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某晶质铀矿扩大连续重选试验研究 ① 崔拴芳1， 赵笑益2， 曹 欢2 （1.中陕核工业集团综合分析测试有限公司，陕西 西安 710024； 2.西安西北有色地质研究院有限公司，陕西 西安 700054） 摘 要 为给某晶质铀矿选矿厂建厂设计提供技术依据，在实验室小型试验确定的重选联合流程基础上进行了扩大选矿试验，确 定扩大选矿过程中各工艺参数为预先湿筛筛孔 2 mm、一段磨矿后检查筛筛孔 1 mm、二段磨矿后检查筛筛孔 0.2 mm，尼尔森选矿 机重力值100G、累计给矿量400 kg、矿浆浓度30％（即补加水量1.5 m3／ h），在该工艺参数下阶段磨矿效果良好，晶质铀矿解离充分， 铀生产指标良好。 进行了两段磨矿-尼尔森选矿-螺旋选矿-摇床选矿的扩大连续选矿试验，可以得到品位 2.35％、回收率 88.42％的 铀精矿，该工艺富集效果良好，扩大试验与小试结果相吻合，工艺稳定可行。 关键词 晶质铀矿； 重选； 扩大连续试验； 铀精矿； 选矿厂 中图分类号 TD922文献标识码 Adoi10.3969／ j.issn.0253－6099.2020.04.015 文章编号 0253－6099（2020）04－0060－05 Pilot Test on Gravity Separation of Crystalline Uraninite Ore CUI Shuan-fang1， ZHAO Xiao-yi2， CAO Huan2 （1.Sino Shaanxi Nuclear Industry Group Comprehensive Analysis and Testing Co Ltd， Xi′an 710024， Shaanxi， China； 2.Xi′an Northwest Geological Institute Company of Nonferrous Metals Co Ltd， Xi′an 700054， Shaanxi， China） Abstract In order to provide technical basis for the plant design of a uraninite concentrator， a pilot test was carried out based on a combined gravity separation process determined by the batch test， and the operation parameters were optimized. With the aperture sizes of 2 mm， 1 mm and 0.2 mm， respectively， for the wet preliminary screening， the controlled screening of the 1stgrinding and the controlled screening of the 2ndgrinding， the gravity value of 100G for the Nelson concentrator， the cumulative ore feed of 400 kg and the pulp concentration of 30％ （replenishing water at 1.5 m3／ h）， the ore can be effectively milled by the stage-grinding process， the uraninite can be sufficiently disassociated and good beneficiation index can be obtained. The pilot test adopted a flowsheet of two stages of grinding， Nelson beneficiation， spiral chute separation and shake table separation produced a uranium concentrate grading 2.35％ U at a recovery of 88.42％. The enrichment effect of the process is excellent and the results of the batch test and the pilot test are consistent， indicating the process is stable and feasible. Key words uraninite； gravity separation； pilot test； uranium concentrate； mineral processing plant 铀作为我国的重要战略资源，是制造核武器以及 清洁能源核电燃料的主要材料。 由于可利用的铀资源 较少以及受采选技术限制，造成了铀资源短缺［1］。 我 国铀矿资源分布较广但品位普遍较低，采用选矿方法 提高铀矿品位是降低选冶成本、提高资源利用率的有 效手段［2］。 原生铀矿石中铀大多以 UO2形式存在［3］， 因此采用单一常规选矿方法（重选、浮选、磁选）回收 效果不佳［4－6］。 某晶质铀矿矿床类型为花岗伟晶岩型铀矿床，属 于某国家级铀矿整装勘查区的核心矿床，现已通过实 验室小型试验确定了适宜处理该矿石的重选联合工 艺，即“螺旋选矿＋摇床选矿＋尼尔森脱泥” ［7］。 为了给 该铀矿提供建厂设计、成本核算、设备选型、环境评价 的选冶技术依据，进行了扩大连续选矿试验研究，并获 得了连续、稳定、准确可靠的扩大连续选矿试验指标和 工艺参数。 ①收稿日期 2020－02－18 作者简介 崔拴芳（1970－），男，陕西宝鸡人，高级工程师，主要研究方向为铀矿勘查开发及选冶试验研究。 第 40 卷第 4 期 2020 年 08 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.40 №4 August 2020 1 矿石性质 矿石类型为二长花岗伟晶岩型铀矿床，矿石结构 构造简单，以自形等轴粒状、自形板状结构为主，稀疏 浸染状构造。 铀矿物主要是晶质铀矿，微量的钍石、铀 石、钍铀矿，金属矿物较少，脉石矿物主要为钾长石、钠 长石和石英。 原矿化学多元素分析结果见表 1。 表 1 原矿化学多元素分析结果（质量分数） ／ ％ USiO2Al2O3K2ONa2OCaO MgO TiO2CFePbS 0.061 68.54 18.336.313.012.350.70 0.03 0.37 0.44 0.13 0.03 铀主要分布在晶质铀矿中，99％以独立矿物存在， 晶质铀矿呈自形等轴粒状，稀疏浸染状分布在脉石矿 物粒间，晶质铀矿粒度 0.002～0.60 mm，以中粒为主， 0.15～0.60 mm 粒级占94％，细粒和微粒约占 6％，－10 mm 粒级原矿假比重 1.72，真比重 2.56，晶质铀矿密度 9.47 g／ cm3。 因此该矿石是可以通过重选实现富集的。 同 时因晶质铀矿比重大，但性脆，易造成过磨，故该矿石 适合采用阶段磨矿阶段选别工艺进行富集回收。 2 实验室小型试验结果 基于前期该晶质铀矿的实验室小型试验结果可 知，该铀矿适宜采用联合重选富集。 通过一系列不同 重选富集试验，推荐采用“螺旋选矿＋摇床选矿＋尼尔 森脱泥”的选矿方式抛尾，即在磨矿细度－0.074 mm 粒 级占 29％的条件下，采用两段螺旋选矿，将螺旋选矿 精矿送摇床，得到摇床精矿（精矿 1），螺旋选矿尾矿进 行尼尔森脱泥得到－0.038 mm 细泥（精矿 2），螺旋选 矿的中矿、摇床尾矿和脱泥的粗粒级合并为总尾矿。 最终得到产率 2.39％、铀品位 2.52％、回收率 91.88％ 的精矿（精矿 1＋精矿 2） ［7］。 同时通过尼尔森重选试 验发现，尼尔森重选可以得到较高的铀精矿品位。 但 是在后续水冶试验中发现，－0.038 mm 细泥精矿浸出 过程固液分离困难，易进入树脂间隙造成吸附效率降 低。 分析原因主要是因为一次磨矿到－0.074 mm 粒级 占 29％已经造成了部分晶质铀矿过磨和泥化。 因此 决定在扩大连续重选试验中，进一步放宽入选粒度，采 用阶磨阶选尽可能减少晶质铀矿过磨泥化，按照“尼 尔森预选-螺旋选矿-摇床选矿”的原则流程进行试验。 3 扩大连续重选试验流程及方法 依据实验室小型试验结果确定扩大连续重选试验 具体流程为“预先筛分-两段磨矿-尼尔森选矿-螺旋选 矿-摇床选矿”，如图 1 所示。 采用破碎至－12 mm 的原 料进行扩大连续试验以及设备及参数确定试验，磨机 给矿量及给水量分别为 3.5 kg／ min 和 3.5 L／ min。 通 过扩大连选试验来考察该流程对铀矿石的适应性，设 备和工艺的协调性及进一步优化工艺参数，推荐最优 的工艺流程，验证试验室小型试验所取得的指标。 检查 湿筛 螺旋 溜槽 摇 床 尾矿 摇床精矿 原矿 预先 湿筛 检查 湿筛 磨矿 磨矿 尼尔森精矿 尼尔森 选矿 浓密 浓密 图 1 试验原则流程 4 扩大连选试验结果及分析 4.1 一段磨矿条件试验 4.1.1 一段磨矿预先筛分粒度选择 对－12 mm 原矿进行粒度筛析，结果见表 2。 表 2 －12 mm 原矿湿筛粒度筛析结果 粒度／ mm产率／ ％铀品位／ ％铀占有率／ ％ －12＋6 48.560.054 842.57 －6＋4 13.980.058 513.08 －4＋2 8.430.061 58.30 －2 29.030.078 036.05 合计100.000.062 5100.00 从表 2 可以看出，2 mm 粒度预先筛分较为适宜， 可以避免 30％以上的－2 mm 粒级中已经解离的和易 解离的晶质铀矿在磨机中过磨，而且一段磨矿量减少 30％。 4.1.2 一段磨矿磨机类型选择 对比了MB0612 溢流型棒磨机和Ф900 mm 900 mm 格子型球磨机对晶质铀矿的磨矿解离效果，在－2 mm 产 品、＋2 mm 磨机前后设取样点，分析结果见表 3。 16第 4 期崔拴芳等 某晶质铀矿扩大连续重选试验研究 表 3 不同磨机解离效果 磨机 类型 取样时间 ／ min 各取样点铀品位／ ％ －2 mm 产品＋2 mm 磨矿前 ＋2 mm 磨矿后 溢流型 棒磨机 100.072 10.054 20.028 7 200.083 80.057 10.046 4 300.091 40.041 50.043 7 400.091 00.066 90.039 7 500.089 50.065 40.042 3 平均0.085 60.057 00.040 1 格子型 球磨机 100.087 40.062 00.060 3 200.092 30.068 90.051 9 300.090 80.052 20.068 2 400.083 60.061 30.070 4 500.086 90.069 70.070 8 平均0.088 20.062 80.064 3 试验中发现，溢流型棒磨机出现明显的“卡矿”现 象，即出口和入口金属量不平衡，究其原因是晶质铀矿 比重大，初期无法通过溢流口强制排出，随着金属量在 磨机中积累，最终强制排出，这样的结果必然会造成晶 质铀矿的过磨。 因此，不宜使用溢流型棒磨机。 同理 二段磨矿也不宜采用溢流型棒磨机，磨矿后的分级设 备不宜选用螺旋分级进行返砂。 4.1.3 一段磨矿检查筛选择 格子型球磨机磨矿后产品进入检查筛，采用不同 筛孔检查筛对磨矿后产品进行分级，分级后的产品进 行 MLA 分析（MLA650，FEI，USA），结果见表4 和表5。 表 4 一段磨矿晶质铀矿解离度对比 检查筛尺寸 ／ mm 晶质铀矿在颗粒中 所占面积比／ ％ 统计 颗粒数 区间解离度 ／ ％ 累计解离度 ／ ％ 0100.35100.00 （0，20］677.8999.65 （20，40］264.2191.75 1（40，60］72.7687.54 （60，80］45.2984.79 （80，100）45.4179.48 10016274.0974.09 055.33100.00 （0，25］85.2194.67 2 （25，50］214.5889.46 （50，75］230.0874.88 （75，100）00.0044.80 1008644.8044.80 由 MLA 分析可知，1 mm 检查筛获得更少与石英、 云母等脉石连生的晶质铀矿，晶质铀矿自由表面积比 2 mm 检查筛增加 25.46％。 且 1 mm 检查筛筛下完全 解离和富连的晶质铀矿较 2 mm 检查筛筛下增加约 35％，因此避免了晶质铀矿在一段磨机中过磨且同时 充分解离，有必要采用 1 mm 检查筛。 表 5 晶质铀矿连生关系对比表 矿物名称 表面连生／ ％ 2 mm 检查筛筛下1 mm 检查筛筛下 钾长石5.704.56 云母11.582.21 石英13.202.68 高岭石0.080.20 绿泥石0.870.23 黄铁矿1.690.26 铀石2.090.26 磷灰石0.250.05 其他1.100.73 自由表面63.3688.82 4.2 尼尔森选矿机条件试验 为了确定 MD7.5 尼尔森选矿机预选详细的工艺 参数，进行了尼尔森累计给矿量、重力值及给矿浓度的 条件试验，试验流程见图 2。 原矿 泵补加水 预先 湿筛 检查 湿筛 球磨 尼尔森精矿尼尔森尾矿 尼尔森 选矿 -2 mm2 mm 1 mm-1 mm 图 2 尼尔森重选试验流程 4.2.1 尼尔森给矿量试验 尼尔森选矿机重力值 80G、给矿浓度 30％，进行了 尼尔森给矿量条件试验，结果见图 3。 由图 3 可知，随 着累计给矿量增加，尾矿铀品位也逐渐增加，尤其当累 计给矿量在 400～450 kg 时，尼尔森尾矿品位变化明 显，因此累计给矿量选择 400 kg 较为适宜。 累计给矿量／kg ■ ■ ■ ■ ■ 0.027 0.026 0.025 0.024 0.023 0.022 0.021 300350400450500 尼尔森尾矿铀品位／ 图 3 尼尔森给矿量试验结果 4.2.2 尼尔森重力值试验 累计给矿量400 kg、给矿浓度30％，进行了尼尔森 26矿 冶 工 程第 40 卷 重力值条件试验，结果见图 4。 由图 4 可以看出，尾矿 铀品位随着重力值增大先减小后增大，因此选择适宜 的重力值为 100G。 重力值 ■ ■ ■ ■ 0.029 0.028 0.027 0.026 0.025 0.024 0.023 60G70G90G80G110G100G120G 尼尔森尾矿铀品位／ 图 4 尼尔森重力值试验结果 4.2.3 尼尔森给矿浓度试验 尼尔森选矿机重力值 100G、累计给矿量 400 kg， 通过调节尼尔森选矿机补加水量改变选别浓度，进行 了尼尔森给矿浓度条件试验，结果见图 5。 给矿浓度／ ■ ■ ■ ■ ■ 0.044 0.040 0.036 0.032 0.028 0.024 2530354045 尼尔森尾矿铀品位／ 图 5 尼尔森给矿浓度试验结果 由图 5 可以看出，随着给矿浓度增加，尾矿铀品位 先降低后增加，因此尼尔森选矿机给矿浓度选择 30％ 较为适宜，此时尼尔森补加水量为 1.5 m3／ h。 4.3 二段磨矿检查筛筛孔尺寸选择 补加水量1.5 m3／ h、重力值100G 条件下进行了尼 尔森选别试验，二段磨矿后经不同网目检查筛分的筛 下产物 MLA 分析结果见表 6 和表 7。 由晶质铀矿连生关系可知，0.2 mm 检查筛获得晶 质铀矿自由表面积较 0.6 mm 检查筛大 33.25％，单体 和富连的解离度也远远高于 0.6 mm 检查筛，综合考虑 后续摇床重选工艺，选择 0.2 mm 检查筛为宜。 4.4 扩大连续试验 给矿量 3.5 kg／ min，给水量 3.5 L／ min，日处理量 约 5 t／ d，进行了连续 72 h 的扩大连续试验，试验流程 见图 6，产品指标见表 8。 表 6 二段磨矿晶质铀矿解离度对比 检查筛尺寸 ／ mm 晶质铀矿在颗粒中 所占面积比／ ％ 统计 颗粒数 区间解离度 ／ ％ 累计解离度 ／ ％ 000.00100.00 （0，25］111.65100.00 0.2 （25，50］21.9798.35 （50，75］30.8296.38 （75，100）57.9395.57 10013187.6487.64 0711.98100.00 （0，25］1043.6288.02 0.6 （25，50］00.0044.41 （50，75］00.0044.41 （75，100）00.0044.41 1001744.4144.41 表 7 晶质铀矿连生关系对比表 矿物名称 表面连生／ ％ 0.2 mm 检查筛0.6 mm 检查筛 斜长石1.463.68 钾长石3.981.64 黑云母1.0016.77 石英0.7016.87 透长石0.29 钠长石0.23 白云母0.70 铁白云石0.53 铀石0.592.66 磁黄铁矿0.51 黄铁矿0.61 自由表面90.5157.26 检查 湿筛 螺旋 溜槽 摇 床 尾矿1 尾矿2 摇床精矿 螺旋 溜槽 原矿 预先 湿筛 检查 湿筛 球磨 球磨 尼尔森精矿 尼尔森 选矿 浓密 浓密 -2 mm2 mm -1 mm1 mm -0.2 mm0.2 mm 图 6 扩大连续试验流程 36第 4 期崔拴芳等 某晶质铀矿扩大连续重选试验研究 表 8 扩大连续试验结果 产品名称产率／ ％品位／ ％回收率／ ％ 尼尔森精矿0.309.0541.78 摇床精矿2.151.4146.64 尾矿 188.300.00577.74 尾矿 29.250.0273.84 原矿100.000.065100.00 由表 8 可知，通过两段磨矿-尼尔森选矿-螺旋选 矿-摇床选矿的重选富集工艺，其中一段螺旋溜槽补加 水 25 L／ min，二段螺旋溜槽补加水 18 L／ min，摇床冲 程 12 cm，冲次120 次／ min，补加水5.5 L／ min，可以得到 品位 2.35％、回收率 88.42％的铀精矿，晶质铀矿富集效 果优良，扩大试验结果与小型试验结果基本吻合，工艺 稳定可行。 5 结 论 1） 通过两段磨矿-尼尔森选矿-螺旋选矿-摇床选 矿的扩大连续选矿试验，得到了品位 2.35％、回收率 88.42％的铀精矿，富集效果较好，扩大试验结果与小 型试验相吻合，工艺稳定可行。 2） 扩大连续选矿试验结果表明，预先湿筛选择筛 孔 2 mm，可避免 30％以上的－2 mm 粒级已解离的和 易解离的晶质铀矿在磨机中过磨；一段磨矿检查筛选 择筛孔 1 mm，符合阶段磨矿阶段选别的原则；二段磨 矿检查筛选择筛孔 0.2 mm，晶质铀矿解离度可以达到 90％以上，使晶质铀矿得到了充分有效地回收；尼尔森 选矿机重力值 100G、累计给矿量 400 kg、矿浆浓度 30％ （即补加水量 1.5 m3／ h）时可获得较优的生产指标。 3） 采用“两段磨矿-尼尔森选矿-螺旋选矿-摇床选 矿”工艺处理晶质铀矿具有自动化程度高、工艺对设 备需求少、铀回收率高等优点，适宜处理地质品位变化 较大矿区的晶质铀矿。 参考文献 ［1］ 杨 波，肖日鹏，杨 海，等. 悬振锥面选矿机回收低品位伴生晶 质铀矿的研究［J］. 昆明理工大学学报（自然科学版）， 2015，40 （5）27－30. ［2］ 王清良. 铀提取工艺学［M］. 哈尔滨哈尔滨工程大学出版社， 2009. ［3］ 陈佑纬，毕献武，胡 瑞，等. 陕南光石沟伟晶岩型铀矿床黑云母 矿物化学研究及其对铀成矿的启示［J］. 矿物岩石， 2013，33（4） 17－28. ［4］ 汪淑慧. 铀矿石放射性分选的技术与经济［J］. 铀矿冶， 2009，28 （3）126－130. ［5］ 张 涛，梁海军，薛向欣. 重选回收辽宁凤城硼铁矿中铀矿物研究［J］. 铀矿冶， 2009，28（1）1－4. ［6］ 汪淑慧. 铀矿选矿技术研究进展与展望［J］. 铀矿冶， 2009，28 （2）70－76. ［7］ 赵笑益，吴天骄，向 虹. 某晶质铀矿尼尔森重选工艺试验研究［J］. 矿产保护与利用， 2015（5）34－37. 引用本文 崔拴芳， 赵笑益，曹 欢. 某晶质铀矿扩大连续重选试验研 究［J］. 矿冶工程， 2020，40（4）60－64. �������������������������������������������������������������������������������������������������� （上接第 59 页） 选矿机对微细粒磁性铁以及高品位、大比重的弱磁性 矿物赤铁矿的回收效果比原有流程好。 2） ZCLA 精矿品位较原有流程未降低而精矿产率 有较大幅度提升。 模拟选别试验结果表明在－2＋0.5 mm 选别系统中，原有的弱磁选-中磁选工艺对假象、半假 象赤铁矿等过渡性矿物和赤铁矿的回收效果弱于 ZCLA 预选的回收效果。 参考文献 ［1］ 邹 健. 当今国内外铁矿资源供给的新态势［J］. 矿业工程， 2004 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