國(guó)外某海濱砂礦難選鋯中礦選礦綜合利用研究*

肖飛燕，喻連香，周吉奎，梁冬云，李 波

廣東省資源綜合利用研究所，稀有金屬分離與綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省礦產(chǎn)資源開發(fā)和綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510650

鋯是重要的稀有金屬，其具有耐腐蝕、耐高溫、可塑性強(qiáng)及機(jī)械加工性能好等優(yōu)良性質(zhì)，主要用于國(guó)防和航天工業(yè)領(lǐng)域中．鋯是我國(guó)短缺的稀有金屬之一，鋯礦石資源主要分布在廣東、海南、廣西等東南沿海地區(qū)[1]，以海濱砂礦為主，一般伴生于鈦鐵礦、金紅石和獨(dú)居石中．隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)鋯礦石的需求量不斷增長(zhǎng)，國(guó)外大量的鋯原料、鋯中礦進(jìn)入中國(guó)，因此研究鋯中礦分離及綜合回收鈦鐵礦、金紅石和獨(dú)居石等具有十分重要的意義．

本研究的礦樣為國(guó)外某地海濱原砂經(jīng)粗選后的鋯中礦，在對(duì)鋯中礦樣品進(jìn)行詳細(xì)的工藝礦物學(xué)研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)各礦物在磁性、導(dǎo)電性、密度等方面存在差異，采用濕式磁選—重選—干磁—電選聯(lián)合選礦工藝流程，最終得到富鈦鈦鐵礦、金紅石、鋯英石、獨(dú)居石精礦產(chǎn)品，使該難選鋯中礦得到有效綜合回收．

1 工藝礦物學(xué)研究

1.1 多元素化學(xué)分析

試驗(yàn)礦樣為國(guó)外某地海濱砂礦的原砂經(jīng)粗選后的鋯中礦，其多元素化學(xué)分析結(jié)果列于表1．由表1可知，礦樣中除鋯、鈦可回收外，還有伴生的重要的稀土元素．

1.2 礦物組成

通過(guò)對(duì)礦樣進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究，結(jié)果表明：礦樣中鈦礦物種類較多，主要為富鈦鈦鐵礦，以及金紅

表1 礦樣多元素化學(xué)分析結(jié)果

石、白鈦石和鈮鐵金紅石；鋯礦物為鋯石；稀土礦物主要是獨(dú)居石，以及少量的磷釔礦等；鐵礦物含量極少，只有少量的鈦磁鐵礦；脈石礦物含量少、種類多，主要為石英、十字石、藍(lán)晶石，其次為綠簾石、電氣石、剛玉等．

1.3 鈦物相分析

對(duì)礦樣進(jìn)行了鈦物相分析，其分析結(jié)果列于表2．由表2可知，礦樣中富鈦鈦鐵礦占原砂總鈦60.49%，金紅石和白鈦石占原砂總鈦38.70%，本礦樣主要回收是富鈦鈦鐵礦和金紅石.

表2 鈦物相分析結(jié)果

1.4 主要礦物粒度

用MLA測(cè)定礦樣中各個(gè)有價(jià)礦物粒度的大小，測(cè)定結(jié)果列于表3．由表3可知，礦樣中各個(gè)有價(jià)礦物粒度大小相近，粒度范圍分布較窄，主要集中在0.04～0.16mm粒級(jí)，屬于重選、磁選的易選粒級(jí)．由于礦樣中鋯石、富鈦鈦鐵礦、金紅石、獨(dú)居石等有用礦物具有良好的天然解離性，因此不需要磨礦可直接進(jìn)行分選．

2 選礦試驗(yàn)研究

礦樣中的有價(jià)礦物主要為富鈦鈦鐵礦、金紅石、鋯石和獨(dú)居石，由于鈦鐵礦、金紅石、獨(dú)居石各具有不同程度的磁性，其中金紅石具較強(qiáng)導(dǎo)電性，而鋯石既無(wú)磁性也無(wú)導(dǎo)電性，脈石礦物的比重低于以上有用礦物的比重[2]．因此，利用各礦物之間的性能差異，采用濕式磁選—重選—干磁—電選聯(lián)合選礦工藝流程對(duì)該礦樣進(jìn)行回收，最終得到富鈦鈦鐵礦、金紅石、鋯英石、獨(dú)居石精礦產(chǎn)品．

表3 礦樣中各有價(jià)礦物粒度分布結(jié)果

2.1 高梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)

根據(jù)工藝礦物學(xué)研究結(jié)果表明富鈦鈦鐵礦在0.55～0.97T場(chǎng)強(qiáng)下進(jìn)入磁性產(chǎn)品，鈮鐵金紅石、白鈦石在0.88～1.40T場(chǎng)強(qiáng)下才能進(jìn)入磁性產(chǎn)品，而鋯石和大多數(shù)金紅石屬非磁性礦物則進(jìn)入非磁性產(chǎn)品，根據(jù)各礦物之間的磁性差異，對(duì)該礦樣進(jìn)行了高梯度磁選場(chǎng)強(qiáng)試驗(yàn)．試驗(yàn)使用SSS-1型500濕式高梯度磁選機(jī)，磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)流程為一次粗選、一次精選如圖1所示．

圖1 磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)流程圖Fig.1 Flow-sheet of magnetic field intensity test

表4為一粗、一精高梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果．從表4可知，粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度0.60T、精選磁場(chǎng)強(qiáng)度0.55T時(shí)，TiO2的回收率為63.01%，磁性精礦中TiO2的品位為47.20%．表明富鈦鈦鐵礦均進(jìn)入磁性產(chǎn)品中，適宜的粗選場(chǎng)強(qiáng)為0.60 T、精選為0.55 T．

表4 一粗、一精高梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

2.2 重選試驗(yàn)

對(duì)磁選所獲得的磁精礦和磁選尾礦分別進(jìn)行重選搖床試驗(yàn)．試驗(yàn)采用XZY1100×500細(xì)泥搖床，試驗(yàn)條件為：沖程14 mm，沖次326 r/min，坡度3.5°．磁精礦中主要含富鈦鈦鐵礦和獨(dú)居石，對(duì)富鈦鈦鐵礦和獨(dú)居石進(jìn)行分離，其試驗(yàn)結(jié)果列于表5．由表5可知，經(jīng)搖床選別后，搖床的精礦主要含獨(dú)居石，其中稀土含量REO為23.55%，作業(yè)回收率達(dá)94.73%，搖床的尾礦為含富鈦鈦鐵礦精礦，TiO2含量為51.38%，作業(yè)回收率為86.14%.

表5 磁選精礦搖床試驗(yàn)結(jié)果

磁選尾礦中主要含鋯英石、金紅石、其次有脈石石英、藍(lán)晶石、剛玉等，采用搖床分離出大部分比重較輕的脈石礦物，搖床精礦1主要是鋯英石、金紅石和獨(dú)居石，試驗(yàn)結(jié)果見表6.

由表6可知，經(jīng)搖床選別后，搖床的精礦1主要含鋯英石和獨(dú)居石，其中Zr(Hf)O2含量58.48%，REO含量3.01%，搖床的尾礦為金紅石，TiO2含量為23.25%.

2.3 干磁選試驗(yàn)

根據(jù)重選產(chǎn)品中主要礦物的磁性差異，可采用干磁選分別對(duì)重選分組后的搖床精礦進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)獨(dú)居石和富鈦鈦鐵礦的分離，以及鋯、金紅石與獨(dú)居石的分離．試驗(yàn)采用138A-C3型應(yīng)輥型磁選機(jī)，經(jīng)過(guò)系列試驗(yàn)結(jié)果表明，在磁場(chǎng)強(qiáng)度0.97T條件下可使富鈦鈦鐵礦、獨(dú)居石與鋯英石和金紅石有效分

表6 磁選尾礦搖床試驗(yàn)結(jié)果

離，分離出的非磁性產(chǎn)品1進(jìn)一步通過(guò)電選分離鋯英石和金紅石；在磁場(chǎng)強(qiáng)度0.55T條件下對(duì)一次干磁選精礦進(jìn)一步有效分離，獲得TiO2含量為53.66%，回收率為8.12%的鈦鐵精礦；在磁場(chǎng)強(qiáng)度0.65T條件下精選獨(dú)居石，可得到REO含量為61.74%、回收率為60.44%的稀土精礦，干磁選試驗(yàn)流程見圖2．

高梯度磁選尾礦經(jīng)搖床重選后，重礦物主要是鋯英石、金紅石和獨(dú)居石等，采用圖2干磁選試驗(yàn)流程及磁選條件進(jìn)行有效分離后，在磁場(chǎng)強(qiáng)度0.55T條件下精選得到TiO2含量為57.27%的鈦精礦；在磁場(chǎng)強(qiáng)度0.65T條件下精選獨(dú)居石，可得到REO含量為61.89%的稀土精礦，分離出的非磁性產(chǎn)品2進(jìn)一步通過(guò)電選分離鋯英石和金紅石．試驗(yàn)結(jié)果見表7．

圖2 干磁選試驗(yàn)流程Fig.2 Testflow-sheet of dry magnetic separation

表7 干磁選分離試驗(yàn)結(jié)果

2.4 電選試驗(yàn)

電選就是基于被分離物料在電性質(zhì)上的差異，利用電選機(jī)使物料顆粒帶電，在電場(chǎng)中顆粒受到電場(chǎng)力和機(jī)械力的作用，不同電性的顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生差異而使物料得到分選，在海濱砂礦中常用來(lái)分離金紅石和鋯英石，鈦鐵礦和長(zhǎng)石、石英等[3]．

采用干磁選所獲得的非磁性產(chǎn)品1，非磁性產(chǎn)品2，主要為鋯英石和金紅石，還有少量的剛玉和藍(lán)晶石，根據(jù)鋯英石和金紅石的電導(dǎo)性差異，利用電選分離鋯英石和金紅石．試驗(yàn)采用MARKⅢ篩網(wǎng)式電選機(jī)，電壓對(duì)分選效果有直接關(guān)系，隨著工作電壓升高，金紅石品位逐步提高，但回收率下降，試驗(yàn)探索了不同條件下的電壓對(duì)金紅石的品位和回收率的影響，為了獲得高品位的鋯精礦，對(duì)非磁性產(chǎn)品1和非磁性產(chǎn)品2分別進(jìn)行電選，非磁性產(chǎn)品電選試驗(yàn)流程見圖3，非磁產(chǎn)品電選試驗(yàn)結(jié)果見表8．

圖3 電選試驗(yàn)流程Fig.3 Test flow-sheet of electric separation

產(chǎn)品作業(yè)產(chǎn)率/%品位w/%作業(yè)回收率/%Zr(Hf)O2TiO2REOZr(Hf)O2TiO2REO鋯精礦170.3965.100.070.0385.590.3125.98鋯精礦27.5760.150.850.068.500.405.59鋯中礦6.248.8521.560.775.658.3058.69金紅石精礦15.840.8792.430.050.6290.999.74電選給礦100.0053.5416.090.08100.00100.00100.00

由表8可知，非磁性產(chǎn)品1主要含鋯英石和金紅石，在22kV電場(chǎng)條件能選出高品位的鋯精礦，鋯精礦品位大于65%，在14kV電場(chǎng)條件下精選出的金紅石精礦較純，TiO2含量達(dá)92.43%．非磁性產(chǎn)品2主要含鋯英石和金紅石還有少量的剛玉和藍(lán)晶石，在22kV電場(chǎng)條件下能選鋯精礦品位為60.15%，在顯微鏡下觀察主要含少量比重較大的剛玉和藍(lán)晶石影響鋯精礦的品位，這部分鋯精礦量比較少可以作為四級(jí)品鋯精礦出售，含Zr(Hf)O2為65.10%的一級(jí)品鋯精礦和含Zr(Hf)O2為60.15%的四級(jí)品鋯精礦，兩部分合并鋯精礦對(duì)原礦的總作業(yè)回收率為91.19%，達(dá)到選礦綜合回收的試驗(yàn)?zāi)康模囼?yàn)結(jié)果表明，鋯中礦經(jīng)濕式磁選—重選—干磁選—電選聯(lián)合流程選別后最終獲得精礦產(chǎn)品結(jié)果見表9．

表9 最終精礦產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié) 論

(1)國(guó)外某海濱砂礦鋯中礦具有復(fù)雜的礦物組成，可回收的有價(jià)礦物主要為鋯石和富鈦鈦鐵礦，有用礦物有良好的天然解離性，不需磨礦就可分選，同時(shí)可綜合回收金紅石和獨(dú)居石．

(2)試驗(yàn)開發(fā)出了濕式磁選—重選—干磁選—電選經(jīng)濟(jì)合理的聯(lián)合選礦工藝流程，使鋯中礦得到有效綜合利用，最終獲得富鈦鈦鐵礦、金紅石、鋯英石、獨(dú)居石精礦產(chǎn)品．

(3)試驗(yàn)開發(fā)的鋯中礦精選分離工藝流程無(wú)藥劑污染，尾水可全部回用，無(wú)尾渣污染，符合環(huán)保要求．

(4)本研究的選礦工藝流程分選指標(biāo)好，適用于工業(yè)生產(chǎn)，并產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益，為同類型海濱砂礦綜合回收利用提供了技術(shù)依據(jù)．