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中国有色金属加工工业协会
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锂、铍、铌、钽资源开发阶段

一、地质勘查

 

锂、铍、铌、钽矿产是发展稀有金属工业的主要矿物原料。新中国成立后有相当长的一段时间,资本主义国家将锂、铍、铌、钽等稀有、稀土金属矿产品作为战略物资对我国封锁、禁运,因而国家决定自力更生,立足国内解决矿产资源,发展我国稀有、稀土金属工业。

五六十年代,地质部、冶金工业部等密切合作,精心组织,加强稀有、稀土矿产地质勘查工作。地质部组建了第二地矿司,专门负责规划、组织管理全国这类矿产地质勘查和科研工作。有关省区地质局和冶金地质勘探公司成立了稀有、稀土专业勘探队。在地区部署上选择了新疆、青海、内蒙古、四川、江西、福建、广东、广西、湖南、湖北等省区作为重点全面开展普查找矿和地质勘探工作,迅速地探明了一批矿产地。如新疆的富蕴可可托海、柯鲁木特、青河阿斯卡尔特、福海库卡拉盖、福海群库尔等特大型、大中型锂铍铌钽矿,内蒙古白云鄂博超大型铌稀土矿,四川的康定甲基卡特大型锂铍矿、金川可尔因大型锂矿,青海柴达木盆地一里坪和东、西台吉乃尔湖等特大型盐湖锂矿,江西横峰黄山大型钽铌矿,广东的增城派潭大型铌铁矿砂矿、博罗地区大型铌钽矿,广西的贺县姑婆山大型褐钇铌矿砂矿、恭城栗木老虎头中型钽铌矿,湖南香花岭铍矿等。

70年代以来,在五六十年代大规模普查找矿基础上又相继发现并勘查一批矿产地。如江西的宜春特大型钽(铌)-锂矿、横峰葛源钽铌钨锡矿(钽为特大型)、石城海罗岭中型铌钽矿,湖北的竹山庙垭特大型铌、稀土矿、通城断峰山大型钽铌矿,内蒙古扎鲁特旗巴尔哲大型铌、稀土矿,福建南平西坑大型钽铌矿,广东广宁横山中型铌钽矿和广西恭城水溪庙钽铌矿(钽大型)、金竹园钽铌矿(钽大型)等。

锂铍铌钽矿产勘查,主要通过区域普查找矿和重点矿区评价、勘探相结合,采用地质、物化探、槽井探、钻探、坑探等技术方法手段进行勘查。特别是由于稀有元素矿物分布稀少,成分复杂,矿石粒度嵌布细微,肉眼不易识别,因而岩矿鉴定、重砂分析、化学分析等对发现、评价、勘探稀有、稀土矿床和配合选冶试验等发挥了重要作用。

稀有、稀土矿床的地质勘探,是按勘探规范进行的,并以勘探类型合理选择勘探方法手段和布置勘探工程。我国《稀有金属矿地质勘探规范》,将内生矿床和风化壳矿床划分为4个勘探类型,砂矿床划分为3个勘探类型。

稀有金属内生矿床和风化壳矿床的勘探类型,依据矿体规模、形态及其矿化均匀程度等因素划分:

第Ⅰ类型:矿体规模巨大(长>800m,宽或延深>500m),形态简单,呈层状、似层状、板状、巨大透镜状与脉状,矿化均匀至较均匀。属于本类矿床有碱性长石花岗岩矿床、风化壳矿床和白云鄂博铌、稀土矿床等。

第Ⅱ类型:矿体规模中至大、个别巨大(大型长400~800m,宽或延深200~500m);中型(长200~400m,宽或延深100~200m),形态简单至较简单,呈似层状、脉状与透镜状,矿化较均匀。属本类型的有碱性长石花岗岩矿床、风化壳矿床,花岗伟晶岩类矿床[如新疆柯鲁木特112号脉、碱性岩-碳酸岩矿床(如湖北庙垭)]等。

第Ⅲ类型:矿体规模中等,个别较大,形态较简单至复杂,呈似层状、脉状及透镜状,矿化较均匀。属于本类型的有花岗伟晶岩类矿脉(新疆群库尔2号脉)、气成-热液矿床(如江西画眉坳)、钠长石化花岗岩矿床等。

第Ⅳ类型:矿体规模小至中等(小型长<200m,宽或延深<100m),形态很复杂,呈透镜状、脉状、巢状,矿化不均匀至很不均匀,但具有工业价值,可进行边采边探。

稀有金属砂矿床勘探类型,依据矿层(体)规模、稳定程度及其稀有金属矿物品位均匀程度等因素划分:

第Ⅰ类型:矿层(体)规模大,长>2000m,宽>400m,呈层状、带状分布,一般为含矿细砂层,部分砂砾层,矿层稳定,品位均匀,底板平坦。该类型主要是滨海砂矿床,部分为河流砂矿床等。

第Ⅱ类型:矿层(体)规模中等,长500~2000m,宽200~400m,呈带状、树枝状分布,矿层的厚度均有明显膨缩现象,一般为砂砾层,部分细砂层,品位较均匀,矿层底板不平坦。该类型有河流砂矿床(如广东增城派潭),部分滨海砂矿床等。

第Ⅲ类型:矿层(体)规模小,长<500m,宽<200m,呈树枝状、扁豆体分布,矿层的厚度和宽度变化显著,矿层结构复杂,其中砂砾石的粒径相差悬殊,分选性差,品位不均匀,矿层底板凹凸不平。该类型的矿床有上中游河流砂矿床和大型河流砂矿床下层矿体。

各勘探类型求得各级储量的工程密度和选用的适当勘探手段见表3.20.4和3.20.5。

 

3.20.4稀有金属内生矿床及风化壳矿床勘探工程密度

 t3-20-4.jpg

 

 

3.20.5稀有金属砂矿床勘探工程密度

 t3-20-5.jpg

 

 

稀有金属盐湖矿床的勘探类型,尚未具体划分,其勘探工程密度,在稀有金属矿地质勘探规范中将过去勘探所采用的工程密度列出,以供参考:B级储量1000m×1000m;C级储量2000m×1000m。

 

二、矿山开采

 

我国稀有金属矿山,露天(包括风化壳矿、滨海砂矿、河流冲积砂矿)和地下矿山都有。锂、铍、铌、钽矿多为露天开采,约占总产量的95%以上,地下开采的矿山不多。

露天开采是在敞露条件下,采用采掘设备剥离矿体的覆盖物和围岩,以逐步暴露矿体并加以开拓运输、采剥。其开拓运输方法有公路开拓运输、铁路开拓运输、公路-铁路联合开拓运输、公路(或窄轨)-斜坡提升联合开拓运输、公路(或窄轨)-平硐溜井联合开拓运输、公路-破碎站-胶带机联合开拓运输、自溜-斜坡卷扬提升联合开拓运输等。风化壳矿和砂矿多以水采水运开采方式。

我国大中型锂铍铌钽矿具有代表性的露天矿山:新疆可可托海锂铍铌钽矿为大型露天矿山,由于含矿花岗伟晶岩分带明显,因此采取机械分带开采。采场内部采用返回式路线开拓,剥离采用阶段工作面平行推进方式。爆破后矿石先在采场内手选,然后分类送往选厂处理。该矿年总剥离量达1100~1200kt,电铲效率为552t/m3·台·班,是我国目前较先进的最大的锂铍矿露天采场。

铌钽矿露天矿山具有代表性的有江西宜春钽铌矿、石城铌钽矿,广西栗木老虎头钽铌矿,广东泰美铌钽原生矿等。其中宜春钽铌矿是我国最大的露天钽铌矿山,日处理矿石1500t,平均剥采比0.44。采剥工作台阶高10m,最小工作平台宽30~35m。矿石用4m3电铲铲装,用汽车-溜井-电机联合方法运到选厂。溜矿井直径2.5m,深287m,井口设有100mm×700mm格筛和风动碎石机,筛上大块用碎石机破碎,溜井放矿装入矿车,用14t电机车牵引经855m主平窿和窿外铁路运到选厂。该矿1992年采矿贫化率0.75%,损失率0.023%,露天采矿成本27元/t。

风化壳矿和砂矿一般采用水采水运方式开采,具有效率高、投资低、易搬迁、维修简单、劳动强度小等优点。我国开采风化壳和冲积砂矿的矿山,如广东泰美钽铌矿和永汉钽铌矿等,都用推土机剥离,水枪开采,20.24cm砂泵运送。水枪口径38mm,出口压力0.6kPa,日采运矿石600~1200t。

地下开采,主要采用浅孔留矿采方法。目前地下开采矿山,主要是钽铌矿床,如广西栗木水溪庙钽铌矿,新疆阿勒泰钽铌矿,江西横峰钽铌矿,广东横山钽铌矿等矿山。水溪庙矿山采用侧翼竖井开拓,采矿方法为分段空场法、留矿法和全面法,采矿贫化率10%~17%,损失率7%~16%,采矿成本约15元/t。阿勒泰矿山采矿方法是浅孔留矿法,溜井-平窿-电机车运输,采矿贫化率2.8%,损失率3.2%,采矿直接成本14.64元/t,运矿成本31.21元/t。横峰矿山为浅孔留矿法开采,坑内平窿电机车运输,坑外自卸汽车运输。横山矿山用崩落法开采,汽车运输,采矿成本13.22元/t,运矿成本2.51元/t。

 

三、选矿与加工

 

锂、铍、铌、钽等稀有金属矿石,一般都要经过选矿得出合格精矿产品,才能作为冶炼原料。某些易于湿法冶炼的难选矿石,可直接冶炼。

在地质勘探过程中,初勘的矿床应进行初步可选性试验,详勘的矿床应进行实验室规模的连续性试验。对某些物质成分复杂的新类型矿床,选矿试验工作应提前进行,以便确定矿石可选性能,评价矿床能否进行勘探。工业部门如需要采取半工业或工业试验样品及其他试验样品时,地质勘探单位应协同试验单位编制矿床采样设计,提供地质资料,并作好有关采样的协作配合工作。

锂、铍、铌、钽矿石的选矿方法,依据矿石性质分为手选矿石与机选矿石两大类:

锂、铍矿选矿方法,有手选法、浮选法、化学或化学-浮选联合法、热裂选法、放射性选法、粒浮选矿法等,其中前3种方法较为常用。

手选法在五六十年代是国内外锂、铍精矿生产中的主要选矿方法之一。如我国1959年新疆、湖南等省区手选生产的绿柱石精矿达2800多t,1962年世界绿柱石精矿产量为7400t,其中手选精矿占91%。这主要是由于锂、铍矿多数来自伟晶岩矿床,选别的主要工业矿物锂辉石、绿柱石等晶体大、易手选。但应看到,手选劳动强度大、生产效率低、资源浪费大、选别指标低,因而正在逐渐地为机械选矿方法所代替。然而在劳动力便宜的发展中国家里,手选仍是生产锂铍精矿的主要方法。

浮选方法的研究和应用较早,国外在30年代已将浮选法用于锂辉石精矿的工业生产。锂辉石浮选有的采用反浮选,也有的用正浮选;锂云母易浮,常用正浮选;至于绿柱石的工业浮选报道的极少。我国50年代末开始锂辉石、绿柱石的浮选研究,随后又进行了锂云母浮选、锂铍分离和其他锂铍矿的研究,制定出锂辉石、绿柱石、锂云母的浮选工艺流程,并在新建的锂铍选矿中得到应用。

化学或化学-浮选联合法,适用于盐湖锂矿,用此法从中提取锂盐。其方法是将卤水在晒场上蒸发,钠盐和钾盐沉淀析出,氯化锂浓度提高到6%左右,然后将其送入工厂,用苏打法将氯化锂转变成碳酸锂固体产品。

钽铌矿选矿方法,多采用联合方法流程,不同矿石类型有不同方法流程。如钽铁矿、铌铁矿和褐钇铌矿矿石采用重选—浮选—重选联合流程或重选—磁选—重选联合流程;碳酸岩烧绿石矿石主要采用浮选—磁选—浸出—浮选联合流程;伟晶岩烧绿石矿石多采用重选—磁浮—浮游重选—电选—浮选—重选联合流程。

锂、铍、铌、钽制取主要有以下方法工艺流程:

(1)锂冶金包括化合物制取和金属制取  锂化合物的制取,将锂辉石精矿(含Li2O6%~6.5%)和锂云母精矿(含Li2O4%~5%)用硫酸法或石灰法工艺流程处理。硫酸法可适用于锂辉石矿物原料,石灰法适用于锂云母矿物原料。此外,从矿石提取锂化合物的方法还有硫酸钾法、氯化焙烧法和碱压煮法等。工业生产金属锂则采用LiCl-KCl熔盐电解法。

(2)铍的制取  工业上金属铍的生产一般分为两步:第一步是从绿柱石中提取氧化铍,第二步是由氧化铍制取金属铍。氧化铍的提取有硫酸盐法和氟化物法。金属铍的生产,因氧化铍极难直接还原成金属,故生产中先将氧化铍转化为卤化物,然后再还原成金属。有两种工艺,即氟化铍镁还原法和氯化铍熔盐电解法。

(3)铌的冶炼  包括分解精矿、分离钽铌、制取化合物和金属、精炼等过程。金属铌的工业生产方法有碳热还原法、钠热还原法和铝热还原法。

(4)钽的冶炼  主要步骤是分解精矿,净化和分离钽、铌,以制取钽、铌的纯化合物,最后制取金属。矿石分解采用氢氟酸分解法、氢氧化钠熔融法和氯化法等。钽铌分离可采用溶剂萃取法(常用的萃取剂为甲基异丁基酮(MIBK)、磷酸三丁酯(TBP、仲辛醇和乙酰胺等)、分步结晶法和离子交换法。

本文引用地址:http://www.metalnews.cn/ys/show-141041-1.html

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