本文關(guān)鍵詞：白云鄂博稀土尾礦多組分綜合回收工藝及耦合關(guān)系研究

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【摘要】：位于白云鄂博地區(qū)的稀土-鐵-鈮多金屬礦床,多年來主要被作為鐵礦石進(jìn)行開采,稀土和鈮的回收率十分低下,大量的有用礦物被拋棄至尾礦中堆存,不僅造成了巨大的資源浪費(fèi),而且其含有的重金屬和放射性物質(zhì)也對周邊環(huán)境產(chǎn)生了不利影響。因此對白云鄂博稀土尾礦中有價(jià)組分的回收利用具有重要的意義。本文以白云鄂博稀土尾礦為研究對象,通過磁選、浮選、焙燒和浸出等方法對多種綜合回收流程進(jìn)行了考察,獲得了最優(yōu)的工藝指標(biāo)；并利用X射線粉晶衍射、動電位、掃描電鏡、X射線光電子能譜等檢測手段,結(jié)合量子化學(xué)和分子動力學(xué)計(jì)算,分析了赤鐵礦、螢石、氟碳鈰礦在磁選和浮選過程中的行為和耦合關(guān)系。主要研究結(jié)果如下：工藝礦物學(xué)研究表明,白云鄂博稀土尾礦中主要有用礦物為鐵礦物、稀土礦物、鈮礦物和螢石,其TFe(全鐵)、REO(稀土氧化物)、Nb20s和CaF2的品位分別為27.67%,6.02%,0.16%,24.63%。尾礦細(xì)粒級含量較高,-37μm占32.30%。其中鐵、稀土和鈮礦物在細(xì)粒級分布較廣,而螢石在所有粒級中分布均勻。各有價(jià)礦物與脈石礦物嵌布關(guān)系復(fù)雜。對于入選的稀土尾礦,“弱磁-強(qiáng)磁-(稀土、螢石)分別浮選-鈮鐵還原焙燒-弱磁選”工藝能夠在選別過程中兼顧各有價(jià)組分的回收,經(jīng)優(yōu)化后鐵精礦產(chǎn)品的TFe品位為74.79%,TFe總回收率為80.04%：稀土最終精礦品位達(dá)到30.12%, REO總回收率達(dá)到36.91%；經(jīng)焙燒-弱磁選后的鈮精礦以復(fù)合酸浸出,浸出液Nb20s總回收率達(dá)到49.82%：螢石產(chǎn)品的品位可達(dá)80.08%,總回收率達(dá)到75.67%。研究發(fā)現(xiàn),各礦物在磨礦過程中的異步解離影響了它們在磁選過程中的行為差異,隨磨礦時(shí)間的延長,螢石的解離度在106μm的粗粒級中從31%顯著下降至接近0%,而鐵和稀土則變化不大。而細(xì)粒級中三種礦物的解離度均變化不大,這一現(xiàn)象也能夠解釋各粒級磁選過程中的回收率和品位的變化。利用響應(yīng)面方法建立的鐵、稀土、螢石在磁選過程中的回收模型表明鐵礦物對粒度變化更敏感,螢石對磁場強(qiáng)度變化更敏感。而對于稀土礦物,粒度和磁場強(qiáng)度變化對回收率的影響顯著性相對較低。螢石與氟碳鈰礦具有大致相同的能帶結(jié)構(gòu),而赤鐵礦與二者迥異：氟碳鈰礦和螢石在費(fèi)米能級處的態(tài)密度均由金屬原子的p軌道貢獻(xiàn),赤鐵礦在費(fèi)米能級附近的態(tài)密度則主要由Fe-3d貢獻(xiàn),金屬性較強(qiáng)。暴露在礦物表面的金屬離子均帶正電,且?guī)c(diǎn)電荷大小順序?yàn)榉尖嫷V螢石赤鐵礦：油酸鈉在赤鐵礦、螢石、氟碳鈰礦的表面吸附具有選擇性。其在三種礦物表面均傾向于“橋位”吸附,其捕收性能為氟碳鈰礦螢石赤鐵礦。通過分子動力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn),油酸跟在螢石和赤鐵礦表面傾向于“橋位”吸附,而在氟碳鈰礦表面更多表現(xiàn)為“鰲合”吸附,吸附能大小順序?yàn)槌噼F礦螢石氟碳鈰礦。淀粉在赤鐵礦、螢石、氟碳鈰礦表面的吸附也存在選擇性。掃描電鏡圖像可以看出,其在三種礦物表面的吸附密度為赤鐵礦氟碳鈰礦螢石。對模擬的分子量10000左右的淀粉在三種礦物表面的吸附能進(jìn)行測定,結(jié)果發(fā)現(xiàn)吸附能大小順序?yàn)槲炇尖嫷V赤鐵礦。本研究明確了白云鄂博稀土尾礦的工藝礦物學(xué)性質(zhì),開發(fā)出了一種能夠回收尾礦中鐵、稀土、鈮和螢石的綜合流程,并利用多種手段揭示了各有價(jià)礦物在不同選別階段的選別行為和耦合關(guān)系,對白云鄂博稀土尾礦中有價(jià)成分的再次回收和利用具有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：稀土尾礦 綜合回收 耦合關(guān)系 分子模擬
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD926.4
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 引言13-14
• 2 文獻(xiàn)綜述14-34
• 2.1 白云鄂博地區(qū)資源賦存及利用現(xiàn)狀14-18
• 2.1.1 資源儲量14
• 2.1.2 礦石礦物組成14-15
• 2.1.3 白云鄂博礦產(chǎn)資源開發(fā)現(xiàn)狀15-18
• 2.2 白云鄂博地區(qū)稀土尾礦綜合利用現(xiàn)狀18-23
• 2.2.1 稀土尾礦的存在現(xiàn)狀18-19
• 2.2.2 稀土尾礦綜合利用的必要性19
• 2.2.3 稀土尾礦中有用組分再選技術(shù)19-21
• 2.2.4 稀土尾礦在新材料方面的利用21-23
• 2.3 主要有價(jià)礦物的選別現(xiàn)狀23-30
• 2.3.1 稀土選別23-27
• 2.3.2 鐵礦物選別27-28
• 2.3.3 鉭鈮礦選別28-30
• 2.4 分子模擬理論與方法30-34
• 2.4.1 量子力學(xué)模擬31-33
• 2.4.2 分子動力學(xué)模擬33-34
• 3 研究內(nèi)容和試驗(yàn)方法34-41
• 3.1 研究內(nèi)容和目標(biāo)34
• 3.1.1 研究內(nèi)容34
• 3.1.2 研究目標(biāo)34
• 3.2 技術(shù)路線圖34-35
• 3.3 實(shí)驗(yàn)礦樣35-36
• 3.3.1 稀土尾礦礦樣35-36
• 3.3.2 純礦物礦樣36
• 3.4 試驗(yàn)設(shè)備與所用藥劑36-38
• 3.5 試驗(yàn)研究方法38-41
• 3.5.1 礦物粉末XRD測試研究38
• 3.5.2 紅外光譜測試38
• 3.5.3 XPS測試38
• 3.5.4 純礦物浮選試驗(yàn)38-39
• 3.5.5 礦物Zeta電位測定39
• 3.5.6 礦物粒度和解離度測定39-41
• 4 白云鄂博稀土尾礦工藝礦物學(xué)研究41-54
• 4.1 礦物組成和化學(xué)成分41-44
• 4.1.1 礦物組成41-42
• 4.1.2 化學(xué)組成42-44
• 4.1.3 鐵物相組成44
• 4.2 粒度組成及金屬量分布44-46
• 4.3 主要有價(jià)礦物的解離度分析46-49
• 4.4 主要礦物的嵌布特征49-53
• 4.4.1 鐵礦物嵌布特征49-50
• 4.4.2 螢石嵌布特征50
• 4.4.3 稀土礦物嵌布特征50-51
• 4.4.4 鈮礦物嵌布特征51-52
• 4.4.5 主要脈石礦物52-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 5 稀土尾礦中多組分綜合回收工藝研究54-90
• 5.1 稀土螢石混浮-鈮鐵再分離原則工藝54-60
• 5.1.1 稀土螢石混浮-鈮鐵分離浮選-強(qiáng)磁提鐵工藝55-56
• 5.1.2 稀土螢石混浮-脫藥分離-鈮鐵強(qiáng)磁-浮選分離工藝56-58
• 5.1.3 稀土螢石混浮-磁選分離-鈮鐵強(qiáng)磁-浮選工藝58-60
• 5.2 鐵、稀土、鈮與螢石強(qiáng)磁選-浮選分離原則工藝60-65
• 5.2.1 鈮鐵磁化焙燒工藝61-63
• 5.2.2 鈮鐵深度還原焙燒工藝63-65
• 5.3 還原焙燒-弱磁選-強(qiáng)磁選-浮選原則工藝65-69
• 5.4 各綜合回收工藝指標(biāo)評價(jià)69-72
• 5.5 最佳回收工藝的再優(yōu)化72-86
• 5.5.1 磨礦-磁選工藝優(yōu)化72-78
• 5.5.2 稀土浮選工藝優(yōu)化78-81
• 5.5.3 鈮、鐵還原焙燒-弱磁選工藝優(yōu)化81-84
• 5.5.4 螢石浮選工藝優(yōu)化84-86
• 5.6 綜合回收最優(yōu)工藝流程和技術(shù)指標(biāo)86-89
• 5.7 本章小結(jié)89-90
• 6 磨礦-磁選過程中的耦合關(guān)系研究90-112
• 6.1 磨礦過程中的異步解離90-99
• 6.1.1 整體平均粒度的變化90-92
• 6.1.2 不同礦物粒度的變化92-94
• 6.1.3 不同礦物的解離度差異94-98
• 6.1.4 粒度和解離度與各有價(jià)礦物磁選回收率的關(guān)系98-99
• 6.2 多因素影響下各礦物磁選特性的差異99-111
• 6.2.1 給礦粒度對磁選指標(biāo)的影響99-101
• 6.2.2 磁場強(qiáng)度對磁選指標(biāo)的影響101-102
• 6.2.3 多因素響應(yīng)面分析及建模102-111
• 6.3 本章小結(jié)111-112
• 7 浮選過程有價(jià)礦物與藥劑作用的差異研究112-145
• 7.1 礦物自身性質(zhì)的量子化學(xué)模擬和計(jì)算112-123
• 7.1.1 晶胞模型112-116
• 7.1.2 能帶結(jié)構(gòu)116-117
• 7.1.3 電子態(tài)密度117-121
• 7.1.4 Mulliken軌道布居121-123
• 7.2 油酸鈉對各礦物的選擇性作用123-135
• 7.2.1 油酸鈉存在下各礦物可浮性差異124
• 7.2.2 油酸鈉作用機(jī)理分析124-127
• 7.2.3 油酸鈉在三種礦物表面的吸附差異127-135
• 7.3 淀粉對各礦物的選擇性作用135-143
• 7.3.1 油酸鈉-淀粉體系下各礦物的可浮性差異135-136
• 7.3.2 淀粉作用機(jī)理分析136-138
• 7.3.3 淀粉在三種礦物表面的吸附差異138-143
• 7.4 本章小結(jié)143-145
• 8 結(jié)論145-148
• 8.1 主要結(jié)論145-147
• 8.2 主要創(chuàng)新點(diǎn)147-148
• 參考文獻(xiàn)148-155
• 附錄A 解離度計(jì)算的部分核心代碼155-161
• 作者簡歷及在學(xué)研究成果161-164
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集164

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