硅酸钠预分散联合重力分离高效富集超低品位伴生钽铌矿：机理与性能

《Minerals》：Efficient Enrichment of Ultra-Low-Grade Associated Tantalum–Niobium Ore via Sodium Silicate Pre-Dispersion Combined with Gravity Separation: Mechanism and Performance

　　

钽和铌是关键的稀有难熔战略金属；然而，大多数伴生钽铌资源具有超低品位、细粒嵌布和严重泥化的特征，这导致脉石云母在有用矿物表面产生显著的矿泥罩盖，并阻碍了通过重力分离实现高效回收。本研究提出了一种将硅酸钠预分散调浆与摇床重力分离相结合的创新选矿工艺，用于回收一种以锂辉石为主的伟晶岩型锂矿，其中含微量伴生钽铌矿物，云母是主要的易泥化脉石矿物。工艺矿物学分析表明，原矿中(Nb,Ta)₂O₅总品位仅为0.019%，主要有用矿物为锰铌铁矿、铌钽铁矿和钽铁矿，而层状云母矿物是主要的泥化脉石，易生成小于5 μm的微细矿泥。单因素试验表明，最佳磨矿细度为84.4%通过200目，重力分离的最佳给矿矿浆浓度为28.6%。在不添加分散剂的情况下，仅调节矿浆浓度，所得精矿中Nb₂O₅品位仅为0.144%，因为严重的矿泥罩盖极大地限制了分离选择性。引入硅酸钠进行预分散后，在最佳用量300 g/t下分离性能显著提高：精矿Nb₂O₅品位达到1.28%（比空白试验高8倍），Ta₂O₅品位提高至0.47%（比空白试验高85倍）。采用多尺度表征手段，包括Zeta电位测量、紫外-可见漫反射光谱、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱，以阐明硅酸钠的分散机理。结果证实，硅酸钠通过其硅酸根与云母表面Al-OH活性位点形成Si-O-Al键而发生选择性化学吸附，从而显著增加矿物颗粒间的静电排斥力，并消除钽铌矿物表面的云母矿泥罩盖。相比之下，硅酸钠在钽铌矿物表面仅表现出弱物理吸附，无明显化学键合。本工作为泥化超低品位伴生钽铌矿的高效富集提供了一种低成本、环保的预处理-重力分离耦合技术，并为复杂钽铌尾矿和低品位矿产资源的绿色利用提供了理论指导。

钽（Ta）和铌（Nb）是关键的稀有难熔战略金属，在国防、航空航天、精密电子制造、核聚变等领域具有不可替代的地位。然而，全球钽铌资源超过90%以伴生形式赋存于铁矿、稀土多金属矿及尾矿中，普遍具有低品位、细粒嵌布和易泥化特征，导致矿泥罩盖（slime coating）严重，制约重力分离（gravity separation）效率。现有重选、磁选、浮选及联合工艺在处理此类矿石时存在回收率低、药剂消耗大、流程复杂等问题。为此，研究人员提出硅酸钠（sodium silicate）预分散调浆与摇床（shaking table）重选耦合的创新工艺，以高效富集超低品位伴生钽铌矿。该论文发表于《Minerals》。

研究人员以四川某地锂辉石型伟晶岩锂矿为对象，该矿含微量伴生钽铌矿物，云母为主要易泥化脉石。通过工艺矿物学、单因素条件试验和多尺度表面分析，系统研究了硅酸钠预分散对重选指标的影响及机理。结果表明，在最佳条件下，精矿Nb₂O₅品位从0.144%提高至1.28%，Ta₂O₅品位较空白试验提高约85倍，显著改善了富集效果。该研究为泥化超低品位伴生钽铌矿的绿色利用提供了低成本、环保的预处理-重选耦合技术。

在技术方法方面，研究人员主要采用了以下关键手段：利用矿物解离分析仪（Mineral Liberation Analyzer，MLA）结合扫描电镜-能谱（SEM-EDS）和X射线衍射（XRD）开展工艺矿物学表征；通过实验室球磨机磨矿和摇床重选进行单因素条件试验；采用Zeta电位测量、紫外-可见光谱（UV-vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）分析矿物表面性质及硅酸钠吸附机理。样本来自四川某地，纯矿物样品在双目显微镜下从原矿中手选获得，并经XRD确认纯度。

### 3.1 磨矿细度对重选的影响

通过不同磨矿时间制备不同细度的给矿，摇床重选结果表明，随着磨矿细度从41.2%提高至84.4%通过200目，精矿中Ta₂O₅品位从0.0068%升至0.0360%，Nb₂O₅品位从0.0140%升至0