通过还原-硫化工艺从复杂资源中有效回收铌

《Results in Engineering》：Effective Recovery of Niobium from Complex Resources by Reduction-sulphuration Process

复杂铌资源的高温还原-硫化分离技术及机制研究。通过添加硫化剂（黄铁矿）和还原剂（焦炭），将铌矿物转化为铁铌硫化物（FeNb2S4），实现与炉渣的高效分离，铌回收率达89.25%。研究揭示了铌的三价还原、相界迁移及硫化反应机制，为低品位复杂铌资源的高效利用提供新途径。

　　在当前全球对关键金属资源的需求不断上升的背景下，我国的铌资源开采与利用面临着严峻的挑战。尤其是对于那些具有复杂矿物组成和细粒度特征的低品位铌矿石，传统选矿和冶炼技术往往难以实现高效的回收利用。本文提出了一种高温还原-硫化的新策略，以解决这一问题。通过引入硫化剂（黄铁矿）和还原剂（焦炭），在高温条件下将含铌矿物转化为铁铌硫化物（FeNb?S?），并实现其与炉渣的有效分离。这一策略不仅提高了铌的回收效率，还增强了对复杂矿石的处理能力，为全球丰富的低品位铌资源的高效利用提供了新的思路。

铌是一种重要的合金原料，广泛应用于钢铁工业、核能和航空航天等领域，因其高熔点和优异的物理化学性质而备受关注。随着工业发展和技术进步，全球对铌的需求逐年增加，尤其是在高性能合金和特种材料的制造过程中，铌的应用日益广泛。目前，世界上主要的铌资源集中在巴西和加拿大，但这些国家的高品位矿石资源逐渐枯竭，而低品位、复杂成分的矿石资源却日益丰富。因此，如何高效地回收和利用这些低品位矿石成为当前亟需解决的重要课题。

以中国著名的白云鄂博矿为例，该矿是全球最大的铌-铁-稀土共生矿之一，其含Nb?O?的储量高达220万吨。然而，由于矿石品位低（Nb?O?含量在0.068%至0.14%之间）、矿物种类繁多（包括铌铁矿、独居石、_aeschnite_和_ bastnaesite_等）以及粒度细小，传统的选矿和冶炼方法难以实现高效的铌回收。目前，常规的物理选矿工艺只能得到品位在1%至5%之间的低品位粗选 concentrate，且难以进一步提纯。因此，探索新的处理方法，提高铌的回收率和纯度，成为提升资源利用率的关键。

针对这一问题，本文提出了一种基于高温还原-硫化的工艺方法。该方法通过在高温条件下引入黄铁矿和焦炭，使含铌矿物发生一系列的还原和硫化反应，最终转化为铁铌硫化物（FeNb?S?）。这种硫化物在炉渣中具有较高的分离能力，从而实现了铌与炉渣的有效分离。实验结果显示，通过调整黄铁矿的添加比例，可以将铌的回收率提升至89.25%。这一成果表明，高温还原-硫化技术在处理低品位、复杂成分的铌矿石方面具有显著的优势。

在实验过程中，研究人员使用了管式炉进行高温还原-硫化处理，并对样品进行了详细的表征分析。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）等手段，确认了反应过程中矿物相的变化和元素迁移的路径。XRD分析显示，在1450°C下，含铌矿物转化为FeNb?S?，并在冷却过程中进一步形成稳定的结构。SEM图像揭示了铁铌硫化物在炉渣边缘和内部的分布情况，而XPS分析则表明，在高温还原-硫化过程中，铌的价态从+5逐渐降低至+3，这一变化有助于其与炉渣的分离。

此外，实验还探讨了不同添加比例的黄铁矿对铌回收率的影响。结果显示，当黄铁矿的添加比例增加到22.5%时，铌的回收率达到最高，而进一步增加至27%时，回收率略有下降。这表明，在一定范围内，黄铁矿的添加比例对铌的回收效率具有显著影响。同时，研究还发现，铁和硫化物在高温还原过程中更容易迁移至炉渣与铁硫化物的边界，从而促进了铌的富集。

该研究不仅验证了高温还原-硫化技术在处理复杂铌矿石中的可行性，还为未来工业应用提供了重要的理论基础和技术支持。通过优化反应温度、时间、原料粒度和试剂比例，可以进一步降低试剂的消耗量，提高工艺的经济性和环保性。同时，炉渣作为一种副产物，也具有潜在的利用价值，例如作为建筑材料或冶金过程中的助熔剂。因此，未来的研究应重点关注如何进一步优化该工艺，以实现更低的试剂消耗和更小的炉渣体积，并开发高效的炉渣资源化利用或安全处置方案。

总体而言，本文提出了一种新的高温还原-硫化方法，成功实现了对复杂矿石中铌的高效回收和分离。该方法通过改变含铌矿物在矿石中的分布，使其转化为易于分离的硫化物，从而提高了铌的回收率和纯度。这一技术的应用有望推动低品位、复杂成分铌资源的高效利用，为全球铌资源的可持续开发提供新的解决方案。