而影响我国稀土冶炼、提取分离和应用工业的有效发展，一直处于落后状态。重选稀土精矿化学成分见表2。

表2  重选稀土精矿化学成分表 （%）

1975年底 ，有色金属研究院广东分院在实验室浮选重选稀土精矿试验时，采用大用量水玻璃抑制脉石矿物（Na₂CO₃作矿浆pH调整剂，Na₂SiF₆作稀土矿物活化剂），用C5～9羟肟酸浮选稀土矿物，取得突破性进展，获得了含 REO >60%的稀土精矿。

1976年10月在包钢有色三厂进行了 30 t/ d的半工业试验 ，验证了小型试验结果。从此，拉开了从白云鄂博矿石中生产高品位稀土精矿的序幕。

由于 C5～9羟肟酸捕收能力较弱，需要多段扫选，并且该药在生产中不太稳定，1979年包头冶金研究所成功研制出环烷基羟肟酸（使用时配制成环肟酸铵），年底在工业生产中应用，采用一粗一精闭路流程，当给矿（重选精矿）品位3 5.82%，可生产出稀土品位为63.74%、浮选作业回收率为66. 75%的稀土精矿。从1979年一直到1985年都用环烷基羟肟酸生产稀土精矿，效果不错，但是在生产过程中也感到环烷基羟肟酸选择性较差，并且调整剂加药种类多，其中氟硅酸钠使用不方便等；1985年包头稀土研究院（原包头冶金所）成功研制了H₂O₅（邻羟基萘羟肟酸）捕收剂，试验结果表明对稀土矿物具有良好选择性，大大简化浮选药剂制度，仅需添加水玻璃，矿浆浮选pH9左右，1986年7月在选矿厂进行了工业试验，采用一粗一精闭路流程，当给矿（重选精矿）品位为 23.12 %，可得到品位为 62.32%、稀土浮选作业回收率 74. 74%的稀土精矿。羟肟酸（异羟肟酸）能与稀土、铌（钽）、铁等过渡金属离子形成稳定的五元环敖合物，因此羟肟酸（盐）作捕收剂较脂肪酸（盐）浮选稀土矿物的选择性高，浮选回收率也高。

生产结果表明，异羟肟酸的非极性基影响也很大， H₂O₅较烷基异羟肟酸效果好，可能主要与芳香烃类羟肟酸能形成π•π共轭双键，其键合原子“O”上的电子云密度较烷烃类异羟肟酸强有关。

由于H₂O₅在使用时需要在加入大量酒精的条件下，加入氨水，使其生成邻羟基萘羟酸铵，在生产车间配制复杂，并且H₂O₅的固体颗粒不能安全地有效溶解反应生成铵盐，1992～1994年包钢稀土研究院（原包头稀土研究院）又成功研制H316（H₂O₅基础上的改进）代替H₂O₅，与水玻璃、起泡剂 J103 组合使用 （矿浆pH7～8）进行了工业试验，经H 3 16和H₂O₅工业试验结果对比表明，在稀土精矿品位相同（53%）时，H316比H₂O₅提高回收率10.09%，并且H316使用时不需用氨水配药，改善了工作环境，每吨稀土精矿成本降低44. 22元，药剂成本降低 7.13%。

充分说明随着稀土浮选药剂的不断改进创新，促进了我国稀土选矿技术的发展，同时也使我国稀土浮选的技术达到了国际上领先的水平。