【矿业澳洲点评】介绍了世界主要烧绿石资源现状及分布特征，总结了烧绿石选矿技术特点。全球烧绿石资源非常丰富，但分布极不均衡，主要集中在巴西、加拿大及中部非洲。当前全球仅有Araxa、Catalao、Niobec三座烧绿石矿山运营，Araxa和Catalao为露天开采碳酸盐风化的红土残留矿，Niobec则地下开采原生碱性碳酸盐矿石。虽然矿石类型不同，但选矿流程相似，为脱泥－反浮选除硅酸盐或碳酸盐－脱水－磁选－烧绿石浮选－硫化物浮选－浸出除磷。
《世界主要烧绿石资源及选矿技术特点》
铌是重要稀有金属，广泛应用航空航天、核工业、军事、汽车工业、建筑、冶金等领域。95%的全球铌供应产自烧绿石中。烧绿石（pyrochlore），又称黄绿石，是金属铌的主要来源，也是提取稀士元素、钽及放射性元素的重要矿物原料。由于晶体内常含有铀、钍等放射性元素，烧绿石具有强放射性。
【1 烧绿石资源的分布】
作为获取金属铌和生产铌铁的主要原料，烧绿石资源在全球的分布极不均衡。从当前已开发利用的情况看，烧绿石资源主要集中在巴西和加拿大，其供应占全球铌消费的95%以上。俄罗斯、刚果（金）、肯尼亚、坦桑尼亚等国也有丰富的烧绿石资源。巴西的阿拉克萨矿（Araxa）矿是世界正在开发的最大的烧绿石矿床，其金属铌供应占世界消费的80%～85%。矿山位于米纳斯吉拉斯州，阿拉克萨城南6km，圣保罗市北部400km。由于矿床中含有显著的磷资源，早期作为磷矿床勘察，直到1954年才确定为烧绿石矿床。1958年开始在美国进行烧绿石的选矿实验研究，获得了含Nb5O2 55%～60%的烧绿石精矿，铌回收率在60%～80%。1960年3月开始建设500吨/天的选厂，13个月后获得精矿产品。
阿拉克萨矿床为圆形碳酸盐复合体，表面直径为5km。矿体上部为碳酸风化后的残留红土矿，矿化区域直径为1.8km，厚度可达250m。由于风化的富集作用，矿体中Nb5O2平均含量达到2.5%，个别地方可达5.0%以上，2001年一些钻探区域Nb5O2含量达到4.6%～7%。通过推算，上层风化残留红土矿储量约为4.6亿吨，铌储量800多万吨。位于风化层下方为碱性碳酸盐矿体，含Nb5O2为1.5%，最高可达8%，矿石储量约为10亿吨。
卡塔拉奥（Catalao）矿是巴西另一个较大的烧绿石矿山。矿山位于巴西的戈亚斯州，卡塔拉奥市东北20km，北距巴伐利亚260km。矿山的地质状况与阿拉克萨相同，均为上层风化的红土覆盖层，下层为碱性碳酸矿石。现有两座矿山分别为CatalaoI和CatalaoII。CatalaoI为圆形，直径8km。在其中心部位分为MineI、MineII和EastMine三个矿体。CatalaoI从1976年开始开采，当时矿石储量1,900万吨，矿石品位含Nb5O2为1.08%。至2001年CatalaoI停止开采时，其含Nb5O2为1.19%的风化红土资源储量仍有960万吨。风化红土层下的碱性碳酸盐矿也非常可观，储量接近2900万吨，含Nb5O2为1.22%。
CatalaoII位于CatalaoI东北10km处，其Boa Vista矿体自2001年开始开采，矿石储量为340万吨，含Nb5O2为1.67%。
尼奥贝克（Niobec）矿位于加拿大魁北克省东南部，魁北克市北225km处。矿床于1967发现，1976年建成了1,500吨/天规模的选厂，经过几次扩产，至2010年底规模达到6,000吨/天，到目前仍是巴西之外唯一的烧绿石选矿厂。该矿山供应世界铌消费的7%～8%。
尼奥贝克矿位于在圣霍诺雷（St－Honore）碱性复合体上。复合体中心部位为碳酸盐，其外围主要是碱性的正长岩和黑云母花岗岩。复合体北部为肾状的含金云母的方解石，南部为三角状的钙霞石（碳酸盐矿物和铝硅酸盐组成）和伴生的正长岩。尼奥贝克矿位于复合体南部，中部为稀土矿化区。
尼奥贝克矿为地下开采，矿体埋深90～560m不等，最深达到730m。自1976～2010年，矿山已开采了3,300多万吨的矿石，平均品位为含Nb5O2为0.67%，金属回收率59.4%。2011年独立评估公司公布的尼奥贝克矿探明矿石储量达4.58亿吨，Nb5O2含量为0.42%。另外还有3.36亿吨含Nb5O2为0.37%的推断储量。按现有处理规模，矿山寿命至少延长至2052年。
刚果（金）的卢舍（Lueshe）矿是另一个规模较大的烧绿石矿山。矿山位于刚果（金）东北部，靠近东非大裂谷西支的西部边缘。矿体也坐落在碳酸盐复合体上，上层为风化红土，其下为碳酸盐矿。矿石储量约为40万吨，含铌Nb5O 21.34%左右。矿山20世纪80年代后期达到规模开采，后因战乱停产。现在矿石开采成为地方武装主要的收入来源，矿山破坏严重。
肯尼亚的莫瑞玛山（Mrima Hill）的铌矿床为水钡锶烧绿石（Pandaite）。矿体上层为100多英尺的风化红土矿，下层为碳酸盐。矿床储量约为7,500多万吨，矿石平均品位含Nb5O2为0.7%，其中含Nb5O21.25%以上的矿石约为450万吨，部分风化红土层含Nb5O2达到2%～3%。
坦桑尼亚的潘达山（Panda Hill）矿为碳酸盐矿体，呈圆柱形，直径约2.5km。矿石储量约为3亿吨，矿石Nb5O2平均品位为0.3%。
加拿大的奥卡（Oka）矿位于魁北克省蒙特利尔附近，为碳酸盐矿床，矿石类型与尼奥贝克矿十分相似。矿山曾在1961～1976年间进行开采，是世界最早开发的烧绿石矿山。最新公布的矿石储量为3,750万吨，矿石Nb5O2品位为0.53%。
巴西的Tapira矿为风化矿床，矿石储量为1.66亿吨，含Nb5O2为0.73%；1990年在巴西北部亚马孙河流域发现的Morro Dos Seis Lagos矿，迄今已探明地质资源为28.97亿吨，矿石Nb5O2平均品位可达2.85%。另外，南非、俄罗斯、乌干达等也有不同规模的烧绿石矿床。
综上所述，世界烧绿石储量巨大，可供全球消费几个世纪。这些烧绿石矿床的共同特点是都产出在碱性岩石或碳酸盐复合体中。
【2 烧绿石的选矿技术现状】
从矿石类型上划分，烧绿石主要存在于两种矿石中，即风化残留红土矿和碱性碳酸盐矿石。红土型烧绿石矿是碱性碳酸盐型烧绿石矿的风化残留。矿石中含有大量的红色黏土和破碎的碳酸盐颗粒，黏土颗粒较细，多在20um以下。烧绿石基本单体解离，少量存在完整晶形，粒度为10um左右。碱性碳酸盐矿为烧绿石的原生矿石，埋深多在100m以下。已知的烧绿石矿多为风化矿和原生矿共存，即上层是风化的红土矿，下层为碱性碳酸盐矿。目前全球仅有三座烧绿石矿山处于开发状态，其矿石类型不同，选矿技术也不相同。
【2.1 阿拉克萨矿的选矿】
矿山开采的是风化红土矿，烧绿石为含钡和锶的烧绿石。矿石中烧绿石占4.6%，针铁矿、褐铁矿等弱磁性铁矿物占35.0%，重晶石占20%，磁铁矿占16%，磷钡铝矿占5%，独居石、钛铁矿、石英等矿物占19.4%。由于钡锶烧绿石中含有铀和钍，该矿石具有一定的放射性。
经过风化作用，矿石破碎严重，大部分矿石不需要破碎机破碎，通过振动筛筛分，大于50mm的颗粒下返回破碎机，需要破碎的矿石仅占原矿量的10%左右。破碎的矿石通过皮带传送至球磨机。溢流式球磨机和旋流器组成了磨矿回路。矿石中烧绿石粒度较细，矿浆中－104um的颗粒大于95%时，即可获得最佳解离度，此时45%的矿浆颗粒和55%烧绿石颗粒均小于37um。
由于矿石中含有磁铁矿，首先在低磁感应强度（800～900Gs）下进行磁选，并获得含铁67%的铁精矿。非磁性部分进行脱泥工序。烧绿石浮选对微细粒的矿泥敏感，当矿泥达到一定程度时，浮选无法进行。而风化严重的红土矿中含有大量粒度－5um的矿泥以及在磨矿过程中形成的次生矿泥。
脱泥工序使用三段旋流器组，主要脱除－5um的颗粒。矿石由318mm旋流器脱泥后进行擦洗，然后再次脱泥，经过两次脱泥的颗粒进入粗粒浮选工艺。两次脱泥的溢流进入由102mm的旋流器组成二段脱泥工序，脱泥后的颗粒同样进入粗颗粒浮选工艺，其溢流进入三段脱泥。经25mm旋流器组成的第三段脱泥工序产生的颗粒进入细颗粒浮选工艺，其溢流作为矿泥丢弃。脱泥过程中除掉的矿泥占总重量的12%左右，而Nb2O5损失为5%～7%。
烧绿石的浮选采用硅酸钠做活化剂，盐酸调节pH值至2.5～3.5，胺类阳离子药剂做捕收剂。粗选的精矿经浓缩后再进行四次精选，最终获得含Nb2O5 55%～60%的精矿。Oliveira等介绍了阿拉克萨选厂的药剂及用量。捕收剂为醋酸胺，用量为120g/t；抑制剂为Canasol 1640或MC533，用量为300g/t；活化剂为氟硅酸或氟硅酸钠，用量为2,000g/t。
【2.2 尼奥贝克矿的选矿】
尼奥贝克矿为地下开采，烧绿石赋存在碱性碳酸盐中，其类型主要为钠烧绿石。碳酸盐矿物占到矿石的64.9%，主要为白云石和方解石；硅酸盐矿物占21.1%，主要是黑云母、绿泥石、长石和辉石等；磷灰石占6.8%，磁铁矿、赤铁矿和钛铁矿等含铁矿物占1.7%。含铌矿物为烧绿石和铌铁矿，二者比例为10∶1。
碳酸盐矿石硬度不大，在磨矿过程中易产生泥化，对烧绿石浮选影响较大。而烧绿石晶体较脆，容易破碎。所以控制磨矿过程是减少烧绿石损失的关键。
磨矿系统由棒磨机、球磨机、螺旋分级机及振动筛组成。矿石破碎到1.5英寸以下，直接送入棒磨机。为减少细颗粒的泥化，棒磨机排矿经振动筛分级，粗颗粒进入球磨机与螺旋分级机组成的闭路系统，排矿再次进入振动筛分级。过筛颗粒粒度均小于180um，但其中的－7um微细粒会降低浮选效率，所以必须通过旋流器除去。
由于方解石易解离，在磨矿过程中产生泥化，这大大降低了碳酸盐的浮选效果，所以浮选前的脱泥十分有必要。脱泥过程使用两段水力旋流器进行。矿浆稀释到质量浓度22%后进入水力旋流器，其溢流进入二次旋流器脱泥。旋流器的底流进入浮选阶段，其溢流进入沉淀池，澄清后回水用于磨矿。脱泥阶段由9%的矿石被除去，约有5%的烧绿石损失在其中。
脱泥后首先进行黄铁矿的浮选。尼奥贝克矿石中硫化物主要为黄铁矿和磁黄铁矿，浮选的主要药剂为硫酸铜和PAX。经过两次精选获得硫精矿，尾矿进行碳酸盐浮选。
碳酸盐浮选的矿浆浓度约为55%，其pH值为8左右，接近于矿石的自然pH值。浮选使用乳化脂肪酸做捕收剂，粗选精矿经过两次精选，获得含Nb2O5仅为0.2%的碳酸盐精矿。碳酸盐浮选精矿占给矿量的35%，其主要由－50um的细粒方解石和中粒磷灰石组成。碳酸盐浮选过程中约有9%的烧绿石损失在碳酸盐精矿中。
由于烧绿石浮选在碱性条件下进行，对水质要求较高，浮选前需进行换水。烧绿石浮选前，矿石进行磁选，除去其中的磁铁矿。
磁选尾矿进行烧绿石浮选，其回路是由一段粗选和几段精选组成，浮选捕收剂为二元胺。粗选精矿在精选过程中，矿浆pH值逐渐降低到2.7，使用有机酸和无机酸调剂pH值。由于矿浆中的方解石等碳酸盐存在，只有在烧绿石不断富集后才能提高酸度，从而减少酸耗。硅酸钠和淀粉配合使用，提高浮选过程的选择性。硅酸钠为烧绿石活化剂，淀粉抑制含铁的铝硅酸盐。通过控制pH值和加入调整剂，精选过程中逐步除去碳酸盐、黑云母及含铁矿物。
烧绿石精矿含Nb2O5达到45%～50%，同时含有硫化物、碳酸盐及磷灰石。
经过再次硫化物浮选，除去精矿中的含硫矿物；使用盐酸浸出碳酸盐和磷酸盐后，最终得到的烧绿石精矿含Nb2O5达到60%。
当前从碳酸盐矿石中获取烧绿石的选矿流程复杂，且每次只能处理一种脉石矿物。每个阶段铌矿物的微小损失不可避免，累积效应导致大量的铌损失。脱泥过程中，由15%的铌矿物流失在尾矿中。由于碳酸盐是主要的脉石矿物，在反浮选碳酸盐是不可避免使铌矿物进入碳酸盐精矿中使有用矿物流失。烧绿石的浮选要在较高酸度条件下进行，从而对设备的耐腐蚀有较高的要求，并产生高额维护、维修费用。另外，在烧绿石浮选阶段，高酸度条件下碳
酸盐的溶解会消耗大量的酸，从而增加了生产成本。所以从矿浆中直接浮选烧绿石，不仅简化流程，而且能降低生产成本。所以直接浮选烧绿石的技术值得进一步研究。
【2.3 卡塔拉奥矿的选矿】
卡塔拉奥矿含烧绿石的红土与阿拉克萨矿的矿物组成不同，选矿流程也不相同。卡塔拉奥红土矿中含有大量的云母类矿物及含铁矿物。
由于红土矿风化严重，矿石粗碎后进行分级。大于1英寸的颗粒主要为石英脉，基本不含铌，直接送至尾矿堆场，小于1英寸的颗粒送入棒磨机。
棒磨机排矿进入旋流器分级，溢流进入浮选前的脱泥旋流器，底流进入球磨机再次磨矿。球磨机排矿进入磁选机，除去矿石中的磁性矿物。非磁性矿物再次进入旋流器分级，粗颗粒返回到球磨机，溢流进入到脱泥旋流器。
脱泥工序分两段，第一段脱泥旋流器的底流进入粗颗粒浮选阶段，溢流进入第二段脱泥旋流器。第二段旋流器的底流进入细颗粒浮选阶段，其溢流作为尾矿沉淀后，回水再利用。沉淀的颗粒主要小于5um的泥质，它的存在降低烧绿石浮选的效率。
粗颗粒浮选阶段的矿石粒度为100～15um，首先进行反浮选硅酸盐。一次粗选和一次扫选降低了泡沫产品中的铌含量，减少了烧绿石的损失。醚胺作为硅酸盐捕收剂，淀粉做抑制剂。泡沫产品作为硅酸盐尾矿丢弃，非泡沫产品进行脱水。
进入浮选的细颗粒粒度为15～5um，浮选流程与粗颗粒浮选相似，但药剂用量不同。非泡沫产品脱水后与粗粒浮选的脱水产品一起进行烧绿石浮选。
由于烧绿石浮选对水质要求较高，硅酸盐浮选的矿浆中的盐及残余药剂会降低烧绿石的选择性。补加新水的矿浆加入胺类捕收剂，在酸性条件下浮选烧绿石。经过一次粗选和一次精选即可获得烧绿石精矿。
磷灰石和其他的可溶性盐，影响了精矿的质量，降低了Nb2O5含量。通过盐酸浸出，可除去其中的磷酸盐和碳酸盐。最终获得烧绿石精矿中Nb2O5含量可达63.70%。
【3 结语】
世界烧绿石资源非常丰富，仅巴西的阿拉克萨矿的储量可供全球几个世纪的消耗。但烧绿石资源的分布极不均衡，主要集中在巴西、加拿大等几个国家。由于伴生的矿物成分较多，烧绿石的选矿流程十分复杂。风化矿和原生矿的浮选流程基本相似，均为脱泥－反浮选硅酸盐或碳酸盐－脱水－磁选－烧绿石浮选－硫化物浮选－浸出除磷。由于泥质颗粒的存在会降低烧绿石的浮选效率，浮选前需进行脱泥；磁选除去铁矿物有利于提高烧绿石精矿品位，反浮选除去硅酸盐或碳酸盐，有利于烧绿石富集；由于对水质比较敏感，烧绿石浮选需补加新水；烧绿石精矿浮选除去硫化物后使用盐酸浸出其中的磷灰石，最终获得合格精矿。
——艾永亮，范光
——（核工业北京地质研究院，北京100029）
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