伊朗某鈦鐵礦強(qiáng)磁選粗精礦浮選提質(zhì)降雜試驗(yàn)研究

秦曉艷 劉 建 先鳳學(xué) 楊保祥 郝佳美 高虎林 董文超

（1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；2.昆明鋼鐵控股集團(tuán)，云南 昆明 650302；3.攀枝花市釩鈦產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，四川 攀枝花 617063）

QIN Xiaoyan1LIU Jian1XIAN Fengxue2YANG Baoxiang3HAO Jiamei1GAO Hulin1 DONG Wenchao12

（1.Faculty of Land Resource Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China；2.Kunming Iron and Steel Holding Group，Kunming 650302，China；3.Panzhihua Vanadium and Titanium Industry Association，Panzhihua 617063，China）

鈦是一種銀白色的過渡金屬，化學(xué)性質(zhì)活潑，可與多種金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成各種性能優(yōu)良的合金[1]，并被廣泛應(yīng)用于航空航天、國防工業(yè)、化工工業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域[2-5]。目前，金屬鈦主要從礦石中提取，含鈦的礦石主要包括鈦鐵礦、金紅石、鈦磁鐵礦、紅鈦鐵礦等[6]，其中，鈦鐵礦是含鈦礦石中分布最廣、儲(chǔ)量最多、產(chǎn)量最高、工業(yè)應(yīng)用價(jià)值最大的礦石[7]。據(jù)美國地質(zhì)勘探局（USGS）在2018年統(tǒng)計(jì)的資料顯示，全球鈦鐵礦儲(chǔ)量約6.8億t，主要分布在中國、澳大利亞、莫桑比克等國家[8]。

近幾年，隨著鈦鐵礦開采深度和復(fù)雜程度不斷增加，鈦鐵礦中TiO2品位越來越低，分選愈發(fā)困難，單一選別方法難以滿足大部分選廠對(duì)鈦精礦產(chǎn)品指標(biāo)的要求，因此，大多數(shù)選廠都采用聯(lián)合工藝選鈦[9]，主要包括磁選─浮選聯(lián)合、重選─磁選聯(lián)合、重選─浮選等。

針對(duì)磁選工藝富集后的鈦鐵礦未能達(dá)到最低銷售質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的問題，研究人員大多采用浮選工藝對(duì)磁選粗精礦進(jìn)一步提質(zhì)降雜。鄧冰等[10]對(duì)攀西某釩鈦磁鐵礦強(qiáng)磁選粗精礦進(jìn)行了浮選試驗(yàn)研究。浮選采用EMZT-01、H2SO4和草酸作為調(diào)整劑，以EMZB-01作為浮鈦捕收劑、煤油作為輔助捕收劑，在1粗4精1掃的閉路工藝流程條件下，獲得了TiO2品位47.78%、TiO2浮選作業(yè)回收率為61.25%的鈦精礦產(chǎn)品。該浮選工藝選別指標(biāo)良好，但在閉路實(shí)驗(yàn)中H2SO4總用量高達(dá)3 355 g/t、捕收劑EMZB-01總用量高達(dá)3 850 g/t，藥劑消耗量過大。黃曉毅等[11]對(duì)某鈦鐵礦石強(qiáng)磁拋尾后的粗精礦進(jìn)行了浮選試驗(yàn)，最終確定采用1次粗選、3次精選、2次掃選且對(duì)精選1尾礦再進(jìn)行掃選的工藝流程，最終獲得了鈦精礦TiO2品位46.22%、浮選作業(yè)回收率64.22%的良好指標(biāo)，但缺點(diǎn)是工藝相對(duì)復(fù)雜。目前，鈦鐵礦磁選粗精礦浮選工藝技術(shù)可靠性高，選別指標(biāo)良好，但存在藥劑消耗量大、浮選流程復(fù)雜等問題。

針對(duì)上述問題，為進(jìn)一步降低浮選成本，完善鈦鐵礦磁選粗精礦浮選藥劑制度及工藝流程，對(duì)伊朗某鈦鐵礦強(qiáng)磁選后的粗精礦進(jìn)行了系統(tǒng)的浮選試驗(yàn)研究。該鈦鐵礦石原礦TiO2含量為5.4%，脈石礦物主要為輝石、斜長石、角閃石等，原礦先經(jīng)磨礦─弱磁除鐵─強(qiáng)磁粗選─強(qiáng)磁精選的工藝流程獲得強(qiáng)磁選粗精礦，本文以該強(qiáng)磁選粗精礦為研究對(duì)象，在化學(xué)多元素分析的基礎(chǔ)上，對(duì)抑制劑草酸和水玻璃進(jìn)行藥劑種類及用量試驗(yàn)，對(duì)調(diào)整劑H2SO4、捕收劑MOH、抑制劑LD-C進(jìn)行了粗選用量試驗(yàn)，最終，在閉路試驗(yàn)中獲得了良好的浮選指標(biāo)。研究結(jié)果為選礦廠建設(shè)提供了技術(shù)依據(jù)，同時(shí)為該類礦石的開發(fā)利用提供參考。

1 試驗(yàn)原料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料為伊朗某鈦鐵礦經(jīng)強(qiáng)磁選后的粗精礦，試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

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由表1可知：試樣TiO2含量為24.59%，有用礦物為鈦鐵礦，是試樣中唯一可回收利用的組分；SiO2含量較高，達(dá)20.36%，CaO含量為7.28%、MgO含量為5.17%，Al2O3含量為4.3%；礦樣中S含量較低，為0.034%，無須進(jìn)行脫硫處理。脈石礦物主要為輝石，其次為斜長石、角閃石等。

1.2 試驗(yàn)方法

試樣分選方法采用浮選工藝。每次試驗(yàn)稱取試樣250 g，將其加入XFD型單槽浮選機(jī)中，按照順序依次添加不同種類及用量的浮選藥劑，攪拌后進(jìn)行充氣并刮泡，將各種條件下所得的浮選產(chǎn)品經(jīng)過濾后烘干并進(jìn)行稱重、制樣，最終進(jìn)行化驗(yàn)分析，計(jì)算浮選指標(biāo)。

1.3 試驗(yàn)藥劑

試驗(yàn)中所用到的調(diào)整劑為濃硫酸，抑制劑為草酸、水玻璃、LD-C，捕收劑為MOH，輔助捕收劑為柴油。其中濃硫酸、MOH、柴油為工業(yè)純，草酸、LD-C和水玻璃為分析純。

1.4 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)中所用到的設(shè)備有XFD型單槽浮選機(jī)、電子天平、pH計(jì)、真空過濾機(jī)、真空干燥箱。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 粗選條件試驗(yàn)

浮選體系復(fù)雜，影響礦物浮選指標(biāo)的因素很多[12]。試驗(yàn)主要研究了抑制劑（草酸和水玻璃）的種類及用量、pH調(diào)整劑H2SO4用量、抑制劑LD-C用量、捕收劑MOH用量對(duì)磁選粗精礦浮選指標(biāo)的影響。粗選試驗(yàn)流程如圖1所示。

2.1.1 抑制劑種類及用量試驗(yàn)

選取對(duì)鈦鐵礦的脈石礦物抑制效果較強(qiáng)的抑制劑，是進(jìn)行鈦鐵礦與脈石礦物有效分離的必要條件[13]。針對(duì)該礦樣的脈石礦物（主要為輝石，其次為斜長石、角閃石等），選取了兩種常用抑制劑草酸[14]和水玻璃[15]進(jìn)行抑制劑種類及用量試驗(yàn)。

2.1.1.1 草酸用量試驗(yàn)

草酸可以顯著降低脈石礦物表面的活性位點(diǎn)，降低脈石礦物表面上的捕收劑吸附密度，從而提高鈦鐵礦在浮選過程中的選擇性[16]。在H2SO4用量1 500 g/t，MOH用量1 500 g/t，柴油用量50 g/t條件下，考察了草酸用量對(duì)浮選指標(biāo)的影響，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，隨著草酸用量的增加，TiO2品位逐漸升高，TiO2回收率在草酸用量為200 g/t時(shí)達(dá)到最大值，之后隨著草酸用量的增加，TiO2回收率逐漸降低。在草酸用量為200 g/t時(shí)，對(duì)脈石礦物的抑制效果最佳，此時(shí)TiO2的品位為31.87%、回收率為82.26%。

2.1.1.2 水玻璃用量試驗(yàn)

水玻璃可選擇性地吸附在脈石礦物表面，增加脈石礦物親水性[17]，同時(shí)改變脈石礦物表面電性，使脈石礦物和鈦鐵礦表面均呈負(fù)電，增大鈦鐵礦與脈石礦物之間靜電斥力，降低礦粒的凝聚作用，提高浮選體系的分散性[18-19]。在 H2SO4用量 1 500 g/t，MOH用量1 500 g/t，柴油用量50 g/t條件下，進(jìn)行了水玻璃用量試驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。

圖3表明，隨著水玻璃用量的增加，TiO2的品位逐漸升高，但TiO2回收率在水玻璃用量為200 g/t時(shí)達(dá)到最大值，之后隨著水玻璃用量的增加，TiO2回收率下降明顯。說明水玻璃用量為200 g/t時(shí)，對(duì)脈石礦物的抑制效果最佳，此時(shí)TiO2的品位為29.09%、回收率為84.30%。

通過上述試驗(yàn)可以看出草酸作為抑制劑的效果明顯優(yōu)于水玻璃，因此，選用草酸作為抑制劑，用量為200 g/t。

2.1.2 調(diào)整劑H2SO4用量試驗(yàn)

試驗(yàn)采用的pH調(diào)整劑為H2SO4。在鈦鐵礦浮選過程中，添加H2SO4不僅可以調(diào)整鈦鐵礦浮選礦漿的pH值，還可以在鈦鐵礦表面發(fā)生特性吸附，增加鈦鐵礦表面的活化位點(diǎn)，使得捕收劑更容易吸附在鈦鐵礦表面[20]。在草酸用量200 g/t、MOH用量1 500 g/t、柴油用量50 g/t的條件下，進(jìn)行了H2SO4用量試驗(yàn)，結(jié)果見圖4。

圖4表明，隨著H2SO4用量的增加，TiO2品位不斷升高，但TiO2回收率卻大幅度下降，說明H2SO4用量與TiO2品位之間呈正相關(guān)，與TiO2回收率之間呈負(fù)相關(guān)。綜合考慮，選取H2SO4用量為1 500 g/t。

2.1.3 抑制劑LD-C用量試驗(yàn)

藥劑LD-C是一種新型高效抑制劑，用于抑制鈣鎂類脈石，其分子上主要與脈石礦物作用的基團(tuán)為羧基（—COOH）和羥基（—OH）。上述試驗(yàn)中，在只添加抑制劑水玻璃或草酸時(shí)，粗精礦TiO2品位無法達(dá)到最佳指標(biāo)。經(jīng)過探索試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在添加草酸的基礎(chǔ)上，再添加抑制劑LD-C時(shí)，對(duì)浮選粗精礦TiO2品位有提升效果。固定H2SO4用量1 500 g/t、草酸用量200 g/t、MOH用量1 500 g/t、柴油50 g/t條件下，進(jìn)行了LD-C用量試驗(yàn)，結(jié)果如圖5所示。

圖5表明，隨著LD-C用量增大，TiO2品位逐漸上升，TiO2回收率顯著下降，說明LD-C用量與TiO2品位之間呈正相關(guān)，與TiO2回收率之間呈負(fù)相關(guān)。綜合考慮，選取LD-C用量為20 g/t，與不添加抑制劑LD-C的試驗(yàn)相比，TiO2的回收率僅略微下降，但TiO2品位提高了3.71個(gè)百分點(diǎn)。因此，確定LD-C用量為20 g/t。

2.1.4 捕收劑MOH用量試驗(yàn)

MOH是一種新型組合類捕收劑，兼顧捕收性與選擇性，在實(shí)際礦石浮選過程中穩(wěn)定性強(qiáng)[21-22]。選擇MOH作捕收劑，在H2SO4用量1 500 g/t、草酸用量200 g/t、LD-C用量20 g/t、柴油用量50 g/t條件下，進(jìn)行粗選捕收劑MOH用量試驗(yàn)，結(jié)果見圖6。

由圖6可知，當(dāng)MOH用量較小時(shí)，TiO2品位與回收率均較低，隨著MOH用量增加，TiO2回收率逐漸增加，但TiO2品位在MOH用量為1 000 g/t時(shí)達(dá)到最大值，之后隨著MOH用量的增加，TiO2品位略有下降，當(dāng)MOH用量超過1 500 g/t時(shí)，TiO2的品位明顯降低。綜合考慮TiO2品位和回收率指標(biāo)，選取MOH用量為1 500 g/t。

2.2 閉路浮選試驗(yàn)

根據(jù)條件試驗(yàn)結(jié)果，按圖7流程進(jìn)行了閉路試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2表明，磁選粗精礦浮選采用1次粗選、3次精選、1次掃選工藝流程，可獲得TiO2品位為46.52%、TiO2回收率為69.59%的良好指標(biāo)。

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3 精礦產(chǎn)品質(zhì)量分析及抑制劑作用機(jī)理

3.1 精礦產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)

對(duì)閉路試驗(yàn)中鈦精礦產(chǎn)品進(jìn)行化學(xué)多元素分析，結(jié)果見表3。

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從表3可知，精礦中TiO2品位達(dá)到了46.52%，CaO含量降低至0.23%，MgO含量降低至1.18%，SiO2含量降低至1.28%，說明草酸和LD-C對(duì)該脈石礦物的抑制效果顯著。

3.2 草酸和LD-C的抑制機(jī)理

試樣中脈石礦物主要為輝石，其次為斜長石、角閃石等，其中，輝石在脈石礦物中的含量最高，其在浮選過程中對(duì)鈦鐵礦分選效果影響亦最大。由于本文以草酸和LD-C作為輝石的抑制劑，為更直觀地表述草酸和LD-C對(duì)鈦鐵礦和輝石浮選分離作用機(jī)理，將草酸和LD-C在鈦鐵礦和輝石表面吸附模型示意繪于圖8。其中，LD-C為有機(jī)高分子抑制劑，示意圖中只繪制了LD-C分子中主要與輝石作用的基團(tuán)，即羧基（—COOH）和羥基（—OH）。

如圖8所示，在浮選過程中，輝石表面會(huì)溶解暴露出大量Ca、Mg活性位點(diǎn)，在添加草酸后，草酸的C2O42-與輝石表面的活性位點(diǎn)發(fā)生吸附，顯著降低了輝石表面的活性位點(diǎn)[14]，阻礙了后續(xù)捕收劑MOH對(duì)輝石的吸附，草酸在輝石表面的吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在鈦鐵礦表面的吸附量，鈦鐵礦的可浮性幾乎不受影響，輝石的可浮性卻顯著降低。繼續(xù)向礦漿中添加LD-C后，LD-C分子中的—OH和—COOH與輝石表面Ca、Mg原子發(fā)生強(qiáng)化學(xué)吸附。LD-C在輝石表面的選擇性吸附降低了輝石表面的疏水性，進(jìn)一步擴(kuò)大了鈦鐵礦和輝石之間的可浮性差異，使輝石對(duì)捕收劑的吸附能力大大降低。草酸和LD-C在輝石表面的吸附作用遠(yuǎn)大于在鈦鐵礦表面的吸附作用，致使輝石的浮選得到了有效抑制。

4 結(jié)論

（1）伊朗某鈦鐵礦強(qiáng)磁選粗精礦中唯一可回收利用的組分鈦鐵礦TiO2品位為24.59%。SiO2含量較高，達(dá)20.36%，還含有CaO、MgO、Al2O3等，脈石礦物主要為輝石，其次為斜長石、角閃石等。礦樣中S含量較低，不需要進(jìn)行脫硫處理。

（2）針對(duì)礦石性質(zhì)特點(diǎn)，通過條件試驗(yàn)確定浮選粗選抑制劑草酸和LD-C用量分別為200 g/t和20 g/t、pH調(diào)整劑H2SO4用量1 500 g/t、捕收劑MOH用量1 500 g/t、輔助捕收劑柴油用量50 g/t，在此基礎(chǔ)上，試樣經(jīng)1粗3精1掃、中礦順序返回的閉路浮選工藝流程，最終獲得了鈦精礦TiO2品位46.52%、TiO2回收率69.59%的良好指標(biāo)。該工藝流程簡(jiǎn)單，藥劑用量少，浮選指標(biāo)良好。

（3）草酸和LD-C會(huì)對(duì)輝石表面溶解露出的大量Ca、Mg活性位點(diǎn)進(jìn)行吸附，降低了輝石表面的疏水性的同時(shí)阻礙了捕收劑MOH的吸附。草酸和LD-C與輝石表面發(fā)生的吸附作用遠(yuǎn)大于在鈦鐵礦表面的吸附作用，使輝石的浮選得到有效抑制。