國外某細粒級海濱砂礦多金屬綜合回收選礦工藝研究①

張 華，潘 炳，李 欣，袁 福

（長沙礦冶研究有限責任公司，湖南 長沙410012）

因潮汐、海流作用，砂質(zhì)沉積物中的重礦物碎屑在海濱地帶富集，由此形成的礦床被定義為海濱砂礦［1］。海濱砂礦具有極大的經(jīng)濟價值，分布廣泛，是鋯石、金紅石、獨居石、鈦鐵礦及錫石的重要開采源，具有勘探及開采簡單、粒度細、有用成分品位高、選礦和冶煉方便等優(yōu)點，受到了各國的重視［2-4］。

隨著國民經(jīng)濟飛速發(fā)展，人類對礦產(chǎn)資源需求量急劇增加，海濱砂礦越來越成為一種重要的礦產(chǎn)資源而被開發(fā)利用［5-8］。國外某細粒級海濱砂礦主要含有鈦鐵礦、鋯石、金紅石、獨居石等有用礦物，具有較高的經(jīng)濟價值，但其礦物種類較多，有價礦物粒度較細，增加了高效富集難度。為實現(xiàn)經(jīng)濟價值最大化，使有用礦物充分有效地分選富集，本文以該海濱砂礦為研究對象，從礦物物理化學性質(zhì)差異入手，通過針對性地選擇分選設備以及不同的選別工藝組合，最終實現(xiàn)鈦鐵礦、鋯石、金紅石、獨居石等有價礦物的高效分選。

1 試驗原料、設備及方法

1.1 試驗原料

試驗所用礦樣源自國外某海濱地帶，原礦化學多元素成分分析結果見表1。由表1可知，原礦中主要可供回收的有價礦物為TiO2、ZrO2、稀土氧化物（REO）等；脈石組分主要為SiO2，其次為Al2O3、CaO和MgO。

表1 原礦化學多元素成分分析結果（質(zhì)量分數(shù)）／%

原礦鈦物相分析結果見表2。結果表明，原礦中鈦主要以鈦鐵礦和金紅石形式存在；鈦鐵礦部分呈金紅石化，鈦分布率為58.56%；高鈦礦物以金紅石為主，含白鈦礦、銳鈦礦、板鈦礦等，鈦分布率合計為40.29%；鈦磁鐵礦、榍石中TiO2分布率僅為1.15%。

表2 原礦鈦的化學物相分析結果

X射線衍射、礦物參數(shù)自動分析系統(tǒng)（MLA）綜合分析結果查明，該海濱砂礦中鋯礦物主要為鋯石；鈦礦物有鈦鐵礦、金紅石（包括銳鈦礦）及白鈦石；稀土礦物主要為獨居石、少量磷釔礦。脈石礦物主要為石英，其次為少量電氣石、泥質(zhì)物等。含鉻礦物為鉻鐵礦及鉻鐵尖晶石，偶見有赤鐵礦、褐鐵礦等鐵礦物。其主要礦物組成和含量見表3。此外，鏡下發(fā)現(xiàn)，部分鈦鐵礦呈金紅石化，使得鈦鐵礦磁性減弱，不利于鈦的磁選回收。

表3 原礦主要礦物組成及含量（質(zhì)量分數(shù)）／%

原礦粒度篩析結果見表4。由表4可知，原礦樣中鈦鐵礦、鋯英石礦物粒度總體較細，-90+53 μm粒級占比較大；鈦礦物粒度相對較粗，鋯礦物粒度相對較細；鈦、鋯元素主要分布在-150+45 μm粒級中。

表4 原礦粒度篩析及鋯、鈦分布

1.2 試驗方法

該礦中主要回收的有用礦物為鈦鐵礦、金紅石、鋯英石和獨居石等，其粒度較一般海濱砂礦細，采用一般磁選設備難以獲得較高分選效率。針對該礦石，采用電磁平環(huán)強磁選機進行濕法預選，將鈦鐵礦、稀土礦以及鋯石高效分離，得到相應產(chǎn)品的粗精礦；粗精礦再經(jīng)后續(xù)的重選／磁選／電選處理或聯(lián)合處理的精細化精選，最終獲得鈦精礦、金紅石精礦、鋯英石精礦以及稀土精礦。試驗主要設備為搖床、磁選機以及電選機等。

2 試驗結果及討論

2.1 濕法預選試驗

濕法預選主要利用海濱砂礦中各礦物的導磁性及比重差異將物料進行初步分選，分離出鈦鐵礦、獨居石、鋯英石、金紅石粗精礦。針對原礦粒度較細、部分鈦鐵礦呈金紅石化的特點，采用平環(huán)強磁選機進行濕法預選，選用較高場強（1.2 T）將鈦鐵礦（磁性物1）分離出來；因磁場強度較高，鈦鐵礦中夾帶有少量獨居石等弱磁性礦物，采用濕式中磁選機進行精選；濕式中磁選所得非磁性物與平環(huán)強磁選第二級（2 T）磁性物2合并，進入稀土礦物精選流程；平環(huán)強磁選得到的非磁性物為富集了鋯與金紅石的產(chǎn)品，為確保鋯英石回收率，采用一粗一掃、中礦再選三段搖床重選工藝，三段搖床精礦合并為鋯英石粗精礦，進入鋯英石精選流程。濕法預選工藝流程見圖1，試驗結果見表5。由表5可知，經(jīng)平環(huán)強磁選、濕式中磁選、搖床重選的濕法預選流程，鋯、鈦、稀土得到了初步分離，拋除了10.57%的搖床尾礦，各有價礦物回收率損失不大。

表5 濕法預選試驗結果

圖1 濕法預選流程

2.2 稀土礦物精選試驗

因礦物蝕變，其導磁性減弱，濕法預選時，磁性較弱的鈦鐵礦進入獨居石粗精礦中，經(jīng)鼓筒電選?雙筒中磁選將蝕變礦物逐步選出，以減少其對獨居石提純的干擾，但由于蝕變礦物與獨居石的導磁及導電性能差異并不明顯，電選?磁選分選效率不高。分析發(fā)現(xiàn)，獨居石與蝕變礦物比重差異較大，再次通過搖床進行獨居石與蝕變礦物的分離；在進入搖床前，使用弧板電選機對獨居石粗精礦進行電選，分離出部分黑色蝕變中礦，以減少后續(xù)搖床作業(yè)量，并可降低礦物復雜性及獨居石富集難度；搖床精礦干燥后，進入雙筒中磁選機，進一步分離得到鈦鐵礦、磷釔精礦以及獨居石精礦，具體工藝流程見圖2，試驗結果見表6。由表6可知，稀土礦物精選流程可得到獨居石精礦、磷釔精礦以及獨居石中礦3個主要產(chǎn)品，并副產(chǎn)出鈦鐵礦和鋯中礦；鋯中礦可進入選鋯流程進一步富集。該段作業(yè)TREO回收率99.22%、Y2O3回收率98.90%；在確保獨居石、磷釔礦精礦產(chǎn)品達標的前提下，稀土礦物回收率得到了保障。

表6 稀土礦物精選試驗結果

圖2 稀土礦物精選流程

2.3 鋯英石1精選試驗

鋯英石作為非導電性及非導磁性礦物，其精選主要通過電選?磁選工藝除去少量鈦和鐵等導電、導磁性雜質(zhì)，以獲得高品質(zhì)鋯精礦。濕法預選流程得到的搖床精礦作為鋯英石1精選給礦。工藝流程見圖3，試驗結果見表7。由表7可知，鋯英石粗精礦經(jīng)干燥后通過電選?磁選聯(lián)合流程精選，鋯富集效果明顯。鼓筒電選、篩板電選導體產(chǎn)品合并進入后續(xù)金紅石精選流程，磁選所得磁性產(chǎn)品與弧板電選所得導體合并進入后續(xù)鋯英石2精選流程。

表7 鋯英石1精選試驗結果

圖3 鋯英石1精選流程

2.4 金紅石精選試驗

金紅石粗精礦1和金紅石粗精礦2合并，作為金紅石精選流程給礦。此產(chǎn)品夾帶少量脈石礦物，為保證精礦品位，鼓筒電選后通過178 μm篩網(wǎng)隔除脈石，金紅石精選主要通過電選?磁選工藝進行，具體工藝流程見圖4，試驗結果見表8。由表8可知，金紅石粗精礦經(jīng)電選?磁選精選，獲得了金紅石精礦、高鈦產(chǎn)品1和高鈦產(chǎn)品2、鈦鐵礦5和鋯英石粗精礦2，其中金紅石精礦產(chǎn)率3.74%、TiO2品位92.80%、ZrO2含量0.71%、TiO2回收率11.74%。金紅石精礦TiO2品位達到了金紅石一級品的質(zhì)量標準。鋯英石粗精礦2進入鋯英石2精選流程。

表8 金紅石精選試驗結果

圖4 金紅石精選流程

2.5 鋯英石2精選試驗

稀土礦物精選流程非導磁產(chǎn)品（鋯中礦1）、鋯英石1精選流程鋯英石粗精礦2以及金紅石精選流程非導體產(chǎn)品（鋯中礦2）混勻，進行鋯英石再提取，以提高鋯英石總回收率，混勻物料中夾帶的少量脈石礦物，通過125 μm篩網(wǎng)隔除。鋯英石2精選通過電選?磁選?重選聯(lián)合工藝進行多次分選，具體工藝流程見圖5，試驗結果見表9。從表9可知，通過鋯英石2精選流程，獲得了鋯英石精礦2、鋯中礦3以及鈦鐵礦6。

圖5 鋯英石2精選試驗流程

表9 鋯英石2精選試驗結果

2.6 主要產(chǎn)品匯總

將各流程中的鋯英石、鈦鐵礦、金紅石、獨居石等精礦產(chǎn)品以及各中礦產(chǎn)品進行匯總，主要產(chǎn)品及指標見表10。由表10可知，該海濱砂礦通過濕法預選、重選／磁選／電選聯(lián)合的分階段流程分選，獲得了鈦鐵礦、鋯英石、獨居石、金紅石、磷釔礦等精礦產(chǎn)品，鋯、鈦、稀土綜合回收率分別為97.08%、76.86%、88.13%，綜合高效回收了海濱砂礦中的多金屬組分。

表10 主要產(chǎn)品及指標匯總

3 結 論

1）試驗樣品為典型的微細粒海濱砂多金屬礦，主要可供回收的有價礦物為鈦礦物、鋯礦物及稀土氧化物。鋯礦物主要為鋯石；鈦礦物有鈦鐵礦、金紅石（包括銳鈦礦）及白鈦石，部分鈦鐵礦呈金紅石化，使得鈦鐵礦磁性減弱，不利于鈦的磁選回收；稀土礦物主要為獨居石，少量磷釔礦；脈石礦物主要為石英，少量電氣石、泥質(zhì)物等。

2）采用平環(huán)強磁選機濕法預選，稀土礦物、鋯英石、金紅石粗精礦通過重選／磁選／電選聯(lián)合工藝分階段精選，獲得了鈦鐵礦、鋯英石、獨居石、金紅石、磷釔礦等精礦產(chǎn)品，取得了鋯、鈦、稀土綜合回收率分別為97.08%、76.86%、88.13%的良好分選指標，綜合高效回收了海濱砂礦中的多金屬。