近来, 对稀土矿物的需求量显著增长, 因此, 稀土矿物的精选就成为一个非常重要的课题。本文对独居石和氟碳铈矿的重选、强磁选、浮选和静电选矿进行了论述。

一 前言

从原子序数57的La至71的Lu为15个元素, 加上Sc和Y, 共17个元素, 统称稀土元素。它们在周期表中同属于ⅢA族, 彼此间的化学行为很相似。最近, 稀土的开发应用研究得到了迅速发展。稀土的用途见表 1。表 1包括目前正在应用和研究中的稀土。从表 1可见, 稀土的用途涉及范围很广。今后在各个领域必将更进一步被开发利用。为此, 人们迫切期待加强和提高稀土矿物的选矿提取与精炼技术。因此, 本文首先就稀土矿物的选矿技术进行探讨。

二 世界稀土资源状况

世界稀土资源储量见表 2。除了中国以外, 其他国家和地区稀土的储量为北美512万吨、印度30万吨、澳大利亚48万吨、巴西57万吨, 全世界共计1008万吨左右。然而, 作为磷矿石和铀矿石副产品的稀土资源相当丰富, 估计共有4700万吨左右。

三 稀土矿物

稀土金属或含稀土化合物的矿物种类很多, 约达200种。主要的矿物见表 3。其中被实际应用于工业的矿物原料还是少数, 主要有:磷铈镧矿、铈硅石、氟碳铈矿、硅铍钇矿、磷钇矿、褐钇钽矿、褐帘石、铌钇矿、黑稀金矿和钪钇石等。尤其是磷铈镧矿、氟碳铈矿和磷钇矿为生产稀土的主要矿物。钇的矿物原料是磷钇矿、硅铍钇矿和褐钇钽矿, 作为钪的原料矿物是以钪钇石为主, 其它可由钨矿石(美国和苏联)作为副产品来回收钪。此外, 粘土、锡石、沉积型铁矿石、铝土矿和含镍红土矿等含有20~100克/吨、煤灰粉含20~390克/吨、铝冶炼赤泥也含24克/吨的钪, 从这些矿物回收稀土也是今后必须研究的课题。

四 磷铈镧矿的重选、磁选和静电选矿

磷铈镧矿是在变质岩、花岗岩和伟晶岩风化时, 通过具有抗风化作用的重矿物在原地富集或流水作用而富集于河川和海边, 大多是赋存于砂矿床中。因而, 通常磷铈镧矿与钛铁矿、金红石、锆石、石榴石、锡石、砂金和铂等重矿物同时被开采。

独居石的选矿通常按照以下顺序进行。首先将粗砂矿浆通过筛分除去杂质和石头, 然后用洗矿槽、跳汰机、摇床或螺旋选矿机等进行选别, 从石英或石英质矿物中分离出重砂。然后把重砂干燥并采用磁选或电选的方法进一步分离。几种矿物的分离特性见表 4。

在印度尼西亚的邦加岛, 采场设置了选矿厂, 用跳汰机和摇床处理品位为0.1~0.5%Sn的原矿, 得出品位为30~32%Sn的粗精矿。然后将其运到中央选矿厂进行精选。图 1是中央选矿厂的选矿流程图。如图 1所示, 使用跳汰机和摇床选出锡精矿, 中矿干燥后, 通过电选分离出导体和非导体矿物, 然后再分别进行强磁选, 分离出非磁性矿物和磁性矿物。导体矿物磁选时可从非磁性矿物中提取锡石而在磁性矿物中提取钛铁矿；非导体矿物在磁选时则可从非磁性矿物中提取锆石, 在磁性矿物中提取独居石。这是独居石的基本选矿系统, 而不同的选矿厂该系统可能有所不同。

现介绍澳大利亚伴生矿物联合有限公司绍斯波特选矿厂的选矿方法。将采掘的含1.9%重砂的砂矿, 输送到处理能力每小时600吨的采砂船上。在那里经2系列洗矿槽和汉弗莱型螺旋精选机处理后, 富集物再运送到每小时处理能力为120吨的陆上选矿厂。该选矿厂的设备由3系列洗矿槽组成, 可由拖车将其移动到有采砂船的地方。经过两套设备五个阶段的初选, 可得到含90%以上重矿物的粗砂矿。

采场的粗精矿用载重卡车运到伴生矿物联合有限公司绍斯波特选矿厂。其选矿原则流程见图 2。

原矿首先用摇床除去石英, 摇床流程(锆石含量高)送到第1选矿厂选别；精矿(金红石含量高), 再经过摇床选别后在第2选矿厂干燥。两个选矿厂的流程本质上是相同的, 都是用高压静电选矿进行粗选和精选。分出导体矿物钛铁矿、金红石和非导体矿物锆石、独居石。然后非导体矿物再进行磁选, 分离出磁性矿物——独居石和非磁性矿物——锆石。为了进一步提高独居石品位, 将独居石富矿再返回摇床选别, 其精矿干燥后再磁选。

绍斯波特选矿厂主要生产金红石、钛铁矿和锆石, 独居石则是占总产量1%以下的一种副产品。

五 磷铈镧矿的浮选

以上介绍的是用重选、磁选和电选的方法分选独居石, 这些方法用于粉矿的处理尚存在问题。而浮选法适合处理粉矿。根据美国专利报道, 用浮选法可以从重矿物中分离出独居石和磷酸盐矿物。一种酸性浮选的方法是将胺系阳离子捕收剂和淀粉或与其同等量的淀粉质物料添加到矿浆中, 于是独居石和磷酸盐矿物吸附在泡沫上, 重矿物则留在尾矿。矿浆浓度虽没有限定, 但若浓度较稀, 从重矿物分离磷酸盐矿物时选择性较好；矿浆浓度高时磷酸盐矿物的回收率高，浮选试剂的使用量也少。适当的矿浆浓度为15~30%。虽然胺亦有起泡剂的作用，但为了加强起泡效果，可以添加一些普通松油之类的起泡剂。以添加淀粉的酸性浮选工艺，可以容易且经济地从黑钨矿、金红石和锡石等矿物中分离出独居石。

使用胺捕收剂有高级脂肪族胺或短链式胺类盐酸盐，如十六烷三癸基溴化铵、十二烷三乙基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵等的4级铵盐，还有胺脂肪酸冷凝产物，例如，可用Arma C（椰子醋酸胺）、Armac S(大豆油醋胺酸）。淀粉除用普通淀粉外，还可使用苛性淀粉、糊精、Amijel (干的胶状淀粉）、Stayco M(氯化淀粉）、Stayco S(液态状氯化淀粉）和EclipseF (淀粉溶液）。

以下是用该方法从重砂分离独居石的实例。浮选试样是某钨精矿，其矿物成分列于表 5:

以上试样浓度为17%，矿浆中添加H₂SO₄10镑/吨、抑制剂Eclipse F 4.0磅/吨、松油1.0磅/吨以及Armac C(椰子醋酸胺）2.0磅/吨进行浮选。对含0.33%P、69.0%WO₃的原矿浮选结果列于表 6。

从以上浮选试验的结果来看，加入适当的浮选药剂，可从黑钨矿、金红石和锡石以及其他的重矿物中分离出独居石或与其具有同样性质的其他磷酸盐矿物，而且具有极其优良的选择性。

六 氟碳铈矿重选和磁选

在加利福尼亚芒廷帕斯，发现氟碳铈矿大矿床以后，选矿试验的样品送到了美国矿山局里诺站。

氟碳铈矿与重晶石、石英和方解石等共生, 其颗粒细微。样品除了进行重选和磁选外, 还对重晶石矿进行了浮选。首先将试样1粉碎至-1时, 然后用比重为2.92的重液对+4和-4目的矿样进行试验。-4目矿样试验分为4个粒级进行。试验结果, 矿样的28.6%当作尾矿废弃, 精矿中含有CeO₂13%, 其他稀土15%, BaSO₄26%。

另外进行了用浮选除去重晶石而提高稀土品位的试验。并对用作捕收剂使用的油酸和各种调整剂进行试验, 虽获得了BaSO₄85%以上的精矿, 但回收率低, 而回收率高时, 精矿品位又低, 最终用浮选除去重晶石的试验未获得成功。

对于试样2, 首先将矿石粉碎至-65目, 粉碎的矿样分为矿砂和矿泥, 然后分别用威尔弗莱型摇床进行处理。所得的精矿和中矿经筛分分成四个或四个以上粒级, 再进行强磁选处理, 得到了一系列的磁性和非滋性的产物。该试验的原矿中含CeO₂为4.4%, 其他稀土为5.6%, BaSO₄为23%。

试验结果:矿砂部分首先用摇床处理, 再用强磁选处理摇床精矿, 得到CeO₂含量为25.6%的精矿, 其他稀土含量为28.5%, 品位相当高。但是, CeO₂的回收率仅为34.1%。其他试样试验的结果大体上也是如此。虽然取得很高品位的精矿, 但品位的提高常导致回收率下降。

新墨西哥和北墨西哥的萤石矿石中含有铈矿物, 对该矿石进行了铈矿物的选矿试验。提供试验的矿样是摇床精矿、摇床中矿和原矿。

摇床精矿分成五个粒级, 各自分别用强磁选进行处理。摇床精矿为-48目, 含CeO₂为28%, 含其他稀土为31%。将各个粒级的磁选精矿归在一起成为混合精矿, 其CeO₂含量为29.5%、其他稀土为33.1%、RE₂O₃。为63%、回收率为98%。摇床中矿CeO₂含量为15%、其他稀土为18%。该摇床中矿分为六个粒级, 各自分别以强磁选处理。混合精矿含CeO₂21.6%, 其他稀土26.1%, 回收率94%。

原矿先粉碎成-10目, 分几种粒级进行重液选矿, 然后将沉矿粉碎至-100目, 再进行浮选。浮选精矿经摇床处理, 摇床精矿干燥后, 用强磁选处理。所得的稀土精矿含RE₂O₃32%, 回收率为56%。结果未令人满意, 但是作为CeO₂含量仅有0.5%的低品位原矿来说, 也算可以了。

(待续)