新型捕收劑TZ-1 浮選微細(xì)粒鈦鐵礦實(shí)驗(yàn)研究

李維斯 ，陳攀 ，楊耀輝 ，嚴(yán)偉平 ，曾小波 ，鄧建 ，武建飛

（1.中南大學(xué)資源加工與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 長沙 410006；2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都 610041；3.自然資源部信息中心，北京 100000）

我國的鈦資源儲(chǔ)量居世界首位，是世界上最大的鈦精礦生產(chǎn)國[1]。釩鈦磁鐵礦資源主要集中在攀西地區(qū)（攀枝花—西昌）、河北承德、陜西漢中、廣東興寧和湖北襄陽等地區(qū)[2]。其中攀西地區(qū)蘊(yùn)藏著我國高達(dá)93%以上的鈦資源，但該地區(qū)鈦資源利用率低，僅為21%[3]。隨著釩鈦磁鐵礦的不斷開采，礦石逐漸趨于“貧、細(xì)、雜”，再加上選廠對(duì)鐵精礦品質(zhì)要求的提升，磨礦粒度越來越細(xì)，進(jìn)而導(dǎo)致作為選鈦原礦的選鐵尾礦粒度也持續(xù)變細(xì)[4]。因此，微細(xì)粒鈦鐵礦的回收已經(jīng)成為提高選廠總回收率的關(guān)鍵，也是當(dāng)今我國選礦領(lǐng)域的重要發(fā)展方向[5]。

微細(xì)粒礦物質(zhì)量小、比表面大、表面能高，這就會(huì)導(dǎo)致其與氣泡的碰撞粘附概率降低，捕收劑對(duì)它的選擇性減弱并且會(huì)增加藥耗[6]。加之與鈦鐵礦伴生的主要脈石—鈦輝石與其表面性質(zhì)相似，均含有Fe2+、Ti4+、Ca2+、Mg2+等離子，導(dǎo)致兩者的可浮性相似，進(jìn)一步降低捕收劑對(duì)鈦鐵礦的選擇性。因此，研發(fā)高效的微細(xì)粒鈦鐵礦捕收劑是解決該問題的關(guān)鍵。鈦鐵礦的浮選捕收劑主要包括脂肪酸類、螯合類和組合類三種[7-8]。單一使用脂肪酸類或者螯合類捕收劑很難兼顧捕收性和選擇性，目前主要應(yīng)用在工業(yè)中的為組合類捕收劑。本研究所采用的新型捕收劑TZ-1 將脂肪酸類、膦酸類、雙齒過渡金屬離子螯合類捕收劑以一定比例混合而成，旨在制備高效的捕收劑以及提高某廠微細(xì)粒鈦鐵礦的回收率。

1 實(shí)驗(yàn)方法及材料

1.1 原礦性質(zhì)

該原礦樣品來自四川攀枝花某選鈦廠，-0.023 mm 粒級(jí)的含量高達(dá)88%，屬于微細(xì)粒級(jí)鈦鐵礦。原礦主要目的礦物為鈦鐵礦，主要脈石礦物為輝石、長石、綠泥石和閃石等礦物。原礦的多元素化學(xué)分析見表1。

表1 原礦的多元素化學(xué)分析/%Table 1 Multielement chemical analysis of raw ore

1.2 原礦粒度篩析

原礦粒度篩析實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2 可知，原礦中的鈦鐵礦粒度普遍較細(xì)，-0.038 mm 粒級(jí)的TiO2分布率約占96.89%，TiO2品位隨著粒級(jí)變細(xì)逐漸升高，屬于難選微細(xì)粒鈦鐵礦。

表2 原礦粒級(jí)組成Table 2 Composition of raw ore grain size

1.3 實(shí)驗(yàn)藥劑和設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用藥劑有苯甲羥肟酸、水楊羥肟酸、8-OH 喹啉、膦酸類及雙齒過渡金屬離子螯合類捕收劑、TZ-1、硫酸、水玻璃等礦山選廠工業(yè)級(jí)藥劑，實(shí)驗(yàn)用水為選廠用水。主要設(shè)備為XFD 系列浮選機(jī)以及過濾機(jī)和烘箱等。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

生產(chǎn)現(xiàn)場常規(guī)粗粒級(jí)鈦鐵礦采用“脫硫—一粗一掃四精”的工藝流程，精礦品位控制在47%以上，回收率控制在80%左右，微細(xì)粒鈦鐵礦回收率較低。本論文通過粗選條件實(shí)驗(yàn)確定粗選作業(yè)各藥劑最佳用量，并在此基礎(chǔ)上開展全流程浮選實(shí)驗(yàn)，確定精選各階段硫酸用量，確保精礦品位高于47%，最后在閉路實(shí)驗(yàn)中增加掃選提升回收率。

鈦鐵礦的浮選分為脫硫和浮鈦兩個(gè)階段。在粗選條件實(shí)驗(yàn)中，首先應(yīng)將原礦加入500 g/t H2SO4，120 g/t 黃藥和30 g/t 2#油浮選脫硫，然后在脫硫尾礦中依次加入水玻璃、H2SO4、捕收劑和80 g/t 柴油后浮鈦，得到鈦粗精礦和尾礦，流程見圖1，其中脫硫作業(yè)中各產(chǎn)品結(jié)果見表3。

圖1 條件實(shí)驗(yàn)流程Fig.1 Flow of conditional test

表3 脫硫作業(yè)各產(chǎn)品結(jié)果Table 3 Results of each product in desulfurization operation

由表3 可知，硫精礦中S 回收率為84.93%，硫精礦中TiO2品位及回收率分別為15.06%和12.66%，脫硫尾礦中TiO2品位及回收率分別為15.97%和87.34%，脫硫效果較好，脫硫尾礦滿足后續(xù)浮鈦?zhàn)鳂I(yè)實(shí)驗(yàn)要求。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 螯合劑篩選實(shí)驗(yàn)

考查了苯甲羥肟酸、水楊羥肟酸、8-OH 喹啉以及新型的磷酸類(1#)、雙齒過渡金屬離子螯合類(2#)捕收劑對(duì)微細(xì)粒鈦鐵礦浮選的影響。其中水玻璃用量100 g/t，硫酸用量1800 g/t，捕收劑用量2000 g/t，結(jié)果見表4。

表4 螯合劑種類實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of chelating agent types

由表4 可知，1#相比其他四種螯合劑盡管品位較低，但回收率最高，達(dá)到了92.89%，具有較好的捕收性。而2#相比其他四種螯合劑，品位最高，達(dá)到了27.18%，具有較好的選擇性。為了兼顧捕收性和選擇性，發(fā)揮多種藥劑的協(xié)同作用，因此將1#、2#、油酸鈉皂以及氫氧化鈉以一定比例配制成新型組合捕收劑TZ-1。

2.2 捕收劑用量實(shí)驗(yàn)

考查了TZ-1 用量對(duì)微細(xì)粒鈦鐵礦回收的影響，其中水玻璃用量為100 g/t，硫酸用量為1800 g/t，結(jié)果見圖2。

圖2 捕收劑用量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Test results of collector dosage

由圖2 可知，隨著TZ-1 用量的增加，精礦中TiO2品位先增加后減小，在捕收劑用量為2000 g/t 時(shí)，達(dá)到峰值24.91%。TiO2回收率也有類似趨勢，在捕收劑用量為2200 g/t 時(shí)，回收率最高達(dá)到89.68%。綜合考慮精礦品位和回收率，可知當(dāng)粗選TZ-1 用量為2000 g/t，此時(shí)精礦TiO2品位和回收率相對(duì)較高，分別為24.91%和88.14%。

2.3 硫酸用量實(shí)驗(yàn)

考查了硫酸的用量對(duì)于微細(xì)粒鈦鐵礦回收效果的影響，其中水玻璃用量為100 g/t，捕收劑用量為2000 g/t，結(jié)果見圖3，硫酸用量與pH 值的關(guān)系見表5。

圖3 硫酸用量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Test results of sulfuric acid dosage

表5 硫酸用量與礦漿pH 值的關(guān)系Table 5 Relationship between the amount of sulfuric acid and pH of pulp

由圖3 和表5 可知，隨著硫酸用量的增加，礦漿的pH 值逐漸減小，精礦品位先減小，然后持續(xù)增加，在硫酸用量為1800 g/t 時(shí)，礦漿pH 值為4.31，精礦中TiO2回收率為88.16%，TiO2品位達(dá)到較大值23.93%。精礦中TiO2回收率先減小后增加，在硫酸用量為1600 g/t 時(shí)，礦漿pH 值為4.56，TiO2品位為23.58%，TiO2回收率達(dá)到較大值89.84%。綜合考慮品位和回收率，當(dāng)硫酸用量為1600 g/t，TiO2回收效果較佳，此時(shí)可以獲得TiO2品位和回收率分別為23.58%和89.84%的精礦。

2.4 抑制劑用量實(shí)驗(yàn)

水玻璃可以抑制硅酸鹽礦物，且模數(shù)為2.8～3.0 的水玻璃抑制效果更佳，同時(shí)伴有一定的分散作用[9]。因此采用模數(shù)3.0 的水玻璃為抑制劑，探究了水玻璃用量對(duì)微細(xì)粒鈦鐵礦回收效果的影響，其中硫酸用量為1600 g/t，捕收劑用量為2000 g/t，結(jié)果見圖4。

圖4 水玻璃用量實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Sodium silicate dosage test results

由圖4 可知，水玻璃用量越多，浮選指標(biāo)越好。當(dāng)水玻璃用量增加時(shí)，精礦中TiO2品位及回收率逐漸增加。在水玻璃用量達(dá)到320 g/t，TiO2品位及回收率增長較為緩慢。因此，粗選水玻璃最佳用量為320 g/t，此時(shí)精礦中TiO2品位和回收率分別為26.43%和86.88%。

2.5 實(shí)驗(yàn)室開路實(shí)驗(yàn)

在粗選條件實(shí)驗(yàn)藥劑制度的基礎(chǔ)上，進(jìn)行“脫硫—一粗四精”的開路實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。由表6 可知，最終可以得到TiO2品位為47.23%，回收率為49.23%的鈦精礦。

表6 開路實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 Open-circuit test results

2.6 實(shí)驗(yàn)室閉路實(shí)驗(yàn)

在開路實(shí)驗(yàn)的條件基礎(chǔ)上，在粗選后增加了一次掃選，略微調(diào)整藥劑制度以達(dá)到較佳浮選指標(biāo)，實(shí)行“脫硫—一粗一掃四精、中礦順序返回”的閉路流程實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表7，浮選閉路實(shí)驗(yàn)流程見圖5。

圖5 閉路實(shí)驗(yàn)流程Fig.5 Closed-circuit test process

表7 閉路實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 7 Closed-circuit test results

由表7 可知，閉路實(shí)驗(yàn)得到了TiO2品位為47.29%、回收率為58.41%的精礦產(chǎn)品，較好地實(shí)現(xiàn)了微細(xì)粒鈦鐵礦的回收利用。

3 結(jié)論

(1)實(shí)驗(yàn)所用原礦為攀西地區(qū)某廠微細(xì)粒級(jí)鈦鐵礦，原礦中TiO2品位為15.85%，-0.023 mm 粒級(jí)的含量高達(dá)88%，屬于難選微細(xì)粒級(jí)鈦鐵礦。通過螯合劑的篩選，確定了兩種捕收性及選擇性各有優(yōu)勢的新型螯合劑，并將其配置成TZ-1 新型組合捕收劑配合水玻璃和硫酸使用回收微細(xì)粒級(jí)鈦鐵礦，取得了良好的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)。

(2)粗選條件實(shí)驗(yàn)確定了捕收劑較佳用量為2000 g/t，硫酸較佳用量為1600 g/t，水玻璃較佳用量為320 g/t。在該藥劑制度的基礎(chǔ)上，略微調(diào)整藥劑制度后，對(duì)原礦進(jìn)行“脫硫—一粗四精”的開路實(shí)驗(yàn)，最終可以得到TiO2品位為47.23%，回收率為49.23%的鈦精礦。

(3)實(shí)驗(yàn)室閉路實(shí)驗(yàn)采用“脫硫—一粗一掃四精、中礦順序返回”的浮選流程，最終得到TiO2品位47.29%、回收率58.41%的鈦精礦。該結(jié)果表明新型TZ-1 捕收劑對(duì)提高選廠選鈦總回收率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

(4)TZ-1 是一種由油酸皂和新型螯合劑復(fù)配而成組合捕收劑，其中新型螯合劑與鈦鐵礦常規(guī)螯合劑相比，在選擇捕收性上更具優(yōu)勢，有較好的應(yīng)用前景。