我国稀土矿选矿生产现状及选矿技术发展.pdf

我国稀土矿选矿生产现状及选矿技术发展 Ξ 车丽萍,余永富 武汉理工大学 资源与环境工程学院,湖北 武汉 430070 摘 要概述了我国稀土资源情况,评述了我国稀土矿选矿厂的生产现状,介绍了稀土选矿的工艺技术、 设备 和药剂的发展,分析了包头稀土矿、 四川稀土矿和南方离子型稀土矿尚需解决的选矿问题,讨论了今后稀土矿选矿 技术及浮选药剂的发展创新方向。 关键词稀土矿;资源;生产;技术;发展;评述 中图分类号TD952;F40613 文献标识码A 文章编号10042027720060120095208 稀土在地壳中的含量为地壳重量的0101 ～ 0102 ,高于钨、 钼、 钴、 铅等元素的丰度,已不是很 稀少的资源了 [1] 。稀土被人们誉为新世纪高科技及 功能材料的宝库,它是发展高新技术的战略性元素。 我国是世界公认的稀土大国,据有关资料显示 [2] ,现 在我国稀土产业在世界上占有四个第一。① 资源储 量第一,占世界的45 左右;② 产量第一,稀土产量 占世界稀土商品量的80 以上;③销售量第一, 60 以上的稀土产品出口到国外;④ 用量第一,从中 低档初级产品到深加工高档产品都能生产供应,新 材料领域的应用量已占总消费量34 。我国已经 成为世界上唯一的可以大量供应各种不同品种、 不 同品级稀土产品的国家,在世界稀土市场上具有支 配和主导地位。 1 我国稀土资源 我国是世界上稀土资源最丰富的国家,据有关 资料统计,我国稀土资源20世纪70年代占世界总 储量的70 ,90年代下降至45 左右,这主要是国 外近20年来在稀土资源的勘查与研究方面取得很 大进展,先后发现了一大批超大型稀土矿床。 我国稀土矿床主要成因类型可分为8种。① 海 底喷流溢沉积型或海相火山沉积稀有金属碳酸 岩型 , 如内蒙古白云鄂博矿床;② 沉积型,如贵州织 金和云南昆明稀土矿床;③ 变质岩型,如湖北大别山 矿床;④ 花岗岩型,如山东微山和内蒙古801矿床; ⑤ 花岗岩风化淋积型,如江西寻乌、 龙南和福建长汀 等南方离子型矿床;⑥ 岩浆碳酸岩型,如湖北庙垭和 新疆瓦吉尔格等矿床;⑦ 碱性岩型,如四川冕宁和辽 宁赛马等矿床;⑧ 海滨砂矿,如广东、 海南和台湾等 矿床。在我国已发现的最具有工业意义的稀土矿床 是海底喷流溢沉积型、 碱性岩型、 花岗岩风化淋积 型等稀土矿床。我国稀土资源成矿条件十分有利、 矿床类型齐全、 分布面广而又相对集中,目前,地质 科学工作者已在全国三分之二以上的省区发现上 千处矿床、 矿点和矿化产地,但集中分布在内蒙古的 白云鄂博、 江西赣南、 广东粤北、 四川凉山和山东微 山等地,形成北、 南、 东、 西的分布格局,并且有北轻 南重的分布特点。 我国主要的稀土矿床约占我国总储量的95 以上 , 基本上是1949年新中国成立后逐渐发现和 经勘探查清其储量的。内蒙古白云鄂博、 四川凉山 冕宁牦牛坪、 山东微山、 南方七省区等地是我国稀土 资源集中分布区。全国稀土资源已探明储量、 工业 储量、 远景储量如表1。 表1 全国稀土资源已探明储量、 工业储量、 远景储量Π 吨 地 区探明储量工业储量远景储量 内蒙古白云鄂博106004350 13500 南方七省区8401505000 四川凉山240150 500 山东微山1270400 1300 其 它220150 400 总 计127705200 21000 第27卷 第1期 2006年2月 稀 土 Chinese Rare Earths Vol127 ,No11 February 2006 Ξ 收稿日期2005211216 作者简介车丽萍19612 , 女,河北保定人,博士研究生,高级工程师,主要从事稀土选矿研究。 2 稀土精矿生产 [4] 我国稀土资源的开发利用始于20世纪50年 代,50年代初期发现并探明内蒙古白云鄂博超大型 铁、 铌、 稀土矿床;60年代中期发现江西、 广东等地 风化壳淋积型离子型矿床;70年代发现山东微山 稀土矿床;80年代发现四川凉山 “牦牛坪式” 大型稀 土矿床等。 1978年以前稀土的开采生产量都较小,高品 位稀土精矿还在试验阶段。80年代初期包钢选矿 厂开始生产高品位稀土精矿,南方风化壳淋积型稀 土矿处于试开采阶段,年产量仅为60吨, 1985年 我国稀土精矿产品产量达115万吨;经过1987年 以来选矿技术的发展,稀土精矿的生产水平和产品 质量都产生了质的飞跃,年产精矿突破2万吨; 1988年达21964万吨,稀土精矿产量居世界之首; 1990年四川冕宁开始生产氟碳铈矿稀土精矿,当 年生产730吨; 1995年稀土产量达到418万吨; 1999年我国稀土精矿产量已达到7万吨,其中包 头稀土精矿4115万吨,冕宁矿1125万吨,微山湖 矿1000吨,风化壳淋积型稀土矿5000吨,产量和 质量满足了国内生产和出口的需要,形成包头、冕 宁、南方风化壳淋积型稀土矿三足鼎立、优势互补 的格局;从2002年的年产8184万吨,到2003年的 年产912万吨,我国稀土精矿产品产量已占世界产 量的9415 ; 2004年稀土矿产品产量继续增长, 产量达到9183万吨以REO计 , 同 比 增 长 6184 ,其中包头稀土精矿4166万吨,四川冕宁 矿2117万吨,风化壳淋积型稀土矿3万吨。各种 类型矿的主要生产厂家见表2。 目前,我国稀土精矿产品品种有包头稀土精矿 混合型稀土精矿 , 品位为REO≥50 和REO 30 ～40 以及单一氟碳铈矿精矿和独居石精矿;四川 和山东的氟碳铈矿精矿,品位为REO≥50 和REO 30 ～40 ;广东的独居石精矿,品位为REO～ 60 ;广东的磷钇矿精矿,含REO 30 ,其中含Y2O3 25 ;南方风化壳淋积型稀土矿,含REO≥92 。图 1示出1987年～2004年三大精矿产品产量及总产 量。 我国稀土生产企业现有168家,其稀土精矿处 理能力可达到1515万吨,稀土精矿生产能力可达 1016万吨,稀土精矿原料主要有4大类,①包头混 表2 我国主要的稀土精矿生产厂家 公司厂名称产 品 内蒙古包钢稀土高科技股份有限公司混合稀土精矿 包头市达茂稀土有限责任公司混合稀土精矿 包头市白云铁矿博宇公司混合稀土精矿 包头市汇全稀土实业集团有限责任公司混合稀土精矿 成都飞天稀土实业有限公司氟碳铈矿精矿 四川省冕宁县方兴稀土有限公司氟碳铈矿精矿 四川智能稀土科技股份有限公司氟碳铈矿精矿 四川南俊稀土开发有限责任公司氟碳铈矿精矿 四川省冕宁县昌华稀土公司氟碳铈矿精矿 四川冕宁昌兰稀土公司氟碳铈矿精矿 山东省微山华能稀土公司氟碳铈矿精矿 赣州南方稀土矿冶有限责任公司风化壳淋积型稀土矿 龙南县万宝稀土分离有限责任公司高钇风化壳淋积型稀土矿 江西省信丰县稀土矿公司风化壳淋积型稀土矿 广东省揭西县土地矿产资源开发服务公司 风化壳淋积型稀土矿 湖南永州市湘江稀土有限公司风化壳淋积型稀土矿 图1 1987年～2004年我国稀土矿产品产量及 稀土精矿年总产量 合型稀土精矿,产量占49178 ,共有87家生产企 业,精矿处理能力10万吨,精矿生产能力7万吨;② 四川氟碳铈矿精矿,产量占24185 ,共有32家生产 企业,精矿处理能力3万吨,精矿生产能力118万 吨;③南方风化壳淋积型稀土矿,产量占21103 , 共有43家生产企业,精矿处理能力2万吨,精矿生 产能力115万吨;④ 独居石精矿,产量占4134 ,共 有6家生产企业,精矿处理能力5000吨,精矿生产 能力3000吨。综上所述,我国稀土精矿处理能力大 于精矿生产能力,实际上稀土精矿仅能满足稀土生 产的85 。 69稀 土 第27卷 3 选矿工艺技术 311 白云鄂博矿 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,稀土矿物有15种之多,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。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01074mm～0101mm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。 稀土矿物选矿亟待解决的问题是稀土矿物与铁 矿物、 铌矿物、 硅酸盐矿物以及含钙、 钡等矿物的有 效分离。目前回收白云鄂博矿中的稀土矿物采用的 方法主要是浮选工艺,含稀土的入选原料经过一粗 二精一扫浮选工序就可生产出50 REO的混合稀 土精矿,如果需要60 REO的精矿,只需增加一道 精选即可。稀土选矿工艺流程见图2。还可根据需 要对混合稀土精矿进行氟碳铈矿与独居石的浮选分 离,得到单一的稀土精矿。 图2 白云鄂博矿浮选稀土矿物工艺流程示意图 31111 弱磁选 强磁选 浮选工艺 [5] 该工艺首先将原矿石磨至 60 的高品位稀土精矿可作为碱法冶炼和分 离单一稀土的原料 , 同时选矿成本大幅度下降。在 从反浮泡沫中浮选稀土矿物时,必须加大水玻璃的 用量。同时剩余石蜡皂则具有强化H205捕收稀土矿 物的目的,起到了一种辅助捕收剂的作用。 31512 药剂 稀土浮选新药剂 [7]LF - 8 和LF - 6捕收剂代替 H205、H316和H103在稀土高科稀选厂进行工业应用试 验,最终获得了精矿稀土品位60163 REO ,回收率 63189 ,精矿产率10175 ,尾矿稀土品位3198 的 工业试验指标。并解决原使用药剂H205、H316和H103 外地厂家生产运距远、 价格高、 氨水配制、 高温浮选 等问题。已投入生产,结果表明,新药剂较原药剂每 吨精矿节省捕收剂4148公斤,节省起泡剂2126公 斤,加之低温节能,合计年新增综合经济效益近千万 元。 31513 设备 磁选机 [8] 。新型专利钕铁硼磁选机已开发成系 列产品,磁选机的场强为100MT～750MT;极数为8 ～12极;磁包角为140 ～155;穿透深度及磁场梯 度,根据所选试料的不同,进行专门的设计和制造。 采用专利制造的永磁型磁选机,分别对包钢、 舞钢、 酒钢的铁矿物进行回收;对硫酸渣及高炉瓦斯灰的 铁矿物回收,均取得了成功,生产指标远远大于目前 传统磁系磁选机的生产指标。规格为1050 2400mm ,场强为750MT的钕铁硼磁选机,可用于稀 土的磁选。 螺旋溜槽 [9] 。四川冕宁昌兰稀土公司根据重选 尾矿性质采用预先分级螺旋溜槽回收重选尾矿中氟 碳铈矿物试验。稀土回收率可提高2 ～3 ,取得 较好的经济效益。 浮选柱 [10] 。回收稀土矿物所用浮选柱是在杰 姆森浮选柱基础上演化而来的。它由喷射器、 矿化 管、 槽体、 泡沫槽、 尾矿管等组成。在实际生产实践 中,浮选柱浮选稀土精矿采用的药剂方案与机械搅 拌式浮选机相同,为抑制剂-捕收剂-起泡剂组合 方案,浮选浓度一般为45 ～55 ,浮选温度为 40℃ ～50℃,浮选pH值为9～915 ,在用药量较佳的 情况下,对某稀选厂尾矿进行稀土回收,虽然入选原 料的品位较低,但可获得REO 41181 的稀土精矿, 并且回收率可达57124 ,这是机械式浮选机所不 能比拟的。同时在应用浮选柱的过程中,只要控制 好前面所说的工艺条件,即可获得较好的选别指标, 与机械浮选机相比,操作过程简单方便,易于管理。 4 问题和对策 411 资源浪费 稀土属战略资源,但资源的无序开采却久禁不 止,我国南方其它省、 区风化壳淋积型稀土资源、 四 川凉山稀土资源的开采,长期处于无序状态中,无技 术开采选,乱采滥挖,采富弃贫,采矿回收率低,资源 浪费严重并且造成环境污染和生态危机。资源无序 99第1期 车丽萍等我国稀土矿选矿生产现状及选矿技术发展 开采的直接结果会造成源头产品过剩和低价倾销, 刺激了初级产品加工企业的无序竞争与发展,致使 大量低水平重复建设项目不断派生,持续供大于求。 据调查,全世界稀土市场每年需求折合成100 氧 化物REO约8万吨,而目前我国稀土的生产能力 已经达到18万吨,实际生产量超过10万吨,有80 以上的过剩量。四川凉山地区稀土精矿的生产能力 超过4万吨,白云鄂博矿多家选矿,且规模不断扩 大,其总生产能力大于10万吨,致使精矿产量长期 供大于求。按照现有的生产工艺及矿石品种构成, 白云鄂博矿床的大量稀土将流失,随尾矿堆置于尾 矿坝。随着开采深度的增加,高稀土矿带分布分散, 损失贫化率上升,稀土资源将陷于枯竭的局面。白 云鄂博丰富的铌、 钍、 钪、 钾、 氟、 磷等未开发利用元 素的资源亦随着铁、 稀土的开采生产被浪费。四川 凉山牦牛坪式稀土矿床中的萤石、 重晶石等可利用 的矿物和有益元素均排放到尾矿坝或河流中被洪水 夷尽,造成资源的极大浪费。这既损害了国家和行 业的整体利益,又严重破坏了宝贵的资源。 关于我国稀土资源开发利用与可持续发展对 策,应当根据我国稀土资源的特点、 优势、 开发利用 现状和发展进行。首先是健全体制,依法采矿。在 稀土资源的开发利用管理上,由政府有关部门牵头 协调,由有关稀土资源开发企业共同组成 “欧佩克 式” 的稀土矿业联合体,按照市场需求对稀土资源开 采、 精矿生产实行 “五统一” 管理,即 “统一发展规划、 统一生产计划、 统一开采加工、 统一产品价格、 统一 对外销售” 。杜绝一切形式的非法无证采矿和私人 采矿;严禁乱采滥挖,破坏资源和环境的不良行为; 清理、 整顿、 重新登记获得批准对稀土资源的开采; 制定相应的采选综合回收和环保等经济技术指标, 达到标准者方能发放采矿证;其次是加强科技研究, 提高资源综合利用水平。内蒙古白云鄂博矿床铁、 稀土、 铌、 钍、 钪、 钾、 氟、 磷等元素的综合利用和四川 凉山牦牛坪式稀土矿床的萤石、 重晶石等综合利用 应列为国家重大攻关项目重点给予支持;次之是加 强高品位稀土精矿的勘查与研究,提高可采储量保 有程度,确保世界稀土资源大国的地位;最后是成立 国家稀土资源产品储备调节库,调控稀土原料市场 与价格。 412 技术落后 我国稀土选矿技术近年来发展缓慢,仍然存在 着生产成本高、 精矿质量低、 回收率低、 稀土资源及 相伴生的有用组分综合利用率水平低等问题,究其 原因是科学研究工作滞后,致使宝贵的资源没有得 到充分利用,甚至造成环境严重污染。白云鄂博矿 的稀土回收率和资源利用率都较低;四川凉山牦牛 坪式稀土矿采用的选矿设备落后,浮选药剂性能较 差,和美国同类矿物选矿相比约低了15 以上;我 国南方风化壳淋积离子型稀土矿的原地浸矿工艺尚 有矿体底板的结构构造不明,造成浸矿时漏矿,资源 回收率低的缺点。 针对稀土选矿的落后问题,建议国家稀土主管 部门和科技部就我国稀土资源的综合利用设立专项 研究基金,进一步降低稀土选矿的生产成本,提高稀 土精矿品位和回收率及伴生有用矿物的回收和综合 利用率,特别是内蒙古白云鄂博铁、 铌、 稀土矿床的 综合利用应列为国家重大攻关项目重点给予支持。 白云鄂博矿床综合利用第一主攻目标是稀土的回收 率应由目前的7 提高到15 ～20 以上包括尾 矿坝中含稀土氧化物 5 的尾矿工业性试验研 究 ; 第二主攻目标是对铌、 钍、 钪、 钾、 氟、 磷等元素 的综合回收利用,加强资源的勘查,回收提取工艺的 研究包括药剂、 工艺流程等以期获得实质性突破 ; 第三主攻目标是白云西矿区铁矿体上盘铌矿体的开 发利用研究,在进一步查清矿床物质成份、 矿物粒 度、 结构构造与嵌布特征的基础上,进行选冶试验研 究包括药剂、 工艺流程等以期获得实质性突破。 我国南方风化壳淋积离子型稀土矿的开发利用,在 大力推广 “原地浸矿工艺” 的同时,还应继续进行 “复 杂类型” 矿床浸取工艺研究,特别是矿体底板特征的 研究以及由于浸矿而可能引发的山体滑塌,泥石流 等地质灾害的研究。加强四川凉山牦牛坪式稀土矿 床中的萤石、 重晶石等有用矿物的综合回收利用,同 时开发新的工艺使选矿的回收率提高到80 ,稀土 精矿品位稳定达到70 。 5 发展方向 目前我国使用的工业稀土矿物主要是白云鄂博 混合型稀土矿、 四川的氟碳铈矿和南方风化壳淋积 离子吸附型稀土矿。白云鄂博矿发展方向是提高稀 土选矿回收率和资源利用率,保护好稀土二次资源 避免稀土尾矿的贫化 ; 四川氟碳铈矿的发展方向 是改进选矿工艺和设备,提高选矿回收率和精矿品 位。稀土含量大于70 的稀土精矿要降低成本,规 模生产,为冶炼厂提供精料。南方风化壳淋积离子 001稀 土 第27卷 吸附型稀土矿应大力推广使用原地浸出工艺技术并 要提高浸出过程的自动化水平,研究开发新型浸取 剂,提高浸出液中的稀土浓度,进一步提高稀土浸出 率。可见稀土选矿的研究发展方向必须服从工矿企 业生产需求,解决工业上存在的实际问题,即进一步 降低工业生产稀土精矿成本,同时提高稀土精矿的 品位及回收率,以满足企业 “精料” 的需要,有利于企 业在激烈的市场中竞争,同时做好环境保护和生态 平衡以及资源综合利用的工作。因此,降低成本、 提 高品位、 提高回收率、 提高资源利用率就是我国稀土 矿选矿的发展方向。实现的途径主要有三种,一是 新工艺的研制;二是新药剂的研制;三是新设备的研 制。工艺、 药剂、 设备的任一突破都会带来稀土选矿 的革命,浮选药剂和选矿设备的进步直接关系到选 矿工艺的重大革新。 511 工艺 根据稀土浮选入选原料的理化性质、 化学成分、 矿物组成、 矿物种类、 矿石类型、 赋存状态、 矿石结 构、 矿石构造、 矿物的特征及嵌布关系、 矿物粒度及 解离度、 矿物的物理性质和表面性质、 矿物的可选性 以及选矿的方法,制定相应的选矿工艺流程;针对新 型药剂和药剂制度的特点改变选矿工艺流程;稀土 冶炼技术和方法的变化和进步对稀土精矿有着新的 要求,新的稀土选矿工艺流程需研究改进;新型设备 的引入和应用,与之相应的新的稀土选矿工艺流程 必将诞生;重-磁,重-浮,磁-浮,重-磁-浮作 业可前后代替联合工艺将是研究的主要内容。 512 药剂 目前,工业生产选别稀土矿物的捕收剂主要以 H205为代表,但该药剂存在着价格昂贵的缺点。在 稀土工业生产上要求应用的捕收剂不仅具有较强的 捕收能力和有良好的选择性能,又要具备价格低廉 及用量少等特点。因此,稀土选矿药剂的研究应从 以下几点着手。① 降低合成原料成本。如目前羟肟 酸的工业生产仍以羟胺法为主,羟胺法具有工艺条 件简便,产率高的优点,但要解决原料羟胺的价格 贵,产品成本高的问题。因此,降低羟胺的价格是降 低羟肟酸生产合成成本的关键。生产羟胺的方法各 有其特点,在合成生产中应根据实际情况,采用较合 适的工业生产方法,以降低羟肟酸的合成成本。② 药剂结构的研究。捕收剂疏水基团R的长短对捕 收剂的捕收力和选择性有较大的影响。在合成具有 良好的选择性,且捕收能力适中的捕收剂时,注意选 择合适疏水基团R的长度。③组合药剂。由于药 剂间的协同效应对浮选过程产生的积极影响,越来 越多的选矿厂逐渐意识到单一药剂的局限性,并从 组合用药的实践中获得了巨大的经济效益。例如芳 香烃类羟肟酸对稀土矿物的选择性较好,但作为浮 选氟碳铈矿的捕收剂的研究,其捕收能力略差,采取 混合用药,芳香烃类羟肟酸与少量的捕收能力较强 的环烷基羟肟酸配合使用,可弥补其缺点,显出良好 的捕收能力。再如,羟肟酸捕收剂选别性能好,但价 格昂贵。羟肟酸与异辛醇和煤油混用的试验 [11] ,结 果表明其协同效应明显,在保证选择性能的情况下 捕收能力得以加强。该实验不仅减少了羟肟酸药剂 的用量,而且还降低了工业生产的成本。 513 设备 随着稀土选矿技术的进步,重磁浮的设备不断 地研制和开发。重力选矿设备将向着占地面积和空 间小、 处理量大、 设备使用效率高、 单机作业率高及 生产能力强的方向开发研制设备。磁力选矿设备需 要高磁场强度,同时操作简单解决磁极易堵塞的问 题的磁选机,如高梯度磁选机的研制。浮选设备的 开发和研制,也应该发展占地小,处理量大,作业率 高,效率高,易操作的浮选机,例如浮选柱的改进等。 考虑待选的原料越来越贫、 细、 杂,同时兼有重磁、 重 浮、 磁浮特性的多功能组合选矿设备的开发研制应 用显得极为重要。 参考文献 [1] 张培善,陶克捷 1 中国稀土矿物学[M]1 北京科学出 版社,199813241 [2] 刘余九 1 中国稀土产业技术发展战略的研究[J ]1 稀 土,2002 ,234 692711 [3] 侯宗林 1 我国稀土资源开发利用与可持续发展[A]1 中国稀土资源综合开发利用与可持续发展学术研讨会 论文集[C]1 昆明地采选专业委员会,200414271 [4] 苏文清,等 1 中国稀土产业概览[M]1 包头中国稀土 产业概览 编委会,20041122131 [5] 余永富 1 我国稀土矿选矿技术及其发展[J ]1 中国矿业 大学学报,2001 ,306 53725421 [6] 宋常青,赵建春,刘跃 1 降低包头白云鄂博稀土精矿成 本新工艺研究[J ]1 稀土,1999 ,202 5281 [7] 赵春晖,陈宏超,岳学晨 1 新型浮选药剂LF - 8、LF - 6 在稀土选矿生产中的应用[J ]1 稀土,2000 ,213 123; 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21Wuhan Institute of Chemical Technology,Wuhan430073 ,China AbstractDevelopment progress and research connotation of green chemistryof extraction process of rare earthfrom the weather2 ing crust elution - deposited rare earth ores in China were reviewed in detail1Some problem existed in green chemistry of extraction process were discussed1The development orientation are suggested1 Key words weathering crust elution - deposited rare earth ores; extraction; green chemistry; research connotation 201稀 土 第27卷