萤石开发利用与浮选分离技术分析

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  中图分类号:P619.21+5 文献标识码:A 文章编号:
  摘要:对我国近年来萤石资源产销状况的回顾,对萤石应用领域与前景的阐述。
  对萤石的矿石特性与浮选分离技术及其技术难点作了分析,对萤石调整剂的机理研究和工艺技术也被提出加强,同时也是对萤石发展战略与技术方向的展望。
  在我国虽有一定储蓄量的萤石,不仅是最重要的含氟工业矿物,也是具有战略性的矿产资源,但因为扩大的应用领域和资源消耗速度加快,也已经对我国的可持续发展构成威胁。本文阐述了萤石的动态发展,同时萤石的发展战略与技术努力方向也被提出,这些都是从萤石的产销情况、浮选分离技术和开发利用的角度出发。
  1 萤石资源与开发利用现状
  1.1 萤石 矿产资源与产销现状
  世界上萤石矿产资源和生产的主要国家是我国,世界储量213亿t萤石,418亿t储量基础,2007年底为止,普通萤石查明资源储量折算为氟化钙(CaF2)为16 002158万t(按64%折算矿石量)[2],居世界第3位(若按白云鄂博伴生萤石计算,则居首位),只处南非、墨西哥之后。储量的矿区有290余处已被探明,在国分布于全26个省(区),但由于潜力巨大的资源,较低的地质工作程度;萤石也相对集中储量,萤石在湖南最多,内蒙古、浙江次之。因矿床(点)多的单一型萤石,储量小;而矿床(点)数少的伴(共)生型储量大;CaF2在矿石中的品位平均只有3417%,仅占全国总量的2%[3~6]的富矿却属于高品味。
  
  1.2 萤石应用领域与前景
  人类是在认识到难熔矿物的熔点能够被萤石降低时才开始对萤石的应用。在传统产业中,萤石作为助熔剂、排渣剂在冶金工业如炼铁、炼钢和铁合金时被运用;人造冰晶石的生产原料,电解铝生产中做助熔剂的是冰晶石,氟化铝、氟化钠等是氢氟酸合成;玻璃的遮光剂、搪瓷的增白剂等。生产水泥熟料的矿化剂也是用萤石,导致水泥原料易煅烧,烧结降低温度,烧成时间缩短,能源节约。萤石用于不透明玻璃、生产乳化玻璃、和着色玻璃的原料时,玻璃熔炼时的温度可被降低,熔融体改进,熔融加速,由此可使燃料的消耗比率缩减。萤石用于陶瓷制造、搪瓷过程的乳浊剂和熔剂。在光学工业中,无球面像的光学物镜、光谱仪棱镜,辐射紫外线及红外线的窗口材料也是萤石制造的;能作为工艺萤石主要是无色透明的大块萤石晶体。
  
  
  当前,新兴行业,高性能材料、农药、医药、国防、制冷等也采用了萤石。把萤石作为一种战略矿物在美国和部分欧洲国家已经普遍。其开采与开发也被限制,如:1997年美国将萤石列为战略性储备资源,开采被停止。用萤石制成的氢氟酸,用于喷气机液体推进剂的生产,推进剂用于航天航空工业的导弹喷气燃料,用用于核能源工业的核燃料是氢氟酸提纯的,氢氟酸应用范围有:石油化工、制造半导体、加工玻璃、加工金属和提纯非金属等。氢氟酸在有机氟化学工业中主要用于含氟烷烃,含氟烷烃(如HFC-134a)生产,工业和民用制冷系统也应用。含氟聚合物的主要原料也包含含氟烷烃,超强环保清洗剂的生产也有使用。具有高热稳定性、高化学惰性、强电绝缘性和低摩擦系数等性能的含氟聚合物(如氟塑料、氟橡胶和氟涂料),在汽车、飞机、轮船、化工、农业、防火纺织品和医疗设备中也应用广泛。具有先导性和战略地位的基础产业氟化学工业中,高新技术产业所必须的基础材料是氟化工产品,具氢氟酸是氟化学工业的关键基础原料之一,而最经济、最关键的氢氟酸的矿物原料制取是萤石,供应能否足够持久关乎世界工业可持续发展的是能否足够持久供应的萤石。萤石的战略地位已被我国已经逐步意识到,限制耐火粘土萤石产量、耐火粘土萤石和限制萤石出口的措施也被国务院出台调控。
  
  
  2 萤石浮选分离技术
  一般萤石会混合着方解石、硫化矿、石英还有重晶石这些物质存在,国际上对萤石的富集大多都是使用浮选法,特别是对于高纯度的萤石粉。像石英-萤石这样的矿石,大多都是选用一次性的粗选磨矿、然后再细细磨多几次粗精矿来得到精矿这一工艺流程。使用碳酸钠作为调整矿石至碱性,来预防石英被多价阳离子所活化,适当的加些水到捕收剂脂肪酸类中来使硅酸盐类脉的矿石物质的产生得到抑制。捕收剂脂肪酸类对于碳酸盐-萤石类的矿石以及方解石都有很强的吸附能力,一般生产时先混合浮选,再慢慢分离萤石和方解石来使萤石精矿的品味提高,抑制含钙矿物的溶剂有偏磷酸钠、糊精、草酸、水玻璃和木质素磺酸等,使用混合抑制药剂可以提高对钙矿物质的抑制作用。硫化矿萤石矿石以含铅矿物、锌,伴生矿物为萤石,浮选时先浮选硫化矿之后才是萤石,之后再单独处理萤石,再进行多次的对萤石精选,这样就可以有很满意的效果了,如果要精选酸级的萤石则需要对矿石进行精矿降硅处理。当今最主要的研究热点和研究难点是对于抑制和捕收新型萤石的化学剂、分离萤石和方解石的研究、分离萤石和重晶石还有对萤石的精矿降硅处理等等。
  3萤石的在技术方面的努力目标和发展战略
  3.1 萤石面临着严峻的资源问题,萤石在世界的资源也开始慢慢的枯竭,我国的更加严峻,因此,需要适当的调开发萤石的战略。法英美三国就要缺粮/氟化工0了,纳米比亚、南非、墨西哥、蒙古等的主产萤石国家也还在继续的生产萤石。在一九八三年前,净出口萤石的国家是英国,现在却是净进口萤石的国家。欧洲地区第二大开发萤石的大国是法国,在二零零一年,产量到了历史上最高峰,在这当中,索普容格是唯一的一个开发萤石商人,但是由于没有发现到新的矿床,在零六年的时候宣布停产。诺哇公司是意大利的唯一开发商,也在零六年停止开采萤石。美国是在一九九七年停止开采萤石,但是在最近,美国需求萤石资源却没有看见减缓,每一年的萤石消费还达到53~62万t,一般有85%的萤石资源都是用于氢氟酸生产。
  中国传统的出口矿产品就是萤石,在目前的国际市场中一般都有40%份额,但是因为开采过度,出口过量,萤石在中国的储量可采静态的年限已经不足于八年[7]。所以一定要开始调整战略出口,实行萤石的开采适度,出口要谨慎,而且还要制定更加有远见的发展规划,努力做到对传统产业的淘汰,以至于不会消耗萤石.严格控制氟化钠、氢氟酸、萤石矿等氟产品的出口,加大力度的发展材料含氟高分子和化学品含氟精细等等的高端品。
  
  3.2 努力開发萤石资源的替代品
  世界有180亿t的磷酸盐岩,含有613亿t,的氟,这样就相对于含有1219亿t萤石。美国的主矿区萤石资源已慢慢的枯竭,因此现在美国已经转向在磷酸盐岩资源中获取氟。美国有10亿t的磷酸盐岩,因此平均有315%的氟含量,在磷矿利用后,磷酸制取的过程中是可以大量的回收氟硅酸盐副产品。在磷酸盐岩里面包含了大概3 500万t的氟资源,这就相对于含有7 200万t的萤石。
  在加工磷矿石变成磷酸或者磷肥的生产过程中,氟就会以形式SiF4和HF逸出来。根据最近的测算,中国一年会有大概100万t的氟在开采加工磷矿的过程中被排放到生活环境里,这样我国的氟总量就很大程度的超出了当年氟化工消耗。
  我国大概有50多处萤石矿区都是从矿产有色金属中伴生来的,就单单在湖南的一个钨锡钼铋矿就可以伴生出6 500万t萤石矿,包头鄂博就能伴生大于111亿t萤石。我们国家的从磷矿中提取氟资源就相对于是国家的储量萤石的13167倍至16171倍,每一年大概开采5 000多wt磷矿石,伴生出大概就有150多wt氟,其中有很大的一部分是不可以被回收再次利用,所以流失的氟含量大大多于萤石中氟当年的需求量。萤石和磷矿都是有限的资源,所以长久的发展氟的最佳选择就是能够有效的使用氟资源。
  3.3 选矿工艺应该加强和研究应用基础
  随着开发和利用萤石,就出现了越来越低的入选品位。在目前来看,萤石多数的入选品位都从百分之六十以上的降到百分之四十左右。萤石CaF2的含量从尾矿中获取的大概就百分之二十左右,CaF2的含量在磷资源中还低于百分之十二。由于比较低入选品位,回收效果如何强化,药剂生产成本如何降低;由于选矿浆的产量比较大,浮选大规模装置如何选用,比如要选用浮选柱,以此来稳定浮选常温效果;由于尾矿中含量较大的细粒,回水的的再次利用和排放氟废水的问题要怎样解决等等都需要研究选矿工艺技术的支持。国内对于调整剂、捕收剂的报道都很多[34],但是笔者却认为很大一部分的仍然还停在试验室里面的研究,没有被工业所采用,而是需要进一步的对工艺条件和磨矿、电位等性质做研究,以及对于调整剂的机理作用、药剂做很好的技术支持和指导。
  4 结束语
  由于世界日渐枯竭的萤石资源、应用萤石的领域也在慢慢的扩展,而且飞速发展氟行业,我国作为传统的萤石矿产品出口国,发展战略也要作出调整。建议减少一些单一的开发萤石资源、努力做好萤石伴生资源、鼓动积极的开发萤石资源替代品,以此可以使我们国家的经济发展可持续。
  分离浮选萤石技术是氟化工的一个基础技术,对于不同品质和种类的萤石,建议对于选矿工艺和矿石氟资源的性质加强研究,特别对于含氟矿物和 药剂浮选更加加强以及对于共生的石英、重晶石、方解石等等矿物的机理作用要做出更好的研究,为萤石的伴生或低贫资源提供生产技术方面的指导。
  参考文献:
  [1] 袁俊宏1我国萤石资源开发利用情况[J]1有机氟工业,2005,(2):27-291
  [2] 尹丽文1中国应尽快停止出口萤石[J]1国土资源情报,2009,(8):15-191
  [3] 郑水林,袁继祖1非金属矿加工技术与应用手册[M]1北京:冶金工业出版社,20051
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