高含磷釩鈦磁鐵礦資源綜合利用淺析

李國(guó)洲 張宇陽(yáng) 王美娜 莊 磊

(中冶北方(大連)工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116000)

0 引言

國(guó)內(nèi)外許多鐵礦山的鐵礦石主要種類為釩鈦磁鐵礦，而某些地區(qū)的釩鈦磁鐵礦還伴生有大量的磷灰石，即磷灰石-釩鈦磁鐵礦。該種礦山的礦石一般含鐵為15%左右，為超貧磁鐵礦，P2O5的含量一般為2%～3%以上，TiO2的含量為1%～2%之間，V2O5的含量為0.3%～0.8%。該種礦石大約三分之二的鐵以磁鐵礦、鈦磁鐵礦和鈦鐵礦的形式存在，鈦磁鐵礦一般都與鈦鐵礦伴生，兩種礦物在粗粒的時(shí)候呈連生狀態(tài)。P2O5主要以磷灰石的形式存在，少量賦存在云母中；礦石中鈦的賦存形式同樣較為分散，呈鈦鐵礦形式的TiO2一般在60%左右，其余則賦存于鈦磁鐵礦和硅酸鹽類礦物中，而賦存于鈦磁鐵礦中的TiO2一般隨同鈦磁鐵礦一起進(jìn)入鐵精礦。V2O5主要賦存在磁鐵礦和鈦磁鐵礦中以結(jié)晶共生的形式存在[1]。

在歐洲地區(qū)以及其他發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)鐵精粉中P2O5的含量有嚴(yán)格要求，一般不許超過(guò)0.05%，遠(yuǎn)超過(guò)我國(guó)鐵精粉中P2O5的最低含量可在0.1%～0.4%之間的要求。從上面的敘述可以看出，該礦原礦鐵品位較低，P2O5的含量較高，磁鐵礦地質(zhì)品位較低，鐵精粉中的鐵品位很難提高，國(guó)際市場(chǎng)上對(duì)鐵精粉中P2O5的含量要求非常嚴(yán)格，這都給這種礦石資源的利用帶來(lái)了難度[2]。

所以有必要針對(duì)該種礦石提高鐵精粉中鐵品位，有效降低鐵精粉中P2O5含量，并有效地回收TiO2、釩和P2O5，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，在取得社會(huì)效益的同時(shí)提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益。

1 原礦多元素分析

從表1中可以看出，主要有用元素的含量為，TFe，14.70%；V2O5，0.52%；TiO2，1.30%；P2O5，2.30%，其余元素含量較低。

表1 原礦多元素分析 %

2 選礦工藝

包括破碎工藝和選礦工藝，破碎工藝主要包括傳統(tǒng)的粗碎-中碎-細(xì)碎三段破碎工藝、粗碎-中碎-高壓輥磨工藝、粗碎-半自磨工藝，這三種工藝對(duì)于該種礦石在技術(shù)上均可行，在此不再贅敘。本文主要介紹四種可回收元素的選別工藝，具體包括鐵釩選礦系統(tǒng)、磷選礦系統(tǒng)和鈦選礦系統(tǒng)。

2.1 鐵釩選礦系統(tǒng)

由于V2O5主要賦存在磁鐵礦和鈦磁鐵礦中以結(jié)晶共生的形式存在，鐵釩選礦系統(tǒng)采用先選鐵，選鐵產(chǎn)品進(jìn)行鐵釩分離的工藝。包括第一段弱磁選、第二段球磨與旋流器閉路、第二段弱磁選、精磁選、脫硅反浮選、脫磷反浮選和后段處理。螺旋分級(jí)機(jī)溢流給入第一段弱磁選，第一段弱磁選的精礦給入第二段球磨與旋流器閉路中的旋流器，旋流器的沉砂給入第二段球磨，第二段球磨與旋流器閉路中包含第二段弱磁選；第二段球磨的排礦給入第二段弱磁選，第二段弱磁選的精礦返回旋流器，旋流器的P80為40～50μm的溢流產(chǎn)品給入精磁選，精磁選的精礦給入脫硅反浮選。

脫硅反浮選：包括脫硅粗浮選、脫硅精浮選和三次脫硅掃浮選；精磁選的精礦給入脫硅粗浮選，脫硅粗浮選的底流精礦給入脫硅精浮選，脫硅粗浮選的泡沫尾礦給入第一次脫硅掃浮選，第一次脫硅掃浮選的泡沫尾礦給入第二次脫硅掃浮選，第二次脫硅掃浮選的泡沫尾礦給入第三次脫硅掃浮選，第三次脫硅掃浮選的底流精礦返回第一次脫硅掃浮選，第一次脫硅掃浮選的底流精礦、第二次脫硅掃浮選的底流精礦和脫硅精浮選的泡沫尾礦返回浮選粗浮選；脫硅精浮選的精礦給入脫磷反浮選。

脫磷反浮選：包括脫磷粗浮選和兩次脫磷精浮選；脫硅精浮選的精礦給入脫磷粗浮選，脫磷粗浮選的底流精礦給入第一次脫磷精浮選，第一次脫磷精浮選的底流精礦給入第二次脫磷精浮選，第一次脫磷精浮選的泡沫尾礦和第二次脫磷精浮選的泡沫尾礦返回脫磷粗浮選；第二次脫磷精浮選的底流精礦給入后段處理。

后段處理：包括第二段細(xì)篩、過(guò)濾與烘干、豎爐焙燒、濕式球磨和濃密機(jī)處理；第二次脫磷精浮選的底流精礦給入第二段細(xì)篩，產(chǎn)率為0.5%～1%的40～50μm以上的篩上產(chǎn)品返回第二段球磨，篩下產(chǎn)品過(guò)濾烘干后與質(zhì)量濃度為3%的Na2CO3混勻，混勻后給入豎爐焙燒，焙燒的反應(yīng)式為4FeV2O4+4Na2CO3+5O2=2Fe2O3+8NaVO3+4CO2，焙燒后產(chǎn)品給入濕式球磨，濕式球磨磨礦后的礦漿給入濃密機(jī)浸出，濃密機(jī)的底流為鐵精礦；濃密機(jī)的溢流NaVO3的水溶液輸送給沉淀池，在沉淀池中加入氨水，生成釩酸銨沉淀得釩精礦。

工藝流程見(jiàn)圖1。關(guān)鍵作業(yè)選別指標(biāo)見(jiàn)表2。

圖1 鐵釩選礦系統(tǒng)工藝流程圖

表2 鐵釩選礦系統(tǒng)關(guān)鍵作業(yè)指標(biāo) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)%

鐵釩選礦系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)鐵釩選礦系統(tǒng)采用一段棒磨與螺旋分級(jí)機(jī)閉路、第一段弱磁選、第二段球磨與旋流器閉路、第二段弱磁選、精磁選、脫硅反浮選、脫磷反浮選及后段處理，獲得了產(chǎn)率為10.80%、Fe品位為63.60%、P2O5的含量為0.04%、TiO2的含量為2.20%、V2O5的含量為0.24%和Fe回收率為46.70%的鐵精礦。其中鐵品位達(dá)到了63.60%，這對(duì)于鐵品位僅僅14.70%的原礦而言，獲得了非常高的精礦鐵品位。鐵精礦P2O5的含量低于國(guó)際市場(chǎng)上對(duì)于P2O5的含量<0.05%的要求。

2)在磨礦選別的節(jié)能措施前提下，第二段球磨與旋流器閉路中加入了第二段弱磁選甩去了26.70%產(chǎn)率的尾礦(第一段弱磁選精礦的產(chǎn)率減去第二段弱磁精選的產(chǎn)率)，大幅降低了第二段球磨的磨礦量和能耗，大幅降低了選礦成本。

3)第二次脫磷精浮選的精礦給入細(xì)篩后，篩上返回第二段球磨，進(jìn)一步地將粗顆粒的礦物返回球磨再磨，以便其進(jìn)一步解離，有利于進(jìn)一步提高精礦的品質(zhì)。

4)在鐵釩選礦系統(tǒng)中，在鐵的脫硅反浮選中，中礦返回的作業(yè)順序?yàn)椋谌蚊摴钂吒∵x的精礦返回第一次脫硅掃浮選，第一次脫硅掃浮選的精礦、第二次脫硅掃浮選的精礦返回脫硅粗浮選，這種跨越式返回的方式，被返回的物料增加了一次掃浮選的時(shí)間，進(jìn)一步優(yōu)化了浮選的效果；而且這種創(chuàng)造性的跨越式返回的方式還能降低總的浮選掃選的作業(yè)段數(shù)，降低總浮選時(shí)間，從而降低浮選機(jī)設(shè)備的臺(tái)數(shù)，設(shè)備投資和土建投資。

5)第二次磷精浮選的精礦給入細(xì)篩的篩下產(chǎn)品進(jìn)行焙燒-浸出-沉淀作業(yè)，通過(guò)焙燒將釩鐵尖晶石氧化為可溶的釩酸鈉，再通過(guò)浸出作業(yè)將釩酸鈉轉(zhuǎn)移到水溶液中，然后通過(guò)胺化沉淀反應(yīng)得到的釩酸銨沉淀產(chǎn)品。其指標(biāo)為按照每噸原礦計(jì)可產(chǎn)0.018 t釩酸銨，按照V2O5計(jì)的V2O5的回收率為29.6%。這部分額外獲得的緊俏的釩酸銨產(chǎn)品將大幅增加整個(gè)項(xiàng)目的資源利用率和經(jīng)濟(jì)效益。

6)在焙燒作業(yè)中采用了碳酸鈉焙燒而沒(méi)有采用傳統(tǒng)的硫酸鈉焙燒，有效地避免了硫酸鈉中的硫元素對(duì)鐵精礦的污染。

2.2 磷選礦系統(tǒng)

磷得到一定富集的一段弱磁選尾礦、二段弱磁選尾礦、精磁選的尾礦作為原料給入磷選礦系統(tǒng)。選磷采用第三段磨礦-脫云母浮選-脫泥-磷浮選工藝。包括第三段球磨與細(xì)篩閉路、脫云母浮選、脫泥旋流器和磷浮選；鐵釩選礦系統(tǒng)中的第一段弱磁選的尾礦和第二段弱磁選的尾礦給入第三段球磨與細(xì)篩閉路中的細(xì)篩， 細(xì)篩0.2～2mm的篩上產(chǎn)品給入脫云母粗浮選，脫云母粗浮選為反浮選，脫云母粗浮選的底流精礦給入第三段球磨，第三段球磨磨礦后返回細(xì)篩，細(xì)篩0～0.2mm的篩下產(chǎn)品和精磁選的尾礦給入脫泥旋流器，脫泥旋流器的沉砂給入脫云母精浮選，脫云母精浮選的底流精礦給入磷浮選。

磷浮選：磷浮選為正浮選，包括磷粗浮選、兩次磷精浮選和磷掃浮選；脫云母精浮選的底流精礦給入磷粗浮選，磷粗浮選的泡沫精礦給入第一次磷精浮選，第一次磷精浮選的精礦給入第二次磷精浮選，磷粗浮選的尾礦給入磷掃浮選，第二次磷精浮選的底流尾礦返回第一次磷精浮選，第一次磷精浮選的底流尾礦和磷掃浮選的泡沫精礦返回磷粗浮選，第二次磷精浮選的泡沫精礦為磷精礦。

磷選礦工藝見(jiàn)圖2，指標(biāo)見(jiàn)表3。

圖2 磷選礦系統(tǒng)工藝流程圖

表3 磷選礦系統(tǒng)關(guān)鍵作業(yè)指標(biāo) %

磷選礦系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)采用第三段球磨-脫云母浮選—脫泥-磷浮選的工藝，獲得了產(chǎn)率為2.32%、Fe品位為2.25%、P2O5的含量為34.20%、TiO2的含量為1.15%、V2O5的含量為0.06%和P2O5回收率為36.50%的磷精礦。這對(duì)于原礦P2O5含量?jī)H2.30%的磷灰石-釩鈦磁鐵礦而言獲得了相當(dāng)高品位和回收率的P2O5精礦，提高了該種礦石的綜合收益。

2)在磷選別的時(shí)候，粗粒的磁選尾礦給入第三段球磨與細(xì)篩閉路，在第三段球磨與細(xì)篩閉路中引入了脫云母粗浮選，不僅利用了云母大多以粗粒形式存在的特性，在0.2～2 mm粒度時(shí)除去了大量的云母，保障了后續(xù)磷浮選的精礦的品質(zhì)，而且浮選尾礦直接甩尾，大幅降低了第三段球磨的處理量，節(jié)省了能耗。

3)在磷選別前設(shè)置了脫泥作業(yè)，將-20 μm的礦泥脫去，不僅避免了礦泥對(duì)后續(xù)磷精礦的污染，而且降低了磷選別的處理量，降低了設(shè)備投資和能耗。

2.3 鈦選礦系統(tǒng)

含鈦的選鐵系統(tǒng)中脫硅浮選的尾礦、脫磷浮選的尾礦和選磷系統(tǒng)脫云母浮選的尾礦、脫泥旋流器的溢流，磷浮選的尾礦共同構(gòu)成綜合尾礦為鈦選礦的給礦給入鈦選礦系統(tǒng)。鈦選礦系統(tǒng)采用了強(qiáng)磁+連續(xù)兩段搖床重選的工藝。上述尾礦給入強(qiáng)磁選，強(qiáng)磁選的精礦給入第一段搖床重選，第一段搖床重選的中礦給入第二段搖床重選，兩段搖床重選的精礦為鈦精礦。

鈦選礦的流程見(jiàn)圖3，鈦選礦的指標(biāo)見(jiàn)表4。

圖3 鈦選礦系統(tǒng)工藝流程圖

表4 鈦選礦系統(tǒng)關(guān)鍵作業(yè)指標(biāo) %

鈦選礦系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)鈦選礦系統(tǒng)采用了強(qiáng)磁+連續(xù)兩段搖床重選的工藝。在重選之前采用強(qiáng)磁甩尾，不僅脫去了鐵選礦尾礦中的部分非磁性鐵礦物，降低了搖床給礦的礦量，節(jié)省了搖床的設(shè)備投資費(fèi)用和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，降低了選礦成本，而且進(jìn)一步的提高了重選給礦的TiO2的含量。

2)在鈦選礦系統(tǒng)中采用了強(qiáng)磁+連續(xù)兩段搖床重選的工藝，采用搖床重選選鈦，充分利用了搖床對(duì)較重較粗的鈦鐵礦的較好選擇性，除去了包括磷灰石在內(nèi)的絕大多數(shù)較軟較細(xì)的脈石礦物，獲得了產(chǎn)率為1.89%、Fe品位為19.50%、P2O5的含量為0.50%、TiO2的含量為40.00%、V2O5的含量為0.25%、Fe回收率為2.50%、P2O5回收率為0.41%、TiO2的回收率為58.00%和V2O5的回收率為0.91%的鈦精礦。選鈦品位較高，且58.00%的鈦回收率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的該種礦石的選礦廠的回收率，實(shí)現(xiàn)了鈦資源的高效回收利用，并大大提高了整個(gè)選廠的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

1)針對(duì)高含磷釩鈦磁鐵礦資源綜合利用，通過(guò)鐵釩選礦系統(tǒng)、磷選礦系統(tǒng)和鈦選礦系統(tǒng)的綜合選礦工藝，獲得Fe品位為63.60%、P2O5的含量為0.04%、Fe回收率為46.70%的低磷高質(zhì)量鐵精礦；獲得按照V2O5計(jì)的回收率為29.60%的釩精礦；獲得P2O5的含量為34.20%、P2O5回收率為36.50%的磷精礦；以及TiO2的含量為40.00%、TiO2的回收率為58.00%的鈦精礦；鐵、釩、磷、鈦資源得到了有效回收，實(shí)現(xiàn)了資源綜合利用。

2)第二段球磨與旋流器閉路中加入了第二段弱磁選甩去了26.70%產(chǎn)率的尾礦，大大地降低了第二段球磨的磨礦量；在磷選別的時(shí)候，粗粒的磁選尾礦給入第三段球磨與細(xì)篩閉路，在第三段球磨與細(xì)篩閉路中引入了脫云母粗浮選，浮選尾礦直接甩尾，大大地降低了第三段球磨的處理量；在磷選別前設(shè)置了脫泥作業(yè)，將-20μm的礦泥脫去，降低了磷選別的處理量。上述措施均有效地降低了能耗和投資。

3)在鐵釩選礦系統(tǒng)中，在鐵的脫硅反浮選中，中礦返回的作業(yè)順序?yàn)?，第三次脫硅掃浮選的精礦返回第一次脫硅掃浮選，第一次脫硅掃浮選的精礦、第二次脫硅掃浮選的精礦返回脫硅粗浮選，這種跨越式返回的方式，被返回的物料增加了一次掃浮選的時(shí)間，進(jìn)一步優(yōu)化了浮選的效果；而且這種創(chuàng)造性的跨越式返回的方式還能降低總的浮選掃選的作業(yè)段數(shù)，降低總浮選時(shí)間，從而降低浮選機(jī)設(shè)備的臺(tái)數(shù)，設(shè)備投資和土建投資。