大洋沉积物中稀土选矿损失的原因分析.pdf

2 0 2 0 年第6 期有色金属 选矿部分 1 9 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 2 0 ．0 6 ．0 0 4 大洋沉积物中稀土选矿损失的原因分析 王明燕1 ’2 ，方明山1 ’2 ，陈旭波1 ’2 ，冯林永1 ’2 1 ．矿冶科技集团有限公司，北京1 0 0 1 6 0 ；2 ．矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京1 0 2 6 2 8 摘要大洋沉积物中，以独居石为主的稀土矿物和磷灰石是选冶工艺富集回收的目的矿物。在选矿过程中．稀土元素 的回收率仅为3 1 ．7 8 ％，损失比较严重。利用化学分析、光学显微镜鉴定，并结合电子探针、矿物自动分析仪 A M I C S 等先进 仪器对大洋沉积物中稀土选矿损失的原因进行了分析研究。结果表明，由于目的矿物粒度细，其与黏土矿物的嵌布关系密切 且多以微细粒包裹体嵌布其中，并且黏土矿物含量高，因此导致尾矿中稀土分布率高，回收难度大。 关键词大洋沉积物；赋存状态；稀土选矿；损失原因 中图分类号T D9 1文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 2 0 0 6 0 0 1 9 0 5 C a u s eA n a l y s i so ft h eL O S So fR a r eE a r t hB e n e f i c i a t i o ni nt h eO c e a nS e d i m e n t s W A N G M i n g y a n ’，2 ，F A N GM i n g s h a n1 ’2 ，C H E NX u b o1 ’2 ，F E N GL i n y o n g 1 ’2 1 ．B G R I M MT e c h n o l o g yG r o u p ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a ； 2 ．S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ，B e i j i n gJ 0 2 6 2 8 ，C h i n a A b s t r a c t I nt h eo c e a ns e d i m e n t s ，a p a t i t ea n dr a r ee a r t hm i n e r a l sd o m i n a t e db ym o n a z i t ea r et h et a r g e t m i n e r a l so fr a r ee a r t he l e m e n tr e c y c l i n gi nt h eb e n e f i c i a t i o na n dm e t a l l u r g yp r o c e s s ．O n l y3 1 ．7 8 ％o fr a r e e a r t he l e m e n t sw e r er e c y c l e di nt h ep r o c e s so ff l o t a t i o n ，a n dt h el O S So fr a r ee a r t hw a ss e r i o u s ．T h ec a u s e s o ft h el O S S o fr a r ee a r t hb e n e f i c i a t i o ni no c e a ns e d i m e n t sw e r ea n a l y z e db ym e a n so fc h e m i c a la n a l y s i s ， o p t i c a lm i c r o s c o p e ，e l e c t r o n i cp r o b ea n dA M I C S ．T h er e s u l t ss h o wt h a t ，b e c a u s et h ep a r t i c l es i z et h et a r g e t m i n e r a l si st o of i n ea n dc l o s e l yr e l a t e dw i t hc l a ym i n e r a l sw h i c ha r eh i g hc o n t e n t ，t h u s ，t h eo c c u p a n c yr a t eo f t h er a r ee a r t he l e m e n t s1 0 s ti Sr e l a t i v e l yh i g ha n dd i f f i c u l tt or e c o v e r ． K e yw o r d s o c e a ns e d i m e n t s ；o c c u r r e n c e ；r a r ee a r t hb e n e f i e i a t i o n ；c a u s e so ft h el O S S 稀土是珍贵的战略资源，但是随着陆地稀土资 源的储量不断下降，并且市场上对稀土资源的需求 越来越大，因此，作为潜在的新型稀土资源的大洋稀 土备受关注。大洋沉积物中赋存着丰富的稀土元 素，有望成为未来的稀土资源，因此对海底稀土元素 的研究具有重要战略意义[ 1 。4 ] 。 近年来对大洋沉积物中稀土元素的赋存状态以 及稀土矿物的分布特征有不少研究。方明山等[ 5 。6 ] 对太平洋深海沉积物中稀土矿物的分布特征以及稀 土的赋存状态进行了详细研究，证明了太平洋沉积 物中的稀土主要赋存在磷灰石中，其次分布在独居 石、磷钇矿等稀土矿物中，少量分布在铁锰氧化物 中。王汾连等[ 7 ] 对太平洋富稀土深海沉积物中稀土 元素赋存载体进行了研究，认为磷灰石是深海黏土 中主要的稀土赋存载体。刘志强等凹1 通过运用 M L A 以及电子探针等手段查明了太平洋中部深海 黏土中的稀土元素几乎全部赋存在磷灰石中。但 是，对于沉积物中稀土元素在选矿工艺中损失原因 的剖析比较少。 本次样品以大洋沉积物及其选矿工艺中的尾矿 为研究对象，重点查明尾矿中轻、重稀土的赋存状 态、分布特征以及嵌布粒度，进而对稀土在选矿中损 失的原因进行分析，为海底稀土资源的综合开发利 用提供理论基础和依据[ 9 ] 。 1 大洋含稀土沉积物的样品特性 1 ．1 样品的多组分化学分析 样品的化学分析结果见表1 。结果表明，样品中 收稿日期2 0 2 0 0 8 0 6 基金项目“十三五”深海矿产资源选冶研究“海底稀土资源选冶技术研究及可利用潜力评价” J S - K T H T - 2 0 1 8 0 3 作者简介王明燕 1 9 8 3 一 ，女，硕士，高级工程师，主要从事工艺矿物学研究。 万方数据 2 0 有色金属 选矿部分2 0 2 0 年第6 期 稀土元素含量为0 ．0 6 81 ％，以Y 、L a 、C e 、N d 四种稀 土元素为主，其他稀土元素的含量相对较低。 1 ．2 样品的粒度组成 积物样品的粒度非常细，大部分分布在0 ．0 0 5m m 以下，仅少量分布在0 ．0 2 8m m 以上。由于样品粒 度细，因此在稀土选矿过程中不需要对该样品进行 样品的筛水析粒度结果见表2 。大洋含稀土沉磨矿。 表1样品的多组分分析结果 T a b l e1 M u l t i c o m p o n e n ta n a l y s i sr e s u l t so ft h eo r es a m p l e／％ 表2 T a b l e2 样品的粒度组成 S i z ed i s t r i b u t i o no ft h e o r es a m p l e 1 ．3 样品的矿物组成及相对含量 样品的主要矿物组成及相对含量见表3 。样品 中的矿物主要为伊利石，其次为方解石、正长石、斜 长石、石盐、绿泥石、石英和铁锰氧化物 含少量锰氧 化物和褐铁矿 ，另有少量磷灰石、重晶石等。通过 矿物自动分析仪 A M I C S 分析，发现样品中独立的 稀土矿物主要为独居石，另有少量磷钇矿、磷铝铈矿 和褐帘石；此外，电子探针结果表明，磷灰石中普遍 含Y 等稀土元素，铁锰氧化物中仅含微量稀土元素。 因此，以独居石为主的稀土矿物和磷灰石是大洋沉 积物中稀土富集回收的目的矿物。 表3样品的主要矿物组成及相对含量 T a b l e3M a i nm i n e r a lc o m p o s i t i o na n d 4 1 ．0 6 ％和2 7 ．1 6 ％，由此可见损失在尾矿1 中的稀 土较尾矿2 中的高。 给矿 精矿尾矿1 图1 大洋沉积物中稀土浮选工艺流程 F i g ．1 F l o w s h e e to fr a r ee a r t hm i n e r a l s f l o t a t i o np r o c e s si nt h eo c e a ns e d i m e n t s 表4稀土在选矿产品中的分布 T a b l e4D i s t r i b u t i o no fr a r ee a r t h e l e m e n t si nt h ep r o d u c t so fb e n e f i c i a t i o n ／％ 3 尾矿中稀土的分布特征 r e l a t i V ec 。n t e n to ft h es a m p l e ／％ 3 ．1 矿物名称含量矿物名称含量 伊利石 5 4 ．4 3 石英 5 ．7 9 方解石 1 0 ．2 6 铁锰氧化物 5 ．3 6 长石 7 ．5 4 磷灰石 1 ．6 8 石盐 7 ．4 3重晶石0 ．3 6 绿泥石 6 ．6 2其它0 ．5 3 2 稀土在选矿中的损失情况 针对样品的特性，采用浮选工艺回收磷灰石和 独立稀土矿物 图1 。稀土在各产品中的分布情况 见表4 。稀土的回收率仅为3 1 ．7 8 ％，回收率较低， 损失在尾矿1 和尾矿2 中的稀土占有率分别高达 尾矿中稀土的赋存状态 大洋沉积物中的稀土主要分布在稀土矿物和磷 灰石中，占有率分别为4 8 ．3 1 ％和4 5 ．0 8 ％，仅有 6 ．6 1 ％分布在铁锰氧化物中。电子探针结果显示， 磷灰石中稀土元素平均含量为1 ．8 2 ％，铁锰氧化物 中稀土元素平均含量为0 ．0 8 ％。损失在尾矿中的稀 土赋存状态见表5 。其中，损失在尾矿1 中的稀土主 要分布在稀土矿物中，占5 1 ．9 3 ％，其次分布在磷灰 石中，占3 7 ．4 9 ％，另有少量分布在铁锰氧化物中。 损失在尾矿2 中的稀土元素主要分布在稀土矿物 中，占5 3 ．6 6 ％，其次分布在磷灰石中，占3 6 ．1 1 ％。 万方数据 2 0 2 0 年第6 期王明燕等大洋沉积物中稀土选矿损失的原因分析 2 1 3 ．2 尾矿中稀土矿物和磷灰石的解离特征 损失在尾矿中的稀土主要以稀土矿物的形式存 在，其次为磷灰石。其中，稀土矿物以独居石为主， 另有少量磷钇矿、磷铝铈矿和褐帘石。尾矿中稀土 矿物和磷灰石的解离特征见表6 。 表6尾矿中稀土矿物和磷灰石的解离特征 T a b l e6L i b e r a t i o nd e g r e eo fr a r ee a r t h m i n e r a l sa n da p a t i t eo fi nt a i l i n g s／％ 表6 显示，尾矿中稀土矿物和磷灰石主要是以连 生体的形式损失。损失在尾矿1 中的稀土矿物主要 被微细粒伊利石、绿泥石等黏土矿物包裹 图2 - - 4 ； 尾矿1 中的磷灰石也主要以连生体的形式存在，其 中有6 9 ．0 6 ％被微细粒的伊利石、绿泥石等黏土矿物 包裹 图5 ，另有1 3 ．6 8 ％为单体。损失在尾矿2 中 的稀土矿物、磷灰石绝大部分为连生体，其中大部分 被微细粒的伊利石、绿泥石等黏土矿物包裹 图6 和 图7 ，包裹体占有率分别为9 2 ．7 5 ％和8 2 ．0 9 ％。 图2 独居石 1 、磷灰石 2 ，4 和钾钠长石 3 分布在伊利石中 背散射电子图 F i g ．2M o n a z i t e 1 ，a p a t i t e 2 ，4 a n d k a l i a l b i t e 3 l o c k e dw i t hi l l i t e B S Ei m a g e 3 ．3 尾矿中稀土矿物和磷灰石的粒度分布特征 损失在尾矿中的稀土矿物和磷灰石的粒度分布 特征见表7 。稀土矿物的嵌布粒度均分布在0 ．0 1m m 以下，并且绝大部分小于0 ．0 0 5m m 。磷灰石的嵌布 粒度相对独居石较粗，尾矿1 中磷灰石的粒度主要分 布在0 ．0 0 5m m 以下，其次分布在0 ．0 0 5 - - 0 ．0 1 0m m ， 其占有率分别为5 1 ．1 5 ％和4 5 ．o o ％；尾矿2 中磷灰石 的粒度较尾矿1 中的细，主要分布在0 ．0 0 5m m 以下。 图3 磷钇矿 1 ，2 与伊利石连生 背散射电子图 F i g ．3X e n o t i m e 1 ，2 l o c k e dw i t h i l l i t e B S Ei m a g e 图4 磷铝铈矿 1 被包裹在微细粒 伊利石 2 中 背散射电子图 F i g ．4F l o r e n c i t e 1 i n c l u d e di n m i c r o f i n ei l l i t e 2 B S Ei m a g e 万方数据 2 2 有色金属 选矿部分2 0 2 0 年第6 期 图5 磷灰石 1 被包裹在 伊利石 2 中 背散射电子图 F i g ．5A p a t i t e 1 i n c l u d e d i ni l l i t e 2 B S Ei m a g e 图7 磷灰石 1 被包裹在伊利石 2 中 背散射电子图 F i g ．7A p a t i t e 1 i n c l u d e di n i l l i t e 2 B S Ei m a g e 表7 T a b l e7 图6 独居石 1 、长石 2 与 伊利石连生 背散射电子图 F i g ．6M o n a z i t e 1 ，f e l d s p a r 2 l o c k e dw i t hi l l i t e B S Ei m a g e 4 稀土选矿损失原因分析 1 大洋含稀土沉积物中的矿物主要是以伊利石 为主的黏土矿物，由于粒度细，易泥化，在稀土选矿 回收中会恶化浮选过程，影响稀土选矿指标。 2 尾矿中稀土主要以稀土矿物的形式损失，其 次以磷灰石的形式损失。从损失的目的矿物的解离 特征来看，由于尾矿中的稀土矿物和磷灰石均主要 是被微细粒伊利石、绿泥石等黏土矿物包裹，因此， 在浮选过程中易导致选矿药剂作用不到目的矿物表 面，从而导致稀土回收率低，损失严重。 3 从损失在尾矿中的稀土矿物和磷灰石的粒度 来看，稀土矿物的粒度均较细，集中分布在0 ．0 0 5m m 以下；尾矿1 中磷灰石的粒度主要分布在0 ．0 1m m 尾矿中稀土矿物和磷灰石的粒度分布特征 S i z ed i s t r i b u t i o no fr a r ee a r t hm i n e r a l sa n da p a t i t ei nt a i l i n g s／％ 以下，尾矿2 中磷灰石的粒度集中分布在0 ．0 0 5m m 以下。尾矿中稀土矿物和磷灰石的粒度整体较细， 在浮选中很难回收[ 1 ⋯。 5结论 在浮选过程中，大洋沉积物中稀土的回收率仅 为3 1 ．7 8 ％，损失比较严重。尾矿中稀土主要以稀土 矿物的形式损失，其次以磷灰石的形式损失，导致稀 土选矿损失的原因主要是由于稀土矿物和磷灰石的 粒度细、单体解离不充分并且黏土含量高。根据稀 土的损失特征可知，想要通过浮选富集得到高品位 稀土精矿，难度很大。 参考文献 E 1 ] 王汾连，何高文，姚会强，等．深海沉积物中的稀土矿产 资源研究进展E J ] ．中国地质，2 0 1 7 ，4 4 3 4 4 9 4 5 9 ． W A N GF e n l i a n ，H EG a o w e n ，Y A 0H u i q i a n g ，e ta 1 ．T h e 万方数据 2 0 2 0 年第6 期王明燕等大洋沉积物中稀土选矿损失的原因分析 2 3 [ 2 1 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] p r o g r e s si nt h es t u d yo fR E E - r i c hd e e p - s e as e d i m e n t s [ J ] ． G e o l o g yi nC h i n a ，2 0 1 7 ，4 4 3 4 4 9 4 5 9 ． 金翔龙，初凤友．大洋海底矿产资源研究现状及其发展 趋势[ J ] ．东海海洋，2 0 0 3 ，2 1 1 1 4 ． J I NX i a n g l o n g ，C H UF e n g y o u ．R e s e a r c hs t a t u sa n d d e v e l o p m e n tt r e n do fo c e a ns e a b e dm i n e r a lr e s o u r c e sE J ] ． D o n g h a iM a r i n eS c i e n c e ，2 0 0 3 ，2 1 1 14 ． 吴明清，王贤觉．东海沉积物的稀土和微量元素[ J ] ．地 球化学，1 9 9 1 ，2 0 1 4 0 4 6 ． W UM i n g q i n g ，W A N GX i a n j H e ．R a r e e a r t ha n dt r a c e e l e m e n t si nT h eE a s tC h i n aS e as e d i m e n t s l - J ] ．G e o c h i m i c a ， 1 9 9 1 ，2 0 1 4 0 4 6 ． 沈华悌．深海沉积物中的稀土元素E J ] ．地球化学，1 9 9 0 ， 1 9 4 3 4 03 4 8 ． S H E NH u a t i ．R a r ee a r t he l e m e n t si nd e e p - s e as e d i m e n t s l - J ] ． G e o c h i m i c a ，1 9 9 0 ，1 9 4 3 4 0 3 4 8 ． 方明山，石学法，肖仪武，等．太平洋深海沉积物中稀土 矿物的分布特征研究[ J ] ．矿冶，2 0 1 6 ，2 5 5 8 18 4 ． F A N GM i n g s h a n ，S H IX u e f a ，X I A 0Y i w u ，e ta 1 ．R e a r c h o nd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fr a r ee r a t hm i n e r a lo f d e e ps e as e d i m e n t si nT h eP a c i f i cO c e a n [ J ] ．M i n i n ga n d M e t a l l u r g y ，2 0 1 6 ，2 5 5 8 1 8 4 ． 方明山，石学法，肖仪武，等．太平洋深海沉积物中稀土 元素的赋存状态研究E J ] ．稀土，2 0 1 8 ，3 9 2 3 1 3 9 ． F A N GM i n g s h a n ，S H IX u e f a ，X I A OY i w u ，e ta 1 ． R e s e a r c ho no c c u r r e n c eo fr a r ee a r t he l e m e n t si nt h e d e e p s e as e d i m e n t so ft h eP a c i f i cO c e a n [ J ] ．C h i n e s e [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 1 0 ] R a r eE a r t h s ，2 0 1 8 ，3 9 2 3 1 - 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