國(guó)外某海濱砂礦綜合回收試驗(yàn)研究

梁燾茂，楊招君，鐘森林*，洪秋陽(yáng)，吳城材，王豐雨，張超達(dá)

（1.廣東省科學(xué)院資源利用與稀土開(kāi)發(fā)研究所,廣東 廣州 510651；2.稀有金屬分離與綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510651；3.廣州粵有研礦物資源科技有限公司,廣東 廣州 510651）

0 引言

在海濱波浪、岸流、潮汐等水動(dòng)力作用下，風(fēng)化剝蝕的巖石碎屑被機(jī)械搬運(yùn)、破碎，輕細(xì)礦物被水流帶走，重礦物在沿岸沉積富集，從而形成海濱砂礦[1]。海濱砂礦具有粒度均勻，解離度高，開(kāi)采簡(jiǎn)單，容易選別等特點(diǎn)，是鈦鐵礦、鋯石、金紅石、錫石、獨(dú)居石等有價(jià)礦物的重要來(lái)源[2]。我國(guó)海岸線(xiàn)漫長(zhǎng)，海濱砂礦種類(lèi)豐富，但鋯鈦海濱砂礦資源相對(duì)較少，主要分布在廣東、廣西、海南三省，尤其是海南島周?chē)鶾3?5]。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)鈦鐵礦、鋯石等礦物資源的需求增加，國(guó)內(nèi)資源早已不滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，“走出去”向境外尋找資源勢(shì)在必行[6]。國(guó)外某海濱砂礦，重砂品位高，主要有用礦物為鈦鐵礦、鋯石，并含有少量獨(dú)居石、磁鐵礦、金紅石等，極具投資開(kāi)發(fā)價(jià)值。

為開(kāi)發(fā)該砂礦，綜合回收有用礦物，筆者所在團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了選礦試驗(yàn)研究。充分利用有用礦物的重、磁、電性質(zhì)差異，制定合理的工藝流程，實(shí)現(xiàn)了鈦鐵礦、鋯石、獨(dú)居石等有價(jià)礦物的高效回收與分離。

1 礦石性質(zhì)

原礦多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1，原礦中主要有用金屬為鈦、鋯、稀土，其品位分別為T(mén)iO210.96%，Zr(Hf)O20.70%，REO 0.13%。

表1 原礦多元素分析Table 1 Multi-elemental analysis results of raw ore %

采用MLA 自動(dòng)礦物定量分析，原礦礦物組成見(jiàn)表2。根據(jù)表2，原礦中主要金屬礦物為鈦鐵礦、鋯石、鈦赤鐵礦、白鈦石、獨(dú)居石、磁鐵礦，另有少量金紅石。脈石礦物種類(lèi)較多，主要是石英，少量長(zhǎng)石、藍(lán)晶石、角閃石、尖晶石等。

結(jié)合能譜分析、掃描電鏡、顯微鏡觀(guān)測(cè)、單礦物分選，原礦中有用礦物絕大部分都已單體解離，少量礦物形成包裹體鑲嵌關(guān)系。鈦鐵礦經(jīng)歷氧化蝕變，導(dǎo)致鐵元素不同程度流失，鈦鐵礦中TiO2含量增加，形成富鈦鈦鐵礦、白鈦石等（見(jiàn)圖1），磁性亦減弱，將不利于其磁選回收，對(duì)鈦鐵礦單礦物進(jìn)行分析，TiO2含量為55.28%；能譜分析表明磁鐵礦富含Cr（14.31%）、Ti（2.52%）、V（0.36%）等，理論含F(xiàn)e 46.14%；鋯石平均含ZrO265.78%，HfO21.09%，普遍含微量鐵，部分由于含鐵、鈦礦物包裹體、表面充填含鐵粘土以及鐵染等原因含少量鐵和鈦，導(dǎo)致部分鋯石具有弱磁性及弱導(dǎo)電性，將對(duì)其分選和精礦品質(zhì)造成不利影響；獨(dú)居石單礦物REO 品位57.21%。

圖1 富鈦鈦鐵礦（深色）局部蝕變成白鈦石（淺色）Fig.1 Local alteration of pseudorutile (dark)to leucoxene (light)

對(duì)原礦進(jìn)行篩分分析，結(jié)果見(jiàn)表3。可見(jiàn)，原礦粒度集中于?1.0～+0.1 mm 范圍，元素鐵、鈦、鋯主要富集于?0.5～+0.1 mm 粒級(jí)中，容易通過(guò)重選回收。

表3 原礦主要金屬粒度分布Table 3 Grain size of main valuable metal elements in raw ore

根據(jù)礦石性質(zhì)，該礦石主要回收對(duì)象為鈦鐵礦和鋯石，少量磁鐵礦和獨(dú)居石可綜合回收，金紅石含量較低，本次試驗(yàn)不進(jìn)行研究。有用礦物都是重礦物，可采用重選與脈石分離，有用礦物之間具有不同的磁性、導(dǎo)電性，可結(jié)合重選、磁選、電選進(jìn)行分離。綜合考慮境外投資風(fēng)險(xiǎn)和管理難度，該砂礦開(kāi)采設(shè)計(jì)方案為重選預(yù)富集重砂?重砂精選分離方案[7]，即在礦區(qū)采用重選方法預(yù)富集重礦物，將重礦物運(yùn)回國(guó)內(nèi)進(jìn)行有價(jià)礦物的精選分離。

2 重選預(yù)富集試驗(yàn)

采用篩選?螺旋溜槽一粗一掃預(yù)富集重礦物，根據(jù)粗掃選作業(yè)重礦物含量特點(diǎn)，粗選采用GL-Ⅱ-600 螺旋溜槽，掃選采用TGL-0610 螺旋溜槽。原礦中粗粒有用金屬較少，在礦砂進(jìn)入螺旋溜槽前篩去粗砂，可減少入選礦物量，提高入選品位、降低給礦粒度，有利于螺旋溜槽分選過(guò)程[8]。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖2，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。從表4 試驗(yàn)結(jié)果可知，篩分和螺旋溜槽重選各作業(yè)都較好地實(shí)現(xiàn)了有用礦物的回收與富集，最終獲得產(chǎn)率23.78%，F(xiàn)e、TiO2、REO、Zr(Hf)O2品位分別為25.76%、43.73%、0.44%、2.83%，回收率分別為93.70%、93.11%、78.32%、93.64%的重砂，高效地回收富集了有用礦物。

表4 原礦重選預(yù)富集試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of heavy minerals preconcentration from the raw ores by gravity separation

圖2 原礦重選預(yù)富集試驗(yàn)流程Fig.2 The preconcentration process of heavy minerals from raw ore by gravity separation

3 重砂精選分離試驗(yàn)

根據(jù)鈦鐵礦磁性較強(qiáng)、導(dǎo)電性強(qiáng)，獨(dú)居石磁性弱、比重大、不導(dǎo)電，鋯石比重大、無(wú)磁性、不導(dǎo)電的性質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合先濕后干原則，確定重砂精選分離原則流程為弱磁選鐵?高梯度磁選回收鈦鐵礦?高梯度磁選回收稀土（搖床?干磁?電選精選分離獨(dú)居石）?搖床回收鋯石?鋯石精礦電選除雜，最終分離出磁鐵精礦、鈦精礦、獨(dú)居石精礦、鋯英砂精礦產(chǎn)品。

3.1 弱磁選鐵試驗(yàn)

原礦中有少量強(qiáng)磁性的磁鐵礦，為防止高梯度磁選機(jī)堵塞和綜合回收磁鐵礦，采用150 mT 筒式磁選機(jī)進(jìn)行弱磁選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。根據(jù)表5試驗(yàn)結(jié)果，弱磁選獲得鐵精礦品位45.48%，接近理論品位。

表5 弱磁選鐵試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of magnetite separation from heavy concentrate by low-intensity magnetic separation

3.2 高梯度強(qiáng)磁選試驗(yàn)

高梯度磁選機(jī)具有磁力強(qiáng)，處理量大的特點(diǎn)，本礦中鈦鐵礦含量高，擬采用高梯度磁選技術(shù)回收鈦鐵礦和獨(dú)居石。為考查原礦中鈦鐵礦、獨(dú)居石、鋯石三種礦物在高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)下的分選行為，進(jìn)行了高梯度磁選磁場(chǎng)條件試驗(yàn)。采用SSS-Ⅰ-145 高梯度磁選機(jī)在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度條件下進(jìn)行一次選別，試驗(yàn)采用2 mm 棒介質(zhì)，脈動(dòng)沖次300 次/min。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 高梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Experimental results of high gradient magnetic field intensity

從表6 試驗(yàn)結(jié)果可知，鈦鐵礦磁性較強(qiáng)，91.41%鈦鐵礦在0.4 T 磁場(chǎng)強(qiáng)度下即可回收；獨(dú)居石磁性較弱，但受連生體、機(jī)械夾雜等因素影響，部分獨(dú)居石在0.4 T 之前即進(jìn)入精礦中，這對(duì)于獨(dú)居石的回收不利，磁場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)0.5 T 后，獨(dú)居石回收率開(kāi)始快速上升，磁場(chǎng)強(qiáng)度提高到1.0 T，其回收率達(dá)到80.39%；鋯石理論上無(wú)磁性，主要富集在尾礦中，進(jìn)入精礦中的主要為含雜質(zhì)的鋯石，由于高品質(zhì)鋯英砂要求鐵、鈦等雜質(zhì)含量越低越好，高梯度磁選將這部分含雜鋯石分離出來(lái)有利于后續(xù)鋯精礦除雜生產(chǎn)高品質(zhì)鋯英砂。

為保證獨(dú)居石回收效果和兼顧鋯英砂除雜，確定高梯度磁選采用一粗一精一掃流程。粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度0.4 T，精選磁場(chǎng)強(qiáng)度0.2 T，分離出部分鈦精礦1，掃選磁場(chǎng)強(qiáng)度1.0 T，精選尾礦和掃選精礦合并為中礦，在后續(xù)流程中回收獨(dú)居石。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖3，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

圖3 弱磁尾礦高梯度磁選回收鈦、稀土試驗(yàn)流程Fig.3 High gradient magnetic separation process of ilmenite and monazite from tailings of low intensity magnetic separation

表7 高梯度磁選回收鈦、稀土試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Results of high gradient magnetic separation of ilmenite and monazite from tailingS of low intensity magnetic separation

從表7 試驗(yàn)結(jié)果可知，通過(guò)高梯度一粗一精一掃磁選試驗(yàn)，各礦物根據(jù)磁性得到初步分離：獲得產(chǎn)率52.34%，TiO2品位52.35，對(duì)重砂回收率62.66%的鈦精礦1，磁性較弱鈦鐵礦富集于中礦中，對(duì)重砂回收率36.93%，尾礦中TiO2品位1.13%，對(duì)重砂回收率僅0.38%；獨(dú)居石82.79% 富集于中礦中，10.02%損失于尾礦中，7.19% 損失于鈦精礦1 中；鋯石81.16% 富集于尾礦中，其余主要因含鐵鈦雜質(zhì)進(jìn)入強(qiáng)磁中礦中。

3.3 強(qiáng)磁中礦獨(dú)居石精選分離試驗(yàn)

強(qiáng)磁中礦中主要礦物為鈦鐵礦及其蝕變產(chǎn)物、獨(dú)居石、石英、鋯石以及部分具有弱磁性的中等比重脈石礦物（電氣石、石榴石、閃石、輝石等）在選別過(guò)程中跟隨獨(dú)居石富集。為分離出獨(dú)居石精礦，根據(jù)礦物重、磁、電特性，結(jié)合先干后濕原則，制定精選分離流程為：搖床重選?搖床精礦干式磁選?電選分離出獨(dú)居石精礦?搖床尾礦干磁回收鈦鐵礦。試驗(yàn)所使用設(shè)備為：LYN(S)-1 100×500 刻槽搖床，干式磁選機(jī)為138 A-C3 型感應(yīng)輥式磁選機(jī)，MARKⅢ型篩式電選機(jī)。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖4，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

圖4 強(qiáng)磁中礦獨(dú)居石精選分離試驗(yàn)流程Fig.4 Separation process of monazite from high intensity magnetic middlings

表8 強(qiáng)磁中礦獨(dú)居石精選分離試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Results of monazite separation from high intensity magnetic middlings

從表8 試驗(yàn)結(jié)果可知，經(jīng)過(guò)搖床拋除脈石、干式磁選除去鈦鐵礦和鋯石、電選除去鐵鈦礦物雜質(zhì)，成功實(shí)現(xiàn)了獨(dú)居石分離與回收，獲得了對(duì)重砂產(chǎn)率0.53%，REO 品位52.74%，回收率63.96%的獨(dú)居石精礦。中礦中鈦鐵礦也得到富集回收，獲得對(duì)重砂產(chǎn)率28.91%，TiO2品位55.21%，回收率36.50%的鈦精礦，至此，重砂中鈦鐵礦已實(shí)現(xiàn)分離，得到回收。

3.4 強(qiáng)磁尾礦搖床回收鋯試驗(yàn)

高梯度磁選尾礦中主要有用礦物為鋯石、鈦礦物、少量獨(dú)居石等，脈石礦物主要為石英。利用礦物比重差異，進(jìn)行搖床一粗一精試驗(yàn)以回收鋯石。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖5，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

圖5 強(qiáng)磁尾礦搖床選鋯試驗(yàn)流程Fig.5 Table separation process of Zr from high intensity magnetic tailings

表9 強(qiáng)磁尾礦搖床選鋯試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Table separation results of Zr from high intensity magnetic tailings

從表9 試驗(yàn)結(jié)果可知，搖床一粗一精試驗(yàn)可獲得產(chǎn)率3.11%，Zr(Hf)O2品位63.03%，含TiO22.29%，含F(xiàn)e 0.46%的鋯粗精礦，可作為四級(jí)品鋯英砂銷(xiāo)售。

3.5 鋯粗精礦電選除雜試驗(yàn)

搖床鋯粗精礦中主要雜質(zhì)為鐵和鈦，為進(jìn)一步提高鋯精礦品質(zhì)，利用鋯石不導(dǎo)電，鈦鐵礦物導(dǎo)電的電性差異進(jìn)行高壓電選除雜。電選試驗(yàn)流程見(jiàn)圖6，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10。

圖6 鋯粗精礦電選試驗(yàn)流程Fig.6 High-tension separation process of rough zircon concentrate

從表10 電選試驗(yàn)結(jié)果表明，在30 kV 電壓下，鋯精礦雜質(zhì)鈦含量顯著降低，但鐵含量降低較少，這可能與鋯石自身晶格含鐵有關(guān)。最終產(chǎn)品鋯精礦1含Zr(Hf)O265.67%，TiO20.08%，F(xiàn)e 0.13%，達(dá)到一級(jí)鋯英砂標(biāo)準(zhǔn)，鋯精礦2 和鋯精礦3 含鐵雜質(zhì)達(dá)到四級(jí)品鋯英砂標(biāo)準(zhǔn)。

表10 鋯粗精礦電選試驗(yàn)結(jié)果Table 10 High-tension separation results of rough zircon concentrate

3.6 重砂精選分離試驗(yàn)指標(biāo)匯總

根據(jù)各流程試驗(yàn)結(jié)果，將各流程中鐵、鈦、稀土、鋯等精礦和中礦匯總，主要精礦和中礦產(chǎn)品指標(biāo)見(jiàn)表11。

由表11 結(jié)果可知，針對(duì)重砂，采用弱磁選鐵?高梯度強(qiáng)磁選一粗一精一掃，分離出部分磁性較強(qiáng)的鈦精礦，強(qiáng)磁中礦采用搖床?干式磁選?電選流程分離出獨(dú)居石精礦和另一部分磁性較弱鈦精礦，強(qiáng)磁尾礦進(jìn)行搖床選鋯?鋯粗精礦進(jìn)行電選除雜，從而分離出鐵精礦、鈦精礦、獨(dú)居石精礦和鋯精礦產(chǎn)品，最終獲得磁鐵礦、鈦精礦、獨(dú)居石精礦、鋯英砂精礦產(chǎn)品。相對(duì)重砂，鈦精礦中TiO2回收率達(dá)到99.16%；獨(dú)居石精礦REO 回收率63.96%，REO綜合回收率67.71%；一級(jí)品鋯英砂精礦Zr(Hf)O2回收率39.51%，四級(jí)品鋯英砂精礦Zr(Hf)O2回收率24.90%，Zr(Hf)O2綜合回收率89.56%。

表11 重砂精選試驗(yàn)指標(biāo)匯總Table 11 Results of concentrate and middlings recovered from heavy minerals preconcentrate

4 結(jié)論

1）國(guó)外某海濱砂礦中富含鈦鐵礦、鋯石、獨(dú)居石等有價(jià)礦物；脈石礦物主要是石英，少量長(zhǎng)石、藍(lán)晶石、角閃石、尖晶石等。原礦粒度集中于?1.0～+0.1 mm 粒級(jí)中，但有用金屬鈦、鋯集中于?0.5～+0.1 mm 粒級(jí)；鈦鐵礦經(jīng)氧化蝕變導(dǎo)致Fe 含量降低，TiO2含量提高，磁性減弱；鋯石普遍含微量鐵，部分表面被鐵污染而具磁性和導(dǎo)電性，這些因素導(dǎo)致該礦比較難選。

2）采用篩選?螺旋溜槽一粗一掃流程高效富集重礦物，獲得對(duì)原礦產(chǎn)率23.78%，F(xiàn)e、TiO2、REO、Zr(Hf)O2品位分別為25.76%、43.73%、0.44%、2.83%，回收率分別為93.70%、93.11%、78.32%、93.64%的重砂。

3）針對(duì)重砂，采用弱磁選鐵?高梯度強(qiáng)磁選一粗一精一掃，分離出部分磁性較強(qiáng)鈦精礦，強(qiáng)磁中礦采用搖床?干式磁選?電選流程分離出獨(dú)居石精礦和另一部分磁性較弱鈦精礦，強(qiáng)磁尾礦進(jìn)行搖床選鋯?鋯粗精礦進(jìn)行電選除雜，從而分離出鐵精礦、鈦精礦、獨(dú)居石精礦和鋯精礦產(chǎn)品。相對(duì)于重砂，精礦產(chǎn)品與中礦中TiO2、REO、Zr(Hf)O2綜合回收率分別為99.16%、67.71%、89.56%，實(shí)現(xiàn)了有用礦物的綜合回收。