國外某鈦鐵礦砂礦設(shè)計(jì)方案研究

陳名潔，周蘇陽，孫明俊

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

1 前言

國內(nèi)鈦鐵礦砂礦較為少見，較少地分布在廣東和海南沿海一帶，因此對(duì)于設(shè)計(jì)來說可參考的實(shí)例并不常見。本文根據(jù)國外某鈦鐵礦砂礦的礦石性質(zhì)，并依據(jù)礦石選礦試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合作者多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)國外某鈦鐵礦砂礦進(jìn)行系統(tǒng)分析，研究其選別工藝流程，為進(jìn)行類似砂礦石的工藝設(shè)計(jì)提供借鑒。

2 礦石性質(zhì)

某鈦鐵礦礦床主要有用礦物是鈦鐵礦、鋯英石以及磁鐵礦，還有少量金紅石、白鈦石、鈮鐵礦、褐鐵礦和赤鐵礦等金屬礦物。脈石礦物主要為石英、長石、石榴子石、電氣石、黑云母等。

此砂礦的特點(diǎn)是半固結(jié)，原礦粒度較細(xì)，不用經(jīng)過破碎和磨礦作業(yè)，單體解離度較高。砂礦含泥量較高、重礦物含量稍低、有價(jià)值的重礦物占總重礦物的比例高，鈦鐵礦和鋯石含量較高。重砂分析結(jié)果見表1。原礦化學(xué)分析結(jié)果見表2，TiO2含量為3.07%，ZrO2含量為0.16%。原礦物相分析結(jié)果見表3，鈦鐵礦中的鈦占有率為72.78%。從表1～表3可見，此鈦鐵礦砂礦是以鈦鐵礦為主，并伴生有鋯石、金紅石、磁鐵礦等，具有一定的開采價(jià)值。

表1 重砂分析結(jié)果

表2 原礦化學(xué)分析結(jié)果 %

表3 原礦物相分析結(jié)果 %

3 選礦試驗(yàn)

在進(jìn)行選礦試驗(yàn)之前，預(yù)先對(duì)礦石性質(zhì)初步研究判斷，主要從礦石的密度、磁性、導(dǎo)電性以及可浮性多方面進(jìn)行系統(tǒng)分析，為試驗(yàn)提供指導(dǎo)。

3.1 重磁電和表面特性分析

砂礦中主要以鈦鐵礦和鋯石礦為主，另外還含有磁鐵礦、金紅石、褐鐵礦、赤鐵礦、長石、石英、獨(dú)居石、電氣石、云母、石榴子石等。其中礦物的重、磁、電基本特性見表4。

表4 重、磁、電特性分析表

3.1.1 密度特性分析

主要重礦物鋯英石的密度在4.5～4.8g/cm3，鈦鐵礦的密度為4.72g/cm3，獨(dú)居石密度為4.83～5.3g/cm3；主要脈石輕礦物：長石密度2.55～2.6g/cm3，石英密度2.65～2.66g/cm3，云母密度2.7～3.1g/cm3。因此通過重選可將石英、長石、云母等輕脈石礦物與鈦鐵礦、鋯英石、獨(dú)居石等重礦物分開。

3.1.2 磁性分析

礦石比磁化系數(shù)從強(qiáng)至弱依次為磁鐵礦>鈦鐵礦>褐鐵礦>含鐵金紅石>電氣石>獨(dú)居石，而鋯英石、金紅石、石英、長石磁性很弱或者無磁性。在磁感應(yīng)強(qiáng)度1.8～2.0T下，非磁性產(chǎn)品主要為鋯英石、金紅石和石英、長石等，而磁性產(chǎn)品主要含有磁鐵礦、鈦鐵礦、獨(dú)居石、石榴子石、電氣石以及稀土礦物。因此可用強(qiáng)磁選使磁鐵礦、鈦鐵礦、獨(dú)居石等進(jìn)入磁性產(chǎn)品，而從非磁性產(chǎn)品中回收鋯英石。同時(shí)在弱磁場條件下，通過弱磁選分離出其中的磁鐵礦，使鈦鐵礦品位得到進(jìn)一步富集。

3.1.3 電性分析

因?yàn)殇営⑹㈤L石、云母、石英等是非導(dǎo)體，而鈦鐵礦和金紅石是導(dǎo)體，在一定電場強(qiáng)度下，導(dǎo)電性產(chǎn)品中主要是鈦鐵礦、金紅石等含鈦礦物，而非導(dǎo)電性產(chǎn)品中是鋯英石、長石、石英和云母。因此可用電選作為精選除去鈦鐵礦或鋯英石精礦中的雜質(zhì)，以得到高品位的產(chǎn)品。

3.1.4 可浮性分析

鈦鐵礦、鋯英石和金紅石都是氧化礦，在采用脂肪酸類陰離子捕收劑時(shí)，三者均具有一定的可浮性，但鋯英石與另外兩者相比，其可浮性更優(yōu)。其原理是由于鈦鐵礦和金紅石表面以負(fù)電荷為主，與脂肪酸類陰離子捕收劑的疏水基團(tuán)不發(fā)生或發(fā)生極弱的吸附作用。而鋯英石表面有+3/2的正電荷，且其正電荷在最外層，因而鋯英石的表面非常有利于與脂肪酸陰離子捕收劑相互作用，故鋯英石的可浮性明顯優(yōu)于金紅石和鈦鐵礦。因此，只要能控制好礦漿的pH值，就能將鋯英石浮選分離出來，而金紅石和鈦鐵礦則基本上被抑制作為浮選的尾礦，而浮選的尾礦再經(jīng)過進(jìn)一步磁選后即可將金紅石和鈦鐵礦分離。

脂肪酸類油酸或者油酸鈉通常作為鋯英石的捕收劑；礦漿pH調(diào)整劑以Na2CO3為主；抑制劑為水玻璃。在加入水玻璃的強(qiáng)堿性礦漿介質(zhì)中，采用脂肪酸陰離子捕收劑有利于鋯英石的浮選。

3.2 試驗(yàn)流程

因?yàn)殁佽F礦砂礦的礦物組成復(fù)雜，有用礦物種類多，單一采用某一選礦方法從多種有用金屬礦物中得到合格的精礦品位和高的回收率是不可能實(shí)現(xiàn)的，需要采用聯(lián)合選別流程才可使目的礦物得到有效地分離。選擇哪種流程更好取決于鈦鐵礦砂礦中有用礦物的嵌布粒度、品位、脈石成分、伴生礦物種類等多方面因素，因此，選擇合理的工藝流程是本次研究的一項(xiàng)重要任務(wù)。

3.2.1 重選富集

砂礦中有用金屬的含量較低，大量的是比重輕的石英、長石等脈石礦物。為節(jié)省選礦成本，降低設(shè)備裝機(jī)量，提高選廠處理能力，應(yīng)進(jìn)行粗選預(yù)先拋尾，減少后續(xù)作業(yè)的礦量。重選是砂礦的主要選礦方法之一，用于砂礦的粗選拋尾和產(chǎn)品的富集。國外大部分鈦鋯砂礦的粗精礦都是采用重選獲得。采用重選法的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，粗粒的鈦鐵礦用重選法回收可得到較高指標(biāo)，成本低、利于環(huán)保。

重選常用于第一段原礦的富集拋尾和第二段精礦的提純，如獨(dú)居石和鋯英石精礦。第一段重選常用搖床或螺旋選礦機(jī)，其目的是拋去石英砂，使重礦物含量達(dá)到90%左右。第二段重選一般采用搖床，其操作十分嚴(yán)格，目的是盡可能地拋去石英、電氣石及長石等脈石，使重礦物含量達(dá)到97%以上。

搖床和螺旋選礦機(jī)均是重選廠的主要設(shè)備，螺旋選礦機(jī)與搖床相比，設(shè)備處理量大，常用于重選的粗選作業(yè)，可節(jié)省能源，節(jié)約投資，減少運(yùn)營成本。而搖床設(shè)備一般多用于精選段作業(yè)。

某試驗(yàn)單位采用螺旋選礦機(jī)和搖床進(jìn)行了粗選拋尾試驗(yàn)，其試驗(yàn)流程見圖1。試驗(yàn)結(jié)果表明，礦樣經(jīng)螺旋選礦機(jī)+搖床的粗選拋尾可達(dá)到如下指標(biāo)：拋尾量在90%以上，重選精礦品位TiO233.68%、ZrO21.74%，鈦、鋯回收率分別為81.65%和80.93%。

圖1 重選粗選拋尾試驗(yàn)流程圖

3.2.2 重選精礦的弱磁選

原礦含有鈦磁鐵礦以及少量磁鐵礦強(qiáng)磁性礦物，經(jīng)過重選后的重礦物由于強(qiáng)磁性礦物的存在，會(huì)對(duì)強(qiáng)磁選過程造成非常不利的影響，如產(chǎn)生磁團(tuán)聚，包裹鈦鐵礦、赤鐵礦或褐鐵礦，故無法降低鈦鐵礦中Fe2O3雜質(zhì)含量。為了消除強(qiáng)磁性礦物對(duì)后續(xù)強(qiáng)磁選的嚴(yán)重影響，在強(qiáng)磁選前用弱磁場除去強(qiáng)磁性鐵是十分必要的。試驗(yàn)結(jié)果表明：在0.12T的磁感應(yīng)強(qiáng)度下可把鐵礦物除去，且鈦的損失率也較低。此時(shí)鐵礦物產(chǎn)率為5%，若不將其在強(qiáng)磁選前去除，會(huì)嚴(yán)重影響強(qiáng)磁選的順利進(jìn)行，由此可看出強(qiáng)磁選前除鐵是合理的。

3.2.3 強(qiáng)磁選

采用重選不能使鈦鐵礦與密度相近的(鈦)磁鐵礦、獨(dú)居石、其它鐵礦物、鋯英石等礦物分離。但是鈦鐵礦與(鈦)磁鐵礦、獨(dú)居石、鋯英石等的比磁化系數(shù)以及導(dǎo)電率差異較大，磁鐵礦是強(qiáng)磁性礦物，鈦鐵礦是較強(qiáng)磁性礦物，獨(dú)居石為弱磁性礦物，而鋯英石屬非磁性礦物。故可利用它們之間的磁性及電性差異將鈦鐵礦與強(qiáng)磁性磁鐵礦和非磁性礦物鋯英石等分離，從而進(jìn)一步富集鈦鐵礦。

根據(jù)對(duì)粗精礦礦物性質(zhì)的研究結(jié)果，鈦鐵礦、鋯石及金紅石之間有較大的磁性差異，因此適合利用濕式強(qiáng)磁選機(jī)在不同磁場強(qiáng)度下將重選后的礦物進(jìn)行磁性分組[1]。分別得出以鈦鐵礦為主和以鋯石為主的物料，磁性強(qiáng)弱不同的磁性礦物均得到相對(duì)富集，各組分中礦物百分含量重新分配。以鈦鐵礦為主的物料干燥后經(jīng)磁選可得鈦鐵礦精礦，鈦精礦TiO2含量45.12%，回收率69.22%。選鈦尾礦有待進(jìn)一步用重選、浮選和磁選富集。選鈦磁選流程見圖2。鈦鐵礦全流程試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖2 選鈦磁選試驗(yàn)流程圖

3.2.4 選鈦尾礦的綜合回收

選鈦尾礦含有鋯英石，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行回收研究。單一的重選、磁選或浮選方法很難獲得滿足工業(yè)要求的精礦產(chǎn)品，需要多種方法聯(lián)合使用。本試驗(yàn)研究就是將重選、磁選和浮選結(jié)合起來，試驗(yàn)流程見圖3，鋯的綜合回收試驗(yàn)結(jié)果見表6。

(1)重選。由于選鈦尾礦常夾帶有石英、長石等脈石礦物，它們與鋯英石在密度上有較大差異，可考慮用搖床對(duì)其進(jìn)一步分選。搖床重選是保證鋯英石品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)，其目的是盡可能多地除去石英、電氣石和長石等脈石。重選鋯精礦品位40.56%。

(2)浮選。由于濕式強(qiáng)磁選機(jī)夾雜的原因，強(qiáng)磁選的非磁性產(chǎn)品經(jīng)搖床重選富集后，其主要礦物是鋯英石、鈦鐵礦，金紅石以鋯英石為主，脈石礦物含量不高。浮選目的是分離鋯英石和鈦礦石，進(jìn)一步富集鋯英石。浮選后的鋯精礦品位56.31%。

(3)磁選。進(jìn)入浮選粗精礦主要為鋯英石、鈦鐵礦及金紅石，它們之間有較大的磁性差異，其中鈦鐵礦的磁性較強(qiáng)，鋯英石、金紅石都是非磁性礦物，因此可通過磁選來分離。磁選后的鋯精礦品位大于63.00%。

圖3 鋯英石回收流程圖

表6 鋯的綜合回收試驗(yàn)結(jié)果 %

3.2.5 工藝流程及指標(biāo)

圖4 鈦鐵礦砂礦分選流程圖

通過以上一系列試驗(yàn)研究，提出了以濕式作業(yè)為主的鈦鐵礦砂礦的選礦工藝流程，即選用“鈦礦重選—磁選聯(lián)合流程”和“鈦尾礦重選—浮選—磁選聯(lián)合選鋯流程”進(jìn)行鈦鐵礦的選礦和鋯英石的綜合回收試驗(yàn)，分選流程如圖4，綜合試驗(yàn)結(jié)果見表7。試驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)重選、磁選后，可獲得含TiO245%以上、回收率69.22%的鈦精礦；選鈦尾礦經(jīng)重選—浮選—磁選，可獲得含ZrO263.00%以上、TiO2<1.0%、回收率為39.90%的鋯英石精礦。全流程還可綜合回收鐵作為副產(chǎn)品銷售。

表7 鈦鐵礦砂礦最終試驗(yàn)結(jié)果 %

4 結(jié)論

(1)根據(jù)該鈦鐵礦砂礦的礦石特點(diǎn)，如各礦物的重、磁、電和表面性質(zhì)存在差異，對(duì)此礦石的選礦工藝進(jìn)行了一系列研究，制定了可有效分選各有用礦物的工藝流程。方案研究表明，其工藝流程是可行的，獲得了較為滿意的結(jié)果。經(jīng)重選、磁選后，可獲得含TiO245.00%以上，回收率為69.22%的的鈦精礦；選鈦尾礦經(jīng)重選—浮選—磁選，可獲得含ZrO263.00%以上、TiO2<1.0%，回收率為39.90%的鋯英石精礦。還可綜合回收鐵作為副產(chǎn)品銷售。

(2)研究的流程特點(diǎn)是以濕法為主，避免了干、濕作業(yè)多次重復(fù)交替使用，工藝簡單易行，綜合利用程度高，設(shè)備、基建投資較少，易于工業(yè)化。

(3)選礦廠產(chǎn)出的尾礦主要含石英砂，可作為基建用料，也可回填，排放水無毒，可用于灌溉農(nóng)田或循環(huán)利用，可實(shí)現(xiàn)無尾生產(chǎn)，不污染環(huán)境。

(4)由于原料性質(zhì)所致，鈦精礦品位只能達(dá)到45.00%。這是因?yàn)殡m然大部分鈦鐵礦結(jié)晶較好，平整、潔凈，多為角礫狀，但也有一部分結(jié)晶較差，含有一些雜質(zhì)，影響了鈦精礦品位。鈦精礦中雜質(zhì)存在的形式有：鈦鐵礦顆粒表面和裂隙中有雜質(zhì)被膜，沿鋯英石的裂縫空洞吸附有雜質(zhì)離子，鋯英石顆粒有雜質(zhì)的細(xì)小包裹體以星點(diǎn)狀吸附或嵌入，鈦精礦中包含有少量鐵礦物雜質(zhì)。這些雜質(zhì)是難以用物理選礦方法來去除的，從而影響鈦鐵礦精礦的品質(zhì)。

(5)沒有進(jìn)行電選試驗(yàn)研究，可根據(jù)實(shí)際需要在項(xiàng)目開發(fā)前進(jìn)行補(bǔ)充電選試驗(yàn)，與浮選試驗(yàn)進(jìn)行綜合對(duì)比，測算項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，為項(xiàng)目提供可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)。