Tantal-Niobium-Erz: Mineralogie, Flotationsverhalten und Downstream-Metallspezifikationen

Mineralogie von Tantal-Niob-Erzen

Industrielle Tantal- und Niob-Rohstoffe stammen aus zwei Mineralfamilien. Die Columbit--Tantalit-Reihe (Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6 ist eine vollständige feste Lösung, in der Tantal und Niob frei substituieren; eine Ta-dominante Zusammensetzung wird Tantalit genannt und eine Nb-dominante Zusammensetzung wird Columbit genannt. Pyrochlor, nominell (Na,Ca)2Nb2O6(OH,F), dominiert die Niobversorgung aus karbonatit-gelagerten Lagerstätten. Da die beiden Elemente chemisch ähnlich sind, wird das Erz immer anhand separater Ta2O5- und Nb2O5-Analysen und nicht anhand einer einzigen kombinierten Oxidzahl bewertet.

Die Metalle unterscheiden sich stark in der Dichte: Tantalmetall hat 16,6 g/cm3 und Niobmetall 8,57 g/cm3. Dieser Gegensatz ist der Grund dafür, dass die meisten Primärerze vor der Flotation, magnetischen Trennung oder einer Endreinigungsstufe eine Vorkonzentration durch Schwerkraft durchlaufen.

Vergleichende Mineraldaten

Fe und Mn variieren kontinuierlich über die Columbit--Tantalit-Reihe, sodass dieselbe Handprobe unterschiedliche Ta2O5/Nb2O5-Verhältnisse aus verschiedenen Teilen einer Lagerstätte ergeben kann. Käufer analysieren daher auf Chargenbasis und Verträge basieren auf dem Pentoxidverhältnis und nicht auf dem Mineralnamen.

Flotationsverhalten und Reagenzregime

Tantalit, Columbit und Pyrochlor reagieren sowohl auf kationische als auch auf anionische Sammler; Komplexbildner, typischerweise Hydroxamsäure-Typen, führen zu einer selektiveren Reaktion. Mit Ölsäure als Sammler erreicht die Ausbeute ihren Höhepunkt im pH-Bereich von 6 bis 8, während die Gangmineralien Quarz, Feldspat und Dolomit bei jedem pH-Wert schlecht schwimmen. Dieses Fenster ist die praktische Grundlage für die Trennung von Erzmineralien aus Silikat- und Karbonatganggestein.

Säurekonditionierung erhöht die Schwimmfähigkeit. Durch die Behandlung mit etwa 10 %iger Schwefelsäure lässt sich das Erz deutlich leichter flotieren und die Reaktion verbessert sich mit der Säuredosierung; Schwefelsäure ist bei dieser Aufgabe besser als Salzsäure, während die Konditionierung mit etwa 1 %iger Flusssäure einen ähnlichen Aktivierungsgrad wie Schwefelsäure erzeugt. Wenn Ölsäure der Sammler ist, drückt Natriumsulfid in einer Konzentration von etwa 10 bis 20 mg pro Liter Tantal-Niobmineralien zusammen mit einem Teil der Gangart; Bei einem Kationensammler aktiviert das gleiche Reagenz zunächst die Erzmineralien, die Ausbeute nimmt jedoch mit zunehmender Dosierung ab. Geringe Zugaben von Natriumsilikofluorid senken alle Mineralien im Ölsäurekreislauf.

Downstream-Metallspezifikationen

Das Konzentrat wird in eine Metall- oder Eisenvorlegierung umgewandelt, und das bearbeitete Produkt wird dann anhand der veröffentlichten Spezifikationen und nicht anhand der Erzanalyse gekauft. Tantalbarren sind gemäß ASTM B364 spezifiziert, Tantalstäbe und -drähte gemäß ASTM B365. Niobbarren fallen unter ASTM B394 und Niobstäbe und -stäbe unter ASTM B392. Diese Spezifikationen legen chemische Grenzwerte, mechanische Eigenschaften und Maßtoleranzen fest und sind unabhängig von der Mineralogie, aus der das Futter stammt.

Häufig gestellte Fragen

Q:Was ist der Unterschied zwischen Tantalit und Columbit?
A: Beide gehören zur Reihe der festen Lösungen (Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6. Tantalit ist das Ta-reiche Ende der Reihe, Columbit das Nb-reiche Ende; Die Grenze ist eine Frage des Ta/Nb-Verhältnisses in jeder Charge und nicht einer unterschiedlichen Mineralstruktur.

Q:Warum wird Erz getrennt nach Ta2O5 und Nb2O5 bewertet?
A: Die beiden Oxide werden zu sehr unterschiedlichen Preisen bezahlt und verhalten sich in der nachgelagerten Metallurgie unterschiedlich, sodass eine einzige kombinierte Oxidzahl den zahlbaren Tantalgehalt verbergen würde.

Q:Welcher pH-Bereich eignet sich für die Ölsäureflotation?
A: Die Gewinnung erfolgt am besten zwischen pH 6 und pH 8, wo auch Quarz, Feldspat und Dolomit schlecht schwimmfähig bleiben und in die Abraumhalden zurückgeleitet werden können.

Q:Verändert die Säurekonditionierung die Flotationsleistung?
A: Ja. Die Konditionierung mit etwa 10 %iger Schwefelsäure erhöht die Schwimmfähigkeit und der Effekt verstärkt sich mit der Säurezugabe. Schwefelsäure ist leistungsfähiger als Salzsäure, während etwa 1 % Flusssäure eine vergleichbare Aktivierung ergibt.

Q:Welche Spezifikationen gelten für das fertige Metall?
A: ASTM B364 für Tantalbarren, ASTM B365 für Tantalstäbe und -drähte, ASTM B394 für Niobbarren und ASTM B392 für Niobstäbe und -stäbe.