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包头矿铌资源综合利用赵团2004-9-30讲座内容•一、铌资源概况•二、铌矿的选矿•三、铌的冶金•四、体会和感想一、铌资源概况•1、世界铌资源•世界铌总储量为29630万吨。巴西是目前铌储量最大的国家，占世界储量的78％，特点是储量集中，平均品位高（＞2％）。加拿大的铌储量居世界第2位，占世界储量的6.64％。非洲只有扎伊尔和尼日利亚有一些铌储量。美国将Nb2O5含量低于0.25％的铌资源划入次经济资源，下表包括次经济铌资源及各矿区储量。•2、中国铌资源分布•我国现已探明并拥有工业储量的铌矿床共97处，分布在15个省（区），特大型（Nb2O5＞50万吨）两处，大型矿床（＞10万吨）4处，中型矿床（1万～10万吨）5处，小型矿床（＜1万吨）88处。其中内蒙古、湖北、广东、江西和陕西等省（区）储量之和已占全国储量的99％，内蒙古铌储量占全国储量的72％。•3、白云鄂博铁、稀土、铌矿床•白云鄂博铌分布在东西长18公里，南北宽2～3公里的一个狭长的白云鄂博含矿带内。根据各区段热源蚀变性质，铁、稀土、铌的矿化强度以及产出部位的不同将含矿带从东到西分为“东部接触带铌矿床（包括菠萝头稀土铌矿床）”、“东矿铌、稀土、铁矿床（包括东介勒格勒）”、“主矿铌、稀土、铁矿床（包括高磁区）”、“西矿铌、稀土、铁矿体”四个主要矿段。•白云鄂博矿区各矿段矿石类型、物质成分、结构构造、铌矿物种类、特征以及粒度和嵌布关系如表3-15。•白云鄂博铌矿资源特征如下：•①同体、异体共生铌矿兼有•在西矿铁矿体、主东矿铁矿体、东介勒格勒铁矿体内铌矿与铁矿、稀土矿同体共生，可在选铁、稀土矿的尾矿中回收利用；•在主矿、东矿、西矿、东介勒格勒铁矿体上下盘围岩-板岩、白云岩中的铌矿以及在铁矿体外围菠萝头山、东部接触带中的铌矿可以单独圈出、单独开采，有利于通过选矿、冶炼回收利用。•②分布广规模大•白云鄂博矿区各铁矿体、铁矿体上下盘围•岩、圈出的铌矿体中都含有铌。•总之，铁矿体外铌氧化物为180.4万吨，铁矿体内铌氧化物为141.6万吨，全区铌氧化物322.0万吨，因此，白云鄂博铌矿属超大型铌矿床。•③铌矿石类型多•按矿石的矿物组合和矿石中铁、铌稀土含量将矿石分为十几种类型，独立于铁矿体以外的主要铌稀土矿石类型如下：•黑云母型铌稀土矿石，白云岩型铌稀土矿石，钠辉石型铌稀土矿石，板岩型铌稀土矿石，金云母透辉石型铌矿石，钠门石长石型铌矿石，黑云母钠门石型铌稀土矿石。•④铌矿物种类多•由于成矿条件复杂，致使矿石化学成分及元素共生也复杂，矿物种类繁多，多呈系列出现，并且矿物在空间分布上有一定特点。•a.白云鄂博矿区至今已发现70余种元素，140多种矿物，铌矿物有7个族l8种。其中主要铌矿物如表3-16所示。独立于铁矿体以外的铌矿石与铁矿石相比，以富铌贫铁为特征。b.由于多期成矿作用重叠，很多矿物呈系列出现。下面重点列出矿物系列。•锶、钡、钙、镁、锰、铁碳酸盐系列：白云石系列：白云石、含铁白云石、铁白云石、锰铁白云石、锰白云石等；菱铁矿-菱镁矿系列：菱铁矿、镁菱铁矿、菱镁铁矿、菱铁镁矿；菱铁矿-菱锰矿：铁镁菱锰矿、菱锰矿等；方解石系列：方解石、镁方解石等；锶钡碳酸盐类：β-菱锶矿、菱锶矿、毒重石、菱碱土矿、斜钡钙石等；•稀土碳酸盐系列：碳铈钠矿、镧石等；稀土氟碳酸盐系列：氟碳铈矿、氟碳钙铈矿等；钡稀土氟碳酸盐系列：（氟碳铈矿）、氟碳钡铈矿、黄河矿、氟碳铈钡矿、中华铈矿、白云矿等；锶稀土磷酸盐矿物：大青山矿等；•稀土磷酸盐矿物：独居石、铈磷灰石、磷硅钙铈矿、磷稀土矿等；•铌铁矿-铌锰矿系列：铌铁矿、锰铌铁矿、铌锰铁矿、铌锰矿等；•褐钇铝矿-褐铈铌矿系列：褐铈铌矿、p-褐铈铌矿、钇褐铈铌矿、褐钇铌矿、含铈褐钇铌矿。钕褐钇铌矿（β）等。铈褐钇铌矿、单斜钕褐钇铌矿、单斜褐钇铌矿、含钕单斜褐钇铌矿。钛铁金红石-钛铌钽矿：钛（铌）铁金红石等。c.单个矿物及矿物族的出现。铌钙矿；易解石族矿物（铈铌易解石、钕铌易解石、钕易解石、铈易解石、富钛钕易解石；烧绿石族矿物（烧绿石、含铈烧绿石、含钛烧绿石）；包头矿d.铌矿物的空间分布特征。矿区铌矿物种类繁多，各区段铌矿物种类和含量不尽相同。西矿铌铁矿占主导地位，如白云岩型铌矿石的铌铁矿中Nb2O5占有率91％；主东矿各种铌矿物含量较均衡，但对西矿和东部接触带而言，主东矿易解石和铌铁金红石含量明显偏高；东部接触带则富含铌钙矿为特征，在白云岩型铌矿石中铌钙矿Nb2O5占有率为78％，各区段铌矿物组成见表3－17。•⑤.铌矿物分布不均•不同的含铌矿体，广泛分布在各铁矿体和它们的围岩及铁矿体外围，显示出铌矿化的不均匀性。•从铁矿体看，主矿铁矿体含铌量最高，平均含Nb2O50.137％；东矿铁矿体次之，平均含Nb2O50.122％，西矿铁矿体最低，平均含Nb2O50.071％。•从铁矿体外围及围岩看，西矿铁矿体围岩含铌量最高，平均含Nb2O50.268％，东部接触带铌矿体次之，平均含Nb2O50.163％，再次是菠萝头山平均含Nb2O50.097％，最低是主东矿上下盘围岩，平均含Nb2O50.087％。但是，主东矿上下盘霓石岩中存在含Nb2O50.103％～0.296％的铌富集带。•⑥铌主要集中分布在铌矿物中•主东铁矿体内85％的铌以铌矿物形式出现，主要有铌铁矿、铌铁金红石、易解石和烧绿石四种矿物；•西矿铁矿体铌分配在铌铁矿、易解石、铌钙矿、烧绿石、铌铁金红石、包头矿中；•东部接触带的铌主要赋存在铌钙矿、易解石、褐铈铌矿、铌铁矿和铌铁金红石等矿物中；•菠萝头山主要以铌铁矿、烧绿石、易解石、铌铁金红石为主。•⑦白云鄂博铌矿体内的铌矿物嵌布粒度随不同矿体和地段粗细并存，如表3-18所示。二、铌矿的选矿•复合铌矿——白云鄂博矿的选矿1、概述•白云鄂博矿为沉积变质-热液交代型铁、稀土、铌巨型矿床，其中主要铌工业矿物是铌铁矿、铌钙矿、铌铁金红石、易解石和烧绿石，占铌分布率的81%；该矿已发现71种元素，114种矿物，其中有用矿物40余种，含量达60%～75%。由该矿的各主要矿物的选矿物理化学特性（见表4-26）表明，矿石性质复杂，实属多金属难选矿石。•经过三十多年的工艺矿物学研究表明：不同种类的铌矿物产于不同矿体和部位，其嵌布粒度相差很大。•易解石嵌布粒度较粗，但它属低铌矿物，在铌矿物中占的比例较小；•铌铁矿、烧绿石、铌铁金红石等嵌布粒度较细，其中铌铁金红石属低含铌矿物，但在铌矿物中所占比例较大；•烧绿石虽属高含铌矿物，但在铌矿物中所占比例较小，且这四种含铌矿物的物理化学性质差异较大。在各类型矿石中铌矿物的嵌布粒度状态及其大致含量分别见表３-18和表４-27。•它与国外铌矿物相比有以下特点：•（1）品位低，Nb2O5含量仅为0.08%～0.14%。•（2）含铌矿物种类多，且以低含铌矿物为主，高含铌矿物少，并有19%的铌以分散状态存在于其它矿物中。•（3）铌矿物嵌布粒度细，小于20um者占大部分，而且与其它矿物密切共生。•由于白云鄂博矿主要特点是贫、细、杂，从而造成可选性差异小，给铌矿物的选别富集带来了困难．理论上难以获得高品位的铌精矿，也难以达到比较高的回收率。•几十年来，我国有关研究机构对白云鄂博矿铌资源的综合利用做了大量的研究工作，逐渐形成了高炉-转炉-电炉-电炉火法提铌工艺，虽然技术上可行，但该工艺复杂，成本高，产量小，铌的回收率仅为0.6%，没有从根本上解决综合利用问题，特别是选矿还处在研究开发阶段，尚未形成生产能力。•在30多年对白云鄂博铌资源综合利用选矿探索和研究的基础上，逐步对其综合利用途径和选矿规律有了深入的认识，无论是试验规模还是选别指标都有了很大提高，特别是实施国家“八五”重点科技攻关计划期间选铌取得了突破性进展，选矿指标如表4-30。•白云鄂博矿的几种主要选铌工艺•1、主东矿选铌工艺研究•（1）从混合浮选-絮凝脱泥选铁尾矿中选铌•混合浮选-絮凝脱泥综合回收铁、稀土工艺试验发现，大部分Nb2O5富集于絮凝脱泥的尾矿中。该工艺的原则流程如图4-52所示，脱泥尾矿主要化学成分含量（％）如下：•Nb2O50.31，SFe16.20，SiO242.00，CaO7.20，MgO1.31，BaO1.85，Al2O32.26，TiO20.70，S0.56，P2O51.69，FeO1.38；•粒度组成、铌物相分析列于表4-31至表4-32。该试料的特点是：①矿物组成比原矿简单；②Nb2O5的品位比原矿富集了三倍左右；③铌矿物均单体解离；④矿量少，仅是原矿量的1/5左右。可见浮选-絮凝脱泥流程的尾矿具有回收铌的有利条件。采用如图4-54的选矿工艺，以硫酸进行酸处理，清洗矿物表面，搅拌、水洗、浓缩，一直清洗到中性，再加盐酸作pH调整剂，甲苯胂酸与煤油为捕收剂。起泡剂进行铌粗选；再加草酸、硝酸铅、混合捕收剂、起泡剂进行精选，较好地实现了铌矿物与脉石矿物的分离，得到含Nb2O56%，回收率25％～27％的铌精矿。•（2）还原焙烧磁选尾矿选铌研究•还原焙烧磁选工艺处理白云鄂博矿中贫氧化铁矿石，在包钢选矿厂已经投产多年，它是将白云鄂博中贫氧化铁矿石首先进行高温焙烧，使赤铁矿氧化具有磁性，然后通过磁选将其回收，矿石中的稀土和铌尚未回收利用。焙烧磁选尾矿的铌比原矿有所富集，其物质组成多元素分析及铌的物相分析如表4-35和表4-36。•根据物质组成，采用硫酸、草酸、明矾作调整剂，硝酸铅作铌的活化剂，甲苯胂酸和煤油混合捕收剂、起泡剂等药剂组合为铌浮选的药剂制度，拟定了优先浮选铌和混合浮选萤石稀土后再进行铌浮选的工艺。铌浮选pH=5.6～6，浮选温度为30ｏＣ。铌浮选工艺及选别结果如图4-55和图4-56。•（3）弱磁-强磁-浮选尾矿选铌研究[余永富]•①磁选工艺预先富集铌•中贫氧化矿直接选铌显然是经济上不允许的，必须在选铁、稀土的同时，实现铌的预先富集，并力求减少富集物中脉石矿物种类。•②铌浮选试验研究•强磁中矿矿物组成较原矿简单，细泥基本得到脱除，表面未受到任何药剂污染，是很好的浮选回收铌、稀土的原料。•根据工艺条件和药剂制度，在包钢选矿厂二系列进行弱磁-强磁浮选（先浮稀土后浮铌）新工艺综合回收铌的工业分流试验，取得了突破性进展，首次在工业生产条件下，从中贫氧化矿选矿得到含Nb2O50.82%，TFe42.52%的铌精矿，Nb2O5浮选作业回收率为53.48%，全流程回收率达到15.89%。该工艺简单易行，对原矿有很好的适应性，选别过程稳定，具有较大的经济效益和社会效益。铌精矿可作为冶炼铌铁和铌磷半钢的原料。•（4）强磁中矿选稀土尾矿选铌研究•包钢选矿厂一、三系列是采用长沙矿冶研究院研究的弱磁-强磁-浮选工艺改造而成的，是包钢选矿厂处理中贫氧化矿的主要生产系列。铌在其中的强磁中矿选稀土尾矿中得到较好的富集。为此，国家将从包钢选矿厂一、三系列弱磁-强磁-浮选稀土尾矿中选据作为“八五”重点攻关项目。先后有十多家科研院所和高等院校对其进行研究。•①以浮选为主及浮选-磁选工艺•长沙矿冶研究院、包钢稀土研究院、北京有色金属研究总院和广东有色金属研究院均采用以浮选为主或浮选-磁选联合的工艺流程进行选铌小型试验研究。•②以重选-磁选开头的联合工艺•赣州冶金研究所应用新型选矿设备进行选别铌矿物的试验研究，•2、白云鄂博西矿铁矿体选铌研究•白云鄂博西矿不是单一铁矿床，与主东矿一样是多金属共生矿床，矿石中除含铁之外，还富含铌、稀土、硫等有用矿物。特别是铌矿物，以铌铁矿为主，比主东矿的铌矿物易选。•（1）弱磁-重选-浮选工艺•（2）弱磁-浮选-重选-浮选-还原焙烧磁选工艺•（3）弱磁-浮选-反浮选工艺•3、东部接触带白云岩铌矿体的选矿工艺•东部接触带包括三个矿体，2＃矿体是其中之一。东部接触带白云岩铌矿体储量大，工业铌矿物多，粒度也较粗，是获得高品位铌精矿较好的矿体。（重选-浮选-磁选）三、铌的冶金•1、铌的湿法冶金•1.1铌精矿的分解（碱熔法、酸分解法、氯化法、氟化法）•2.2草酸体系萃取提铌•2.3湿法提铌生产工艺•（1）以转炉铌渣为原料制取中级铌铁和氧化铌•以转炉铌渣为原料制取中级铌铁和氧化铌的提