长江三峡库尾淤砂综合利用试验研究.pdf

4 有色金属 选矿部分2 0 0 5 年第5 期 长江三峡库尾淤砂综合利用试验研究 李先祥，张宗华，张桂芳，刘卫强 昆明理工大学国土资源学院，昆明6 5 0 0 9 3 摘要对长江三峡库尾淤砂的矿物进行研究，通过光谱分析、化学成分分析、主要矿物含量测定，查明了其化学 成分和矿物组成。研究表明，长江三峡重庆段淤砂是以硅质岩屑及石英为主，含有少量铁和钛，微量的稀土钇、镱及钪等 成分。淤砂中主要矿物均含钪，淤砂平均含钪6 ．6 9 t 。稀土元素钪提取后，其尾砂、浸渣可以做建材，淤砂得以综合利用。 关键词淤砂；钪；综合利用 中图分类号T D 9 5 5 ；T D 9 2 1 ．4文献标识码A 文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 0 5 0 5 0 0 0 4 0 4 三峡大坝建成后，长江重庆段将成库尾，大量淤 砂的处理将成为保护三峡工程的重要问题，本文对长 江三峡库尾 重庆段 淤砂进行了详细的工艺矿物学 研究，研究表明长江三峡库尾重庆段淤砂是一个以非 金属矿物为主、高硅高钙镁的物料，并含有一定铁、钛 矿物，含有微量的稀土钇、镱及钪，淤砂中含有价值很 高的钪，各段的淤砂品位不同。本文为长江三峡库尾 淤砂的治理与综合利用提供了一种有效的方法。 表1 T a b1 1试样性质 淤砂主要组成矿物为硅质岩屑及石英，次为长 石类矿物，其次为白云石、绿泥石类矿物，少量角闪 石、辉石、云母类矿物，极少量铁、钛等金属类矿物， 矿物组成及相对含量见表1 ，光谱分析结果见表2 ， 化学分析结果见表3 ，淤砂中主要矿物含钪量的测 定结果见表4 。 试样矿物组成及相对含量／％ R e s u l t so fm i n e r a lc o m p o n e n ta n dr e l a t i v ec o n t e n to ft e s ts a m p l e s ／％ 含量7 ．2 28 ．3 33 ．5 01 ．0 23 ．8 02 ．9 72 ．0 61 ．7 1 6 3 ．0 10 ．0 3 6 6 ．6 幽 2 5 ．8 9 ／t2 ．0 6 9 ／t 1 ．4 1 收稿日期2 0 0 5 - 0 5 1 7 作者简介李先祥 1 9 7 1 一 ，男，江西南康人，博士研究生。 万方数据 2 0 0 5 年第5 期李先祥等长江三峡库尾淤砂综合利用试验研究 5 为了查清淤砂中各主要组成矿物的物性差异， 测定了从淤砂中提取的主要单矿物的物性参数，寻 表5 T a b5 求含钪矿物钛铁矿、钛辉石与其它矿物在物性上的 主要差异，是制定钪精矿分选工艺的主要理论依据， 试样主要矿物的物性参数测定结果 R e s u l t so fp r o p e r t yp a r a m e t e r so ft e s ts a m p l e s ’m a i nm i n e r a l 矿物 密度 硬度 兰鬈g 数- I 比导电度导电性介电常数 钛铁矿 - o ．5 0 ．2 5 M n 钛辉石4 ．7 0 5 ．5 42 6 7 5 82 ．5 1 导体4 3 8 钛磁铁矿 - o ．5 0 ．2 5 m m 3 ．4 55 ．5 35 7 4 14 ．4 2 导体 7 ．8 1 警 揣 黑 7 眈3 0 。0篇；蒜444．，． 长石 2 2 7 6 。16 6 7 1 4 。- 0 ‘0 1 2 1 42 1 0 7 1 1 ；喜蒹 4 6 主．．． 非导体 ．2 3 角闪自 3 ．1 25 ．3 8 2 4 ．6 2 ．5 1非导体 6 ．8 白云母 2 ．8 72 ．1 42 ．9 85 ．3 2非导体 7 ．1 0 绿泥囱 2 ．9 82 ．7 81 4 ．4 94 ．6 7非导体 5 ．4 榍石 3 ．3 25 ．1 4 4 9 ．1 74 ．5 2 非导体 5 ．4 0 物性参数测定结果如表5 所示。 从以上分析可以看出淤砂的特点 1 成分复 杂。长江三峡库尾 重庆段 淤砂，来源长江上游金沙 江及其支流的岩石及土壤剥离及流失的矿物，化学 成分复杂； 2 光谱分析说明既有金属元素，也有非 金属元素及稀有、稀土元素，共有3 0 个元素之多； 3 化学分析结果表明，淤砂中主要为非金属元素， 以高硅、高钙、高铝镁型脉石矿物为主，金属元素种 类少，含量也不高，其中铁、钛矿物是淤砂综合回收 的对象； 4 淤砂中主要矿物均含钪，淤砂平均含钪 6 ．6 ∥t ，含钪最高的为钛辉石1 2 1 ．0 0 趴，次为钛铁矿 含钪1 0 1 ．0 0 l C t ，是淤砂含钪的主要矿物，是我们回收 的主要对象。 2 试验 2 ．1 方案 工艺矿物学研究说明，含钪矿物钛铁矿、钛辉石 在密度上与长石、石英、云母、绿泥石、角闪石有一定 差异，可望采用重选法把这些矿物抛弃，但角闪石、 榍石与含钪矿物钛辉石密度相近，用重选无法使角 闪石、榍石与钛辉石分离，因此重选时钪精矿品位不 会很高；从磁性来看，钛磁铁矿磁性最大，可用磁选 选出作铁精矿；石英、长石、白云母、绿泥石的比磁化 系数很小，与含钪矿物钛铁矿、钛辉石相比相差很 大，可望采用强磁选把钛铁矿、钛辉石分选出来，石 英、长石、白云母、绿泥石为非磁性产品，而弱磁性产 品中，榍石、角闪石可能混入；从电性来看，石英、长 石、云母、绿泥石、角闪石、榍石与钛铁矿、钛辉石相 差很大，可以采用电选的方法将混入钪精矿的脉石 矿物除去，这样可以得到高品位、高回收率的钪精 矿。分选出钪精矿后，对其进行浸出、萃取来实现钪 的提取。 2 ．2 选矿试验 根据工艺矿物学的研究结果，对淤砂进行了分 级重选抛尾，重选粗精矿经磨矿、分级，进行弱磁选 铁，尾矿高梯度磁选得到粗钪精矿，分级进行摇床精 选，精矿干燥后采用电选精选，可以得到品位为 9 6 ．2 3 加、回收率为6 2 ．11 ％的钪精矿，流程见图1 。 钛 淤砂 钪精矿 中矿尾矿 图1 分选试样流程 F i g 1F l o w s h e e to fs e p a r a t i n gs a m p l e s 2 ．3 提钪试验 2 ．3 ．1 钪浸出 分选出钪精矿后，采用硫酸、盐酸、硝酸、氯化焙 烧一浸出、碱熔合一水解一浸出、盐酸加助溶剂浸出 的方案，进行了系统的浸出试验，现将几个方案浸出 试验的最佳指标及各指标与盐酸浸出最佳指标的比 万方数据 6 有色金属 选矿部分2 0 0 5 年第5 期 较列于表6 。 表6浸出方案对比结果／％ T a b6R e s u l t so fl i x i v i a t i o ns c h e m e s ’c o n t r a s t ／％ 从表6 可以看出，单一的硫酸、盐酸、硝酸浸出， 浸出率难以超过6 0 ％，用硝酸浸出时浸出率为 5 9 ．2 0 ％，比盐酸浸出时高0 ．3 5 ％；氯化焙烧浸出率为 8 2 ．7 9 ％；碱熔合水解一浸出方案，浸出率高达 9 7 ．18 ％，比氯化焙烧浸出高1 4 ．3 9 ％，但这两者都是 高温作业，消耗大量的氯化剂和碱，成本很高，难以 在生产上使用；相比之下，盐酸加助溶剂浸出时，浸 出率为8 0 ．9 4 ％，比氯化焙烧浸出时浸出率低 1 ．8 5 ％，但成本则是成倍降低，同时在连续半工业试 验中证实该工艺是可靠的，指标是稳定的，因此推荐 该工艺为试验及生产的工艺。 2 ．3 ．2 钪提取 2 ．3 ．2 ．1 用萃取法制备S c 2 0 3 由于钪在浸液中的含量很低，多在1 0 0 3 0 0 9 ／t ， 同时浸出液中含有多种杂质，萃取法从盐酸浸液中 提钪是国内外成功的经验[ 1 - 6 ] ，本次试验采用P m P 趼、P 珈作萃取剂，同时在萃取剂中加入助萃剂， 表8 T a b8 P 研 H 一1 0 5 ，萃取率得到大幅度提高，试验结果如表 7 所示。 表7不同萃取剂试验结果／％ T a b7R e s u l t so fd i f f e r e n c ee x t r a c t i o n ／％ 表7 试验结果表明，采用P 趼萃取剂加H 一1 0 5 助萃剂萃取效果最好，如采取多段萃取，萃取率可以 接近1 0 0 ％。 反萃液经净化提纯，草酸沉淀焙烧可以得到 9 9 ．9 8 5 ％三氧化二钪产品，达到国家规定粗氧化钪标 准。 2 ．3 ．2 ．2 金属钪的制取 金属钪多用金属热还原S c F e ，和S c C l 。来制备， 但由于S c C l 。吸水性极强，极易潮解，很难得到无水 S c C l ，，而S c F e ，的生产虽然条件差，产生有害的气 体，但用钙还原S c F e ，在氦、氩气体保护下在1 5 0 0 1 6 0 0 ℃得到金属钪。本次试验采用真空冶金的方法 制备纯度9 9 ．9 9 5 ％金属钪，达到国家S c 一0 4 5 产品牌 号的标准。 3 淤砂、尾渣综合利用的设想 长江三峡库尾淤砂选矿提钪的尾矿仍然保护河 砂的性质，其产率为8 8 ．3 ％，仍可作河砂使用，生产 建材或用于建筑，提钪浸渣的光谱分析及化学成分 分析结果见表8 和表9 。 浸渣的光谱分析结果／％ R e s u l t so fs p e c t r u mo fl i x i v i a t i o nd r e g ／％ 元素 A g A l 概量0 ．0 0 0 12 元素 N iP 概量0 ．0 6 0 ．2 BB eB iC aC oC rC nF eG aG e M g M nM o 0 ．0 0 1 O ．0 0 1 0 ．0 0 1O ．3O ．0 0 30 ．0 70 ．0 0 80 ．90 ．0 1 0 ．0 0 1O ．2O ．0 60 ．0 0 1 P bPS nT iVWZ nT aN bA sB aC d 0 ．0 4 O ．0 0 10 ．0 0 640 ．0 2O ．0 0 30 ．0 l 0 ．0 0 5 O ．0 1O ．0 0 6 1 8 ％～2 5 ％，C a O6 2 ％～6 7 ％，A 1 2 0 34 ％～ 7 ％，F e 2 0 ，2 ．5 ％～6 ％。提钪浸渣与硅酸水泥的化学成 分相近，只是C a O 含量偏低，只要采用配料方法即 可解决，因此，浸渣作为硅酸盐水泥的原料是可行 的，这样在提钪过程中不产生固体废料，有效地综合 1 ．长江三峡重庆段淤砂以硅质岩屑及石英为主， 含有少量铁和钛，微量的稀土钇、镱及钪等成分。 2 ．淤砂中主要矿物均含钪，淤砂平均含钪6 ．6 9 ／ t ，含钪最高的为钛辉石1 2 1 ．0 0 s ／t ，次为钛铁矿，含钪 为1 0 1 ．O O g ／t ，是淤砂含钪的主要矿物，是主要利用对 象。 3 ．通过对稀土元素钪的提取，其尾砂、浸渣作 建材，淤砂得以综合利用，既可以保护三峡工程周边 环境，又能创造很好的经济效益和社会效益。 万方数据 2 0 0 5 年第5 期李先祥等长江三峡库尾淤砂综合利用试验研究 7 参考文献 [ 1 ] 钟学明．从钨渣中提取氧化钪的工艺研究E JJ ．江西冶金， 2 0 0 2 ，2 2 3 1 9 2 2 ． [ 2 ] 杨革．从钨渣中提取高纯氧化钪f J3 湖南有色金属， 2 0 0 1 ，1 7 1 1 8 2 1 ． [ 3 ] 池汝安，王淀佐．稀土选矿与提取技术[ M ] ．北京科学出 版社，1 9 9 6 ． [ 4 ] 陈书元．用吸附法从硫酸溶液中提钪[ J ] ．国外钢铁钒钛， 1 9 9 0 ，3 4 9 3 9 5 ． [ 5 ] 李春梅，张宗华．河道淤砂提钪浸出试验研究E J I ．化工矿 物与加工，2 0 0 4 ，3 3 5 6 8 ． [ 6 ] 张宗华，庄故章．用萃取法从攀枝花选钛尾矿中提铳[ J ] ． 稀土，1 9 9 9 ，2 0 3 2 3 2 6 ． AE X P E R Ⅱ垤E N TS T U D Yo NI N T E G R A T E DU T Ⅱ。I Z A T I o N o FS I L To FT H EE N Do FT H R E EG o R G E SR E S E R V o I Ro FY A N G T Z ER I V E R L IX i a n - x i a n g ，Z H A N GZ o n g - h u a ，Z H A N GG u i - f a n g , L I UW e i - q i a n g D e p a r t m e n to fM i n i n gP r o c e s s i n gE n g i n e e r i n g ，K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a A B S T R A C T T h em i n e r a l so ft h es i l to ft h ee n do fT h r e eG o r g e sr e s e r v o i ro fY a n g t z eR i v e rw e r es t u d i e d ．T h r o u g h t h es p e c t r a la n a l y s i so ft h es a m p l e s ，t h e a n a l y s i so fc h e m i s t r yc o m p o n e n t sa n dt h e c o n t e n tm e n s u r a t i o no f m a i nm i n e r a l s ，c h e m i s t r yc o m p o n e n t sa n dc o m p o s i t i o no ft h em a i nm i n e r a l sh a v eb e e nt e s t e d ．T h er e s u l t s s h o wt h a t t h es i l to fT h r e eG o r g e so fY a n g t z eR i v e ri nC h o n g q i n gi sm a i n l yc o m p o s e do fs i l i c o l i t e sa n d q u a a z ，c o n t a i n i n gF ea n dT ii n s m a l lq u a n t i t ya n dY t ，Y ba n dS ci nm i n i mq u a n t i t y ．M a i nm i n e r a li nt h e s i l tc o n t a i nS c ，a n da v e r a g ec o n t e n to fS ci nt h es i l ti s 6 ．6 9 ／t ．M a n u f a c t u r e o fb u i l d i n gm a t e r i a l sc a nb e m a d eo ft h e t r a i l i n g a n dl i x i v i a t i o n d r e g b ys e p a r a t i n g S c f r o mt h es i l t ．T h es i l t m a yb e u t i l i z e d s y n t h e t i c a l l y ． K E YW O R D S s i l t ；S c ；i n t e g r a t e du t i l i z a t i o n 万方数据