摘 要

Abstract 2

第一章 绪论 1

1.1 稀土概述 1

1.2 稀土矿概述 1

1.3 稀土矿用途 1

1.4 我国稀土矿资源概况 2

1.5 稀土选矿工艺 3

1.5.1 单一选别工艺 3

1.5.2 联合选别工艺 4

1.5.3 稀土矿浸出工艺 4

1.6 稀土选矿药剂的研究现状 5

1.6.1 捕收剂 5

1.6.2 抑制剂 6

1.6.3 起泡剂 6

1.6.4 调整剂 6

1.7 选题的主要研究内容和目的意义 6

第二章 试验矿样、药剂与仪器 8

2.1 试样制备 8

2.1.1 化学成分分析 8

2.1.2 矿石XRD物相分析 9

2.2 试验药剂及设备 10

2.2.1 试验药剂 10

2.2.2 试验仪器与设备 11

第三章 浮选试验 12

3.1 稀土矿粗选条件试验 12

3.1.1 捕收剂用量试验 12

3.1.2 水玻璃用量试验 14

3.1.3 组合抑制剂用量试验 16

3.1.4 起泡剂2#浮选油用量试验 20

3.2 开路试验 22

3.3 闭路试验 23

第四章 结论 25

参考文献 26

致谢 28

摘要

稀土分布广泛，种类很多，现金稀土矿物种类就有250多种。稀土的物理化学性质使其众多领域中有着广泛的应用，是一种重要资源。中国稀土资源丰富。对稀土资源开发利用的研究也越来越多。在工业生产中，浮选是稀土选矿常用的工艺。而稀土浮选回收率低也是一直以来的难题。

本文研究的内容包括以下几个方面：

(1)本次实验针对于稀土矿浮选回收率低的难题开展稀土矿的浮选药剂的筛选及组 应用研究。

(2)研究不同捕收剂、抑制剂等浮选药剂的用量对浮选实验结果的影响，采用控制变量法，控制单一变量，以得到浮选结果最佳时各试剂的用量。

(3)最后以条件试验所得的各药剂最佳用量组合进行开路、闭路试验，确定中矿的影响，以此来核查确定所选的浮选条件和浮选流程，确定最终的指标。

关键词：稀土矿；浮选工艺；浮选药剂

Abstract

Rare earth is widely distributed and has many kinds.There are more than 250 kinds of rare earth minerals in cash.The physical and chemical properties of rare earth make it widely used in many fields, and it is an important resource.China is rich in rare earth resources.There are more and more studies on the exploitation and utilization of rare earth resources..In industrial production, flotation is a common process for rare earth mineral processing.The low recovery rate of rare earth flotation has been a problem for a long time.

The contents of this paper include the following aspects

• 1. In this experiment, aiming at the problem of low flotation recovery of rare earth ores, the selection of flotation activators and group application of rare earth ores are studied.
  2. The effects of different dosages of collectors and inhibitors on the results of flotation experiments were studied. The single variable was controlled by using the control variable method to obtain the dosage of each reagent at the optimum flotation results.
  3. Finally, open-circuit and closed-circuit tests are carried out with the optimum dosage combination of reagents obtained from conditional tests to determine the impact of middling, in order to verify and determine the flotation conditions and flotation process, and determine the final indicators.

Key words: Rare earth；Flotation process；Flotation reagent

1. 绪论

1.1 稀土概述

稀土是元素周期表中十五种镧系元素与钪元素、钇元素的总称。按元素原子量及物理化学性质分为轻、中、重稀土元素。稀土在地壳中的含量并不稀少。稀土元素中铈含量最大。稀土元素有两个突出的特点：电子结构和化学性质相似，不同稀土元素通常共生，因此分离不同的稀土元素较为困难；另一方面不同稀土矿物有着各自特有的物理性质，这使得稀土矿物可应用于很多领域中，尤其适用于新材料领域，在未来工业发展中也具有重要的地位^[1]。

1.2 稀土矿概述

稀土元素主要以矿物形式存在。稀土矿物种类丰富，迄今为止，发现的稀土矿物近三百种^[2]，但可以用于工业生产的并不多。其中几种主要矿物的具体介绍如下：

1. 独居石（Ce,La,Y,Th)[PO₄]，颜色为棕色或者绿色，有很强的玻璃光泽，比较脆，电磁性较弱，独居石的稀土氧化物成分较高，因其矿石中含有对环境有害的放射性元素，导致近两年来独居石的产量较低。
2. 氟碳铈矿（Ce,La)[CO₃]F，,一般为黄色，具有蜡质光泽，硬度较低，比较脆，放射性弱，电磁性弱，常用来提炼稀土氧化物。
3. 磷钇矿Y[PO₄]，一般为红褐色。其硬度低，通常具有放射性。磷钇矿一般产于花岗岩中。
4. 风化壳淋积型稀土矿。这类稀土矿中有着重稀土元素经济价值较高，矿物中的稀土元素多以离子形式存在，将矿物浸取可以直接得到稀土氧化物。一般多发现于丘陵地带，开采过程简单，故是我国特有的宝贵稀土矿产资源^[3]。

1.3 稀土矿用途

稀土元素现今已在农业、国防军业、玻璃陶瓷等多个领域取得了广泛应用。稀土元素特有的性质，使得它将来很长一段时间里将具有很高的战略地位，它也将是未来发展高科技产业的重要资源。稀土矿物的用途有以下几种^[4]：

1. 用于有色金属合金中，例如用于制造发动机的传动装置，变速箱等。还有的稀土合金可以用作电线。
2. 稀土可应用于农业方面。稀土元素可以增强植物吸收光能转化成有机物的能力，促进植物的发育。稀土元素还可以增强一些农作物的抵抗力，从而增加了这些农作物的产量^[5]。
3. 在玻璃方面，某些稀土矿物可应用于光学玻璃、镜片、摄像头等。生产过程中加入稀土元素，可制造出不同的光学玻璃，这些玻璃耐热性好，硬度高不易破碎，而且有着相当不错的玻璃光泽和颜色。
4. 稀土在传统冶金工业也有着广泛的应用。例如稀土元素加入钢中能增强钢的耐磨性、耐磨蚀性，也可以出去钢中的杂质，从而较好的提高钢的应用性能；再比如将某些稀土元素加入合金中，可以改善这些合金的性质，从而提高其应用性能。多应用于汽车，大型机器等机械制造行业^[6]。

（5）稀土特有的性质也使得它在一些新型材料领域得以应用。例如稀土做催化剂，造价成本低，对汽车尾气的净化效果好，稳定性高。整体性能优于传统催化剂。再如稀土可做贮氢材料，可应用于镍氢电池的研究，从而促进数码电子行业的发展^[7]。

稀土矿物在其他很多领域也具有重大的价值，其中包括很多高薪科技领域，这些领域的发展直接或间接的影响着未来发展的走势。由此可知稀土矿物因其较高的经济价值^[8]，已悄然成为各国改造传统工业，发展新型工业和国防顶尖技术的战略资源，也是将来很长一段时间里世界各国发展经济产业的重要资源。

1.4 我国稀土矿资源概况

据相关资源显示，我国稀土资源储量丰富。近几年来，我国稀土资源量为5500t，占世界总产量的45%-50%左右。我国的稀土矿资源分布广而且较为集中，目前，我国稀土矿物资源主要分布于内蒙古包头、江西、四川、福建等地^[9]，其稀土资源量占全国总量比重较大。

我国稀土矿床种类较为齐全，稀土元素与稀有元素共生，矿床种类通常分为稀有、稀土矿床^[10]。根据其成矿条件、成矿作用等因素，我国的矿床划分大致为以下几种：

1. 白云鄂稀土矿床，该矿床的稀土矿石种类丰富，主要含有的稀土矿物为氟碳铈矿。
2. 花岗岩型稀土矿床，一般分为酸性花岗岩型稀土矿和碱性花岗岩型稀土矿。前者多分布于广东北部、湖南南部等地，该类型轻稀土矿主要存在于独居石，重稀土矿主要存在于褐钇铌矿中。后者多分布于内蒙古东部，主要矿物为独居石、烧绿石、兴安石等^[10]。
3. 花岗伟晶岩型稀土矿床，该类矿床含有丰富的稀有金属，但是矿床其储存量较小。稀土矿物多为独居石。分布在四川、山西等地。
4. 于碱性正长岩有关的热液脉状型稀土矿床。该稀土矿床主要分布在四川等地。主要矿物为氟碳铈矿等。
5. 正长岩-碳酸岩型稀土矿床，该类矿石价值较高，主要矿物为氟碳铈矿，少量矿石中含有独居石。
6. 沉积型稀土矿床。该类矿床主要分布于内蒙古、云南等地。主要的矿物为独居石等。
7. 风化壳淋积型稀土矿床。该类矿床中的稀土矿储存量大，分布较广，所含稀土矿的纯度高，易开采，主要分布在我国南方。
8. 滨海砂矿。主要分布于江西、广东等地区。该矿床中以磷钇矿居多，含有少量独居石。
9. 变质岩型稀土矿床。该稀土矿床通过变质作用形成，主要矿物为独居石、磷钇矿等。此类矿床主要分布于我国辽宁、广东等地^[11]。

1.5 稀土选矿工艺

在工业生产中，浮选是稀土选矿中最常见也是最有效的方法。选矿工艺的不同对于选矿效果也有很大的影响。所以选矿工艺的选择对于浮选选矿来说至为重要。现如今，我国比较有代表性的选矿工艺有以下几种：

1.5.1 单一选别工艺

选别稀土矿物是根据稀土与脉石矿物之间的性质差异，选取适当的选别工艺使其分离。稀土选矿工艺中最为常用的是浮选法和重选法。

1. 浮选工艺。浮选法是根据稀土矿物与脉石矿物性质的不同添加适当的浮选药剂，加入浮选药剂后起泡，气泡上浮使稀土矿物与伴生脉石及其它矿物分离。浮选法稀土矿最为常用与高效的选矿工艺。通常加入捕收剂、抑制剂等，经过精选、粗选、扫选，得到其精矿，最终求得其回收率，根据回收率的大小比较，选取浮选效果最好时药剂的组合及用量^[12]。稀土选矿中使用浮选法的优势在于能够有效解决稀土矿物（特别是轻稀土矿）回收利用率较低的问题。浮选法也存在一定的弊端，浮选工艺过程中需要加入大量的浮选药剂，这些药剂有的成本较高，更有的药剂会对环境有危害。
2. 重选工艺。重选法又称为重力选矿法，是利用矿物之间密度的不同使其实现分离的工艺，适用于有用矿物与脉石矿物密度差异明显的矿石选别。但密度过大的矿石不易操作，因此小型稀土矿选矿厂常应用重选法选矿。重选的工艺流程为，将原矿破碎磨细之后进行一次粗选，粗选出的尾矿再次进行扫选，扫选精矿和粗选精矿作为最终精矿。重选工艺的优点在于流程比较简单，对于密度较小的稀土矿物，方便于分离。缺点是不太适用于密度较大的矿物，而且重选法资源回收利用率也比较低^[12]。

1.5.2 联合选别工艺

工艺的选择通常要考虑多方面，如矿物固有的特性，我国的多数稀土矿是共伴生矿，成分较为复杂，一般为难选矿石，而且不同地区的矿石共生种类也不太相同。这种情况下，单一选别工艺得到的稀土矿浓度及品质低，故需要将磁选、重选、浮选等多种分选工艺结合起来才能进一步提高稀土精矿品位。常见的有浮选-重选-浮选流程，其流程为将弱磁选获得的尾矿先经过浮选，浮选过后进行一次粗选和一次精选从而获得稀土产品，得到的稀土产品再进行两端摇床的重选，获得的重选精矿送去浮选车间进行粗选和精选最终得到稀土精矿和次精矿。类似的联合选别工艺还有很多，例如磁选-重选-浮选，这些联合工艺都考虑了稀土矿物各组分的特点，也最大程度上发挥了各个工艺的优点，能在一定程度上提高了稀土矿物选别的优质性^[10]。

1.5.3 稀土矿浸出工艺

离子型稀土矿是我国较为特有的稀土矿物，其本身含有丰富的重稀土元素。离子型稀土矿多数为红色，颗粒较小，分布没有规律。浸矿工艺提取离子型稀土矿的基本原理是：该类矿石中稀土矿含量较低，其中大多的稀土元素以离子型态富集在矿物颗粒表面，故可用更为活泼的阳离子去置换出来^[12]。

浸出工艺一般有池浸和堆浸，两者都有优缺点，前者浸出剂来源广，成本低，但工艺效率低，也会产生一些有害离子。后者较前者效率上有所提高，但还是会产生对环境有害的离子。

针对于传统浸出法资源利用率低、环境危害大等问题。一些新型浸出工艺也不断的发觉与发展^[13]。

1.6 稀土选矿药剂的研究现状

浮选法是选矿工艺中最为常用的方法，稀土选矿最为有效与常见的方法也是浮选法，浮选药剂的选别是浮选法中最为重要的部分。浮选药剂种类的选择及其用量的适当也影响着最终浮选的效果。一直以来，对于稀土矿物浮选药剂的研究层出不穷。在不断发展中，越来越多复杂的稀土矿物被发现，对于它们的研究开发也不断的进行中，但由于这些稀土矿物成分的复杂性，我们需要更为高效且选择性良好的浮选药剂。一直以来，越来越多的选矿研究工作者针对稀土矿浮选药剂的选择性做了大量的研究工作，不断发掘更多浮选性能更好的浮选药剂，现在一些常见的浮选药剂，如含氮类浮选药剂，因其选择性良好，被应用于稀土浮选中^[13]。

1.6.1 捕收剂

稀土矿物常见的几种捕收剂介绍如下：

1. 稀土浮选含氮药剂

据非极性基的类型可将稀土含氮捕收剂大致分为烷基类、环烷基和芳香基类三种。各类药剂又可根据极性基团分为不同种类的浮选剂。这些不同类型的稀土含氮药剂在不同稀土矿物浮选中都曾进行过不同规模的试验研究或工业应用，均能获得高品位的稀土精矿，但是由于它们的结构种类不同，对稀土矿物浮选效果有较大差异。目前，在工业中广为应用的有C5-9烷基异羟肟酸、H2O5和H316等^[14]。

1. 稀土含磷药剂

有机磷酸类药剂是近来获得实用的引人注目的新型浮选药剂。国外对于它的应用主要在锡浮选和钛浮选中。国内对于它的应用主要用来浮选钨、钽铌等矿物。许多学者对该类药剂对稀土矿物的浮选性能也做了很多研究。

1. 稀土浮选羧酸类药剂

羧酸类药剂是较早被用于浮选稀土矿物的捕收剂。比较常见的是邻苯二甲酸，它是具有一个苯环的二元羧酸，也是稀土羧酸类浮选药剂的代表。它对氟碳酸盐稀土矿物选择性好，浮选性能稳定，而且价格比较便宜。邻苯二甲酸对氟碳铈矿表面的吸附选择性较强，从而提高了氟碳铈矿的可浮性。实际的应用中曾用它从包钢选矿厂重选稀土粗精矿和山东微山稀土矿中成功地分离出了高纯度的氟碳铈矿精矿^[14]。

1.6.2 抑制剂

稀土矿物中常见的脉石矿物有萤石、方解石、石英等，根据对脉石矿物抑制作用的强弱，一般选取水玻璃、柠檬酸作为抑制剂。根据其脉石矿物的不同来定向选择使用的抑制剂。水玻璃一般用来抑制硅酸盐等脉石矿物。柠檬酸可与稀土金属离子形成可溶性络合物，络合物可以清除脉石矿物表面的金属离子，有利于选矿的进行。此外，不同的pH值下，抑制剂的效果也会有所不同。例如，焦磷酸钠的抑制效果几乎不受pH值的影响，而柠檬酸对稀土矿物的抑制效果很受其pH值的影响，pH值越大，柠檬酸对稀土元素矿物的抑制效果越弱^[15]。

1.6.3 起泡剂

在过去很长时间内，由于捕收剂种类过多，导致人们不太去关注起泡剂，从而忽略了它在浮选中的重要作用。起泡剂在浮选过程中降低浮选矿浆中水形成气泡的能力，从而减少了可以附着于矿物颗粒表面的气泡的数量，此外，起泡剂也很会影响所形成了的气泡的质量。由此可见，起泡剂在浮选工艺中至关重要，直接影响浮选效果的好坏。

我国常用的起泡剂为2#浮选油，它一般为淡黄色油状液体，起泡性比较强，没有捕收能力，使用时直接加入矿浆中^[15]。

1.6.4 调整剂

在稀土矿物的浮选中，有些稀土矿物成分较为复杂，加入单一浮选药剂一般达不到较好的浮选效果。这时候需要加入一些调整剂。调整剂是指除了捕收剂、起泡剂以外的所有浮选药剂。调整剂的作用是调整捕收剂与矿物之间的作用，促进或抑制矿物的可浮性。调整剂按照其在浮选过程中的作用可以划分为：分散剂、PH值调整剂、活化剂、抑制剂、凝聚剂和絮凝剂等。

调整剂涉及各种无机、有机化合物及高分子化合物。同一种调整剂在不同的浮选条件下可以起到不同的作用，故调整剂也是具有一定的相对性。比如，石灰是一种PH值调整剂，也是一种凝聚剂，有时还可以是某些稀土矿物的抑制剂^[15]。