白云鄂博稀土尾矿多组分综合回收工艺及耦合关系研究

发布时间：2017-10-22 01:00

  本文关键词：白云鄂博稀土尾矿多组分综合回收工艺及耦合关系研究

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【摘要】：位于白云鄂博地区的稀土-铁-铌多金属矿床,多年来主要被作为铁矿石进行开采,稀土和铌的回收率十分低下,大量的有用矿物被抛弃至尾矿中堆存,不仅造成了巨大的资源浪费,而且其含有的重金属和放射性物质也对周边环境产生了不利影响。因此对白云鄂博稀土尾矿中有价组分的回收利用具有重要的意义。本文以白云鄂博稀土尾矿为研究对象,通过磁选、浮选、焙烧和浸出等方法对多种综合回收流程进行了考察,获得了最优的工艺指标；并利用X射线粉晶衍射、动电位、扫描电镜、X射线光电子能谱等检测手段,结合量子化学和分子动力学计算,分析了赤铁矿、萤石、氟碳铈矿在磁选和浮选过程中的行为和耦合关系。主要研究结果如下：工艺矿物学研究表明,白云鄂博稀土尾矿中主要有用矿物为铁矿物、稀土矿物、铌矿物和萤石,其TFe(全铁)、REO(稀土氧化物)、Nb20s和CaF2的品位分别为27.67%,6.02%,0.16%,24.63%。尾矿细粒级含量较高,-37μm占32.30%。其中铁、稀土和铌矿物在细粒级分布较广,而萤石在所有粒级中分布均匀。各有价矿物与脉石矿物嵌布关系复杂。对于入选的稀土尾矿,“弱磁-强磁-(稀土、萤石)分别浮选-铌铁还原焙烧-弱磁选”工艺能够在选别过程中兼顾各有价组分的回收,经优化后铁精矿产品的TFe品位为74.79%,TFe总回收率为80.04%：稀土最终精矿品位达到30.12%, REO总回收率达到36.91%；经焙烧-弱磁选后的铌精矿以复合酸浸出,浸出液Nb20s总回收率达到49.82%：萤石产品的品位可达80.08%,总回收率达到75.67%。研究发现,各矿物在磨矿过程中的异步解离影响了它们在磁选过程中的行为差异,随磨矿时间的延长,萤石的解离度在106μm的粗粒级中从31%显著下降至接近0%,而铁和稀土则变化不大。而细粒级中三种矿物的解离度均变化不大,这一现象也能够解释各粒级磁选过程中的回收率和品位的变化。利用响应面方法建立的铁、稀土、萤石在磁选过程中的回收模型表明铁矿物对粒度变化更敏感,萤石对磁场强度变化更敏感。而对于稀土矿物,粒度和磁场强度变化对回收率的影响显著性相对较低。萤石与氟碳铈矿具有大致相同的能带结构,而赤铁矿与二者迥异：氟碳铈矿和萤石在费米能级处的态密度均由金属原子的p轨道贡献,赤铁矿在费米能级附近的态密度则主要由Fe-3d贡献,金属性较强。暴露在矿物表面的金属离子均带正电,且带点电荷大小顺序为氟碳铈矿萤石赤铁矿：油酸钠在赤铁矿、萤石、氟碳铈矿的表面吸附具有选择性。其在三种矿物表面均倾向于“桥位”吸附,其捕收性能为氟碳铈矿萤石赤铁矿。通过分子动力学模拟发现,油酸跟在萤石和赤铁矿表面倾向于“桥位”吸附,而在氟碳铈矿表面更多表现为“鳌合”吸附,吸附能大小顺序为赤铁矿萤石氟碳铈矿。淀粉在赤铁矿、萤石、氟碳铈矿表面的吸附也存在选择性。扫描电镜图像可以看出,其在三种矿物表面的吸附密度为赤铁矿氟碳铈矿萤石。对模拟的分子量10000左右的淀粉在三种矿物表面的吸附能进行测定,结果发现吸附能大小顺序为萤石氟碳铈矿赤铁矿。本研究明确了白云鄂博稀土尾矿的工艺矿物学性质,开发出了一种能够回收尾矿中铁、稀土、铌和萤石的综合流程,并利用多种手段揭示了各有价矿物在不同选别阶段的选别行为和耦合关系,对白云鄂博稀土尾矿中有价成分的再次回收和利用具有一定的指导意义。
【关键词】：稀土尾矿 综合回收 耦合关系 分子模拟
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD926.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 引言13-14
• 2 文献综述14-34
• 2.1 白云鄂博地区资源赋存及利用现状14-18
• 2.1.1 资源储量14
• 2.1.2 矿石矿物组成14-15
• 2.1.3 白云鄂博矿产资源开发现状15-18
• 2.2 白云鄂博地区稀土尾矿综合利用现状18-23
• 2.2.1 稀土尾矿的存在现状18-19
• 2.2.2 稀土尾矿综合利用的必要性19
• 2.2.3 稀土尾矿中有用组分再选技术19-21
• 2.2.4 稀土尾矿在新材料方面的利用21-23
• 2.3 主要有价矿物的选别现状23-30
• 2.3.1 稀土选别23-27
• 2.3.2 铁矿物选别27-28
• 2.3.3 钽铌矿选别28-30
• 2.4 分子模拟理论与方法30-34
• 2.4.1 量子力学模拟31-33
• 2.4.2 分子动力学模拟33-34
• 3 研究内容和试验方法34-41
• 3.1 研究内容和目标34
• 3.1.1 研究内容34
• 3.1.2 研究目标34
• 3.2 技术路线图34-35
• 3.3 实验矿样35-36
• 3.3.1 稀土尾矿矿样35-36
• 3.3.2 纯矿物矿样36
• 3.4 试验设备与所用药剂36-38
• 3.5 试验研究方法38-41
• 3.5.1 矿物粉末XRD测试研究38
• 3.5.2 红外光谱测试38
• 3.5.3 XPS测试38
• 3.5.4 纯矿物浮选试验38-39
• 3.5.5 矿物Zeta电位测定39
• 3.5.6 矿物粒度和解离度测定39-41
• 4 白云鄂博稀土尾矿工艺矿物学研究41-54
• 4.1 矿物组成和化学成分41-44
• 4.1.1 矿物组成41-42
• 4.1.2 化学组成42-44
• 4.1.3 铁物相组成44
• 4.2 粒度组成及金属量分布44-46
• 4.3 主要有价矿物的解离度分析46-49
• 4.4 主要矿物的嵌布特征49-53
• 4.4.1 铁矿物嵌布特征49-50
• 4.4.2 萤石嵌布特征50
• 4.4.3 稀土矿物嵌布特征50-51
• 4.4.4 铌矿物嵌布特征51-52
• 4.4.5 主要脉石矿物52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 5 稀土尾矿中多组分综合回收工艺研究54-90
• 5.1 稀土萤石混浮-铌铁再分离原则工艺54-60
• 5.1.1 稀土萤石混浮-铌铁分离浮选-强磁提铁工艺55-56
• 5.1.2 稀土萤石混浮-脱药分离-铌铁强磁-浮选分离工艺56-58
• 5.1.3 稀土萤石混浮-磁选分离-铌铁强磁-浮选工艺58-60
• 5.2 铁、稀土、铌与萤石强磁选-浮选分离原则工艺60-65
• 5.2.1 铌铁磁化焙烧工艺61-63
• 5.2.2 铌铁深度还原焙烧工艺63-65
• 5.3 还原焙烧-弱磁选-强磁选-浮选原则工艺65-69
• 5.4 各综合回收工艺指标评价69-72
• 5.5 最佳回收工艺的再优化72-86
• 5.5.1 磨矿-磁选工艺优化72-78
• 5.5.2 稀土浮选工艺优化78-81
• 5.5.3 铌、铁还原焙烧-弱磁选工艺优化81-84
• 5.5.4 萤石浮选工艺优化84-86
• 5.6 综合回收最优工艺流程和技术指标86-89
• 5.7 本章小结89-90
• 6 磨矿-磁选过程中的耦合关系研究90-112
• 6.1 磨矿过程中的异步解离90-99
• 6.1.1 整体平均粒度的变化90-92
• 6.1.2 不同矿物粒度的变化92-94
• 6.1.3 不同矿物的解离度差异94-98
• 6.1.4 粒度和解离度与各有价矿物磁选回收率的关系98-99
• 6.2 多因素影响下各矿物磁选特性的差异99-111
• 6.2.1 给矿粒度对磁选指标的影响99-101
• 6.2.2 磁场强度对磁选指标的影响101-102
• 6.2.3 多因素响应面分析及建模102-111
• 6.3 本章小结111-112
• 7 浮选过程有价矿物与药剂作用的差异研究112-145
• 7.1 矿物自身性质的量子化学模拟和计算112-123
• 7.1.1 晶胞模型112-116
• 7.1.2 能带结构116-117
• 7.1.3 电子态密度117-121
• 7.1.4 Mulliken轨道布居121-123
• 7.2 油酸钠对各矿物的选择性作用123-135
• 7.2.1 油酸钠存在下各矿物可浮性差异124
• 7.2.2 油酸钠作用机理分析124-127
• 7.2.3 油酸钠在三种矿物表面的吸附差异127-135
• 7.3 淀粉对各矿物的选择性作用135-143
• 7.3.1 油酸钠-淀粉体系下各矿物的可浮性差异135-136
• 7.3.2 淀粉作用机理分析136-138
• 7.3.3 淀粉在三种矿物表面的吸附差异138-143
• 7.4 本章小结143-145
• 8 结论145-148
• 8.1 主要结论145-147
• 8.2 主要创新点147-148
• 参考文献148-155
• 附录A 解离度计算的部分核心代码155-161
• 作者简历及在学研究成果161-164
• 学位论文数据集164

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