原生鈦鐵礦石選礦裝備的應用進展與優(yōu)化建議

李 金 羅榮飛 王洪彬 譚世國 林 芳3

（1.攀鋼集團礦業(yè)有限公司選鈦廠；2.攀鋼集團礦業(yè)有限公司設計研究院；3.釩鈦資源綜合利用國家重點實驗室）

我國蘊含有豐富的鈦資源，鈦鐵礦儲量占我國鈦資源的比例高達98%，其中原生礦又占鈦鐵礦總儲量的97%，主要分布于四川攀西地區(qū)和河北承德地區(qū)，可回收利用的鈦礦物主要為鈦鐵礦［1］。原生鈦鐵礦資源的特點是儲量大且集中，適合規(guī)模開采，但脈石含量高，回收率低，可選性較差。鈦鐵礦因具有密度大、弱磁性和導電性等特點，其選礦方法有重選法、磁選法、浮選法和電選法及聯合方法［2-5］。因攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦組成復雜，且嵌布粒度較細，目前大型選廠主要以強磁-浮選聯合工藝對釩鈦磁鐵礦選鐵尾礦中的鈦鐵礦進行回收。在確定了適宜的選礦工藝后，選擇性能優(yōu)良的裝備是保證生產線順行的根本。

筆者主要以攀西地區(qū)攀枝花、紅格、太和、白馬4大礦區(qū)為例，闡述鈦鐵礦主要選礦裝備的應用情況及各自優(yōu)缺點，同時探討鈦鐵礦選礦裝備的研究、優(yōu)化方向。

1 鈦鐵礦選礦裝備的應用

1.1 重選裝備

重選法適用于粗粒級浸染和細粒級集合浸染的鈦鐵礦石的選礦，工業(yè)應用設備有螺旋溜槽、刻槽螺旋、搖床等，新型重選設備主要是旋轉螺旋溜槽。單一重選選鈦通常情況下可采用螺旋溜槽+搖床的工藝，獲得TiO2品位＞46%的鈦精礦；或采用螺旋溜槽獲得品位在35%～40%的鈦中礦。由于搖床占地面積大、耗水量大、回收率低等原因，已基本淘汰。

目前，在生產實踐中，重選選鈦設備通常與強磁-浮選工藝及干式強磁選工藝配套獲得鈦精礦。典型應用有：①攀枝花金江、安寧、高梁坪等工業(yè)園區(qū)中小型選鈦廠采用螺旋溜槽獲得Ti O2品位35%～40%的鈦中礦，再將鈦中礦烘干后進行干式強磁選，可獲得TiO2品位＞46%的鈦精礦合計近20萬t/a；②攀枝花白馬礦區(qū)某選廠采用濕式強磁粗、細粒分選—細粒強磁選精礦強磁精選+浮選—粗粒強磁選精礦重選工藝回收TiO2品位4%左右的低品位鈦鐵礦，重選采用380余臺4頭?1 200 mm的螺旋溜槽，主要作用是拋除強磁選粗精礦中混雜的橄欖石；③西昌會理某選廠采用濕式強磁選—重選工藝選鈦，獲得TiO2品位＞46%的鈦精礦5萬t/a，重選采用?1 200 mm和?900 mm的刻槽螺旋共計300余臺。

螺旋溜槽選鈦優(yōu)點是動力消耗小、操作簡單、生產成本低，缺點是單臺設備處理能力小、設備數量多、作業(yè)回收率低（尤其-320目細粒礦物），突出的缺點制約了其在生產中的大規(guī)模使用。

1.2 磁選裝備

1.2.1 濕式強磁選裝備

濕式強磁選選鈦設備分高梯度磁選機和永磁筒式磁選機，工業(yè)應用又以前者為主。濕式立環(huán)脈動高梯度磁選機從20世紀90年代初開始在國內外的鈦鐵礦選廠推廣使用，設備具有選礦效率高、磁介質不易堵塞、分選粒度范圍較寬、可靠性高和能耗低的優(yōu)點。近年來攀西地區(qū)大型選廠均采用強磁選—浮選工藝回收鈦鐵礦，強磁選作業(yè)將TiO2品位4%～12%的鈦鐵原礦富集至TiO2品位15%～25%后進入浮選選別。濕式立環(huán)脈動高梯度磁選機以贛州金環(huán)SLon強磁機為代表，攀西地區(qū)選鈦廠使用轉環(huán)直徑1 500～4 000 mm的立環(huán)脈動高梯度磁選機超過200臺。典型應用：①攀枝花密地選鈦廠使用46臺強磁選機，以SLon-2000型為主，少數為SSS型；②紅格礦區(qū)龍蟒礦業(yè)二選廠使用40臺?2 000 mm機，其中SLon系列20臺、撫順隆基LGS-2000型20臺；③米易安寧鐵鈦選廠采用14臺?3 000 mm機，以SLon系列為主；④西昌太和鐵礦一段強磁選工序配置4臺?3 000 mm機、1臺?2 500 mm機，二段強磁選工序配置2臺?3 000 mm機用于精選、1臺?3 000 mm機用于掃選，其一段強磁選鈦回收率達80%～83%，二段強磁選鈦回收率90%以上；⑤目前國內處理量最大的為Slon-4000型強磁選機，實際處理能力達480～500 t/h，有2臺應用于攀枝花某選廠尾礦鈦鐵礦再回收流程［6］。

高梯度強磁選機選鈦在大量拋尾的同時可保證較高的作業(yè)回收率，但因鈦輝石與鈦鐵礦磁性相近，從而導致強磁選精礦品位不高，故其通常作為粗選選鈦設備。

1.2.2 干式強磁選裝備

干式強磁選機通常應用于原生鈦鐵礦精選作業(yè)。攀西地區(qū)中、小型選鈦廠普遍用干式強磁選機將TiO2品位35%～40%的重選鈦中礦富集為Ti O2品位＞46%的鈦精礦，干式強磁選作業(yè)回收率可達73%以上。目前，攀西地區(qū)干式強磁選機輥筒規(guī)格主要有?400 mm×1 500 mm和?380 mm×1 200 mm，單臺最大處理量15 t/h，干式強磁選機第一輥除鐵筒表面磁場強度159.24 kA/m、第二輥選鈦筒表面磁場強度676.75 kA/m。

干式強磁選機作為原生鈦鐵礦精選設備，操作簡單靈活、作業(yè)環(huán)境要求低、生產成本低、作業(yè)回收率高，但對入選Ti O2品位要求較高、對-200目細粒礦物回收效果差。由于干式強磁選機是永磁磁系，在給礦溫度＞50℃時磁衰減加速，通常在使用8～10個月后選鈦筒表面磁場強度降至557.32 kA/m左右，磁場強度低于557.32 kA/m時選鈦指標明顯變差。

1.3 浮選裝備

浮選設備通常作為鈦鐵礦強磁選—浮選工藝的精選設備，攀西地區(qū)早期曾使用BF-1.2 m3浮選機和SF系列（4、10 m3）浮選機，現主要采用KYF型充氣攪拌式浮選機，少數選廠保留JJF型機械攪拌式浮選機。典型應用：①攀枝花密地選鈦廠采用XCF+KYF-16 m3型浮選機組選別粗粒級強磁選精礦、采用GF+JJF-8 m3型浮選機組選別細粒級強磁選精礦；②龍蟒二選廠采用XCF+KYF-24m3型浮選機組選別強磁選精礦，單組處理原礦達200 t/h，可生產鈦精礦70 t/h，達到鈦精礦60萬t/a的生產能力；③西昌太和選廠主要運行2條XCF+KYF-16 m3型浮選線，浮選槽容積8 m3的浮選線作為備用，其選鈦采用1粗2掃4精工藝流程，入浮TiO2品位約20%、-200目60%，選鈦回收率約85%。

鈦鐵礦浮選效率高，浮選設備穩(wěn)定可靠，但大量用藥易污染環(huán)境，且成本高，工藝影響因素多，操作難度大。因此，鈦鐵礦浮選機在大規(guī)模生產中方能產生較好的效益。

1.4 電選裝備

電選主要處理含鈦輝石等非導電雜質的重選、磁選粗精礦，通常用于精選環(huán)節(jié)。電選對鈦鐵礦粒度要求較高，下限為0.045 mm，電選前需進行加溫等預處理。20世紀80年代初至2008年，攀枝花密地選鈦廠采用長沙礦冶研究院研制的YD系列電選機處理TiO2品位25%～30%的螺旋溜槽粗精礦，設備經不斷改進，YD-3型電選機可獲得Ti O2品位＞47.5%、作業(yè)回收率80%以上的鈦精礦。YD-3型電選機主要工作參數：分選圓筒規(guī)格?310 mm×2 000 mm，轉速30～300 r/min，工作電壓（40～60）kV，處理量3 t/h。

電選機作為原生鈦鐵礦的精選設備，作業(yè)回收率較高，對入選物料品位及粒度的要求也較高，單臺設備處理量小，作業(yè)粉塵較大，因此，密地選鈦廠在2008年的擴能改造中廢除了電選工藝。2013—2016年，米易某選廠原生鈦鐵礦精選也采用過電選機，但因電選工藝本身的局限性和最終鈦精礦指標不理想而停用。

鈦鐵礦重選、強磁選、浮選、電選裝備各有優(yōu)劣，濕式強磁選—浮選工藝配置下的裝備選別資源儲量大的原生鈦鐵礦相對更具優(yōu)勢。

2 鈦鐵礦選礦裝備應用探索研究

針對現有鈦鐵礦選礦裝備存在的問題，許多科技工作者對鈦鐵礦重選、磁選、浮選及輔助裝備開展了相關研究。

2.1 重選裝備

對攀枝花地區(qū)TiO2品位僅5.82%的原生鈦鐵礦石，劉建國等［7］采用以圓錐選礦機為主的重選設備進行預選，拋尾產率72.96%，TiO2品位提高到13.76%。對攀西地區(qū)微細粒級鈦鐵礦，王洪彬［8］進行了強化預富集研究，重選預富集采用離心選礦機、懸振錐面選礦機，并分別與浮選組成聯合選別流程，結果表明，懸振錐面選礦機預富集精礦粒度更有利于后續(xù)浮選作業(yè)。

2.2 磁選裝備

對陜西洋縣某釩鈦磁鐵礦石，賈雪梅［9］等采用ZCLA選礦機進行粗粒拋尾，拋尾產率36.36%，拋尾Ti O2品位僅1.62%，顯著減少了后續(xù)磨礦量。徐少華等［10］對SSS系列水平磁場高梯度磁選機進行選鈦優(yōu)化研究，獲得了較好的選礦指標。夏常路等［11］采用GTS-B型濕式筒式磁選機對攀枝花某鈦鐵礦進行精選，TiO2品位42.48%的給礦，1次精選精礦TiO2品位46.35%、回收率88.88%。

2.3 浮選裝備

范桂俠等［12］采用1粗1精浮選柱浮選流程處理攀枝花密地選鈦廠細粒鈦鐵礦，獲得了Ti O2品位48.11%、回收率82.00%的精礦，不僅選別效果優(yōu)于現場同期浮選機，而且設備配置簡潔。北礦機電科技有限責任公司開展了適應鈦鐵礦高濃度浮選的浮選機新型葉輪系統(tǒng)研究和攀枝花鈦鐵礦粗粒浮選機“淺槽化”實驗室研究，充氣攪拌式浮選機直流槽采用頂部旋轉進氣+新型葉輪系統(tǒng)，并在龍蟒選廠得到推廣應用。

2.4 輔助裝備

為了更好地提高選礦效率，除應重視鈦鐵礦選別裝備，亦應重視濃縮、分級和磨礦等裝備的研究，控制好各段選別作業(yè)的給礦濃度和粒度等參數，為充分發(fā)揮鈦鐵礦選別裝備的優(yōu)勢創(chuàng)造條件。

3 鐵鈦礦選礦裝備的優(yōu)化方向

鈦鐵礦重選、磁選、浮選裝備的研究已取得了大量的成果，但在以下方向上仍有進一步優(yōu)化的空間。

3.1 重選裝備

（1）開發(fā)和應用新型重選設備，在保證選礦效率的同時應降低生產成本，如粗粒礦物重選拋尾和離心選礦機、懸振錐面選礦機對細粒礦物的預富集。

（2）根據不同礦區(qū)礦石性質的不同，利用計算機仿真技術和試驗研究以優(yōu)化現有設備的結構參數。以螺旋溜槽為例，要基于不同地區(qū)鈦鐵礦研究其適宜的直徑、斷面形狀、螺距、螺圈、表面光滑度、耐磨性能等參數。

3.2 磁選裝備

（1）重視強磁選設備的大型化工作，以SLon-2000型和SLon-4000型高梯度強磁選機為例，對應的原生鈦鐵礦處理能力分別為50～80 t/h、350～550 t/h，裝機功率分別對應87 kW、175 kW，可見設備大型化是降本增效的有效手段。

（2）針對現有高梯度強磁選機對-38μm鈦鐵礦回收效果差的問題，研發(fā)適合于細泥礦物處理的磁重聯合設備或通過強磁選機本體結構參數（如磁介質等）的優(yōu)化，爭取在-20μm鈦鐵礦選礦技術方面取得突破。

（3）開發(fā)和應用新型磁選設備，因地制宜地使用強磁選設備。

3.3 浮選裝備

（1）采用適宜的浮選設備（如浮選柱），強化對-38μm鈦鐵礦的回收。

（2）根據鈦鐵礦的特性，對現有充氣式浮選機的結構、參數進行優(yōu)化，提高選礦指標的同時降低能耗。

（3）研發(fā)并推廣應用選礦指標良好的環(huán)保藥劑。

（4）提高浮選自動化水平，如智能加藥系統(tǒng)、浮選機液位自動控制的應用。

4 結 語

（1）鈦鐵礦重選、強磁選、浮選、電選裝備各有優(yōu)劣，濕式強磁選—浮選工藝配置下的裝備在儲量大的資源選別方面更具優(yōu)勢。

（2）基于鈦鐵礦的性質，通過選礦試驗研究，開發(fā)和應用新型裝備的同時優(yōu)化現有裝備，以達到高效率、低成本、綠色環(huán)?；厥这佡Y源的目標。