江蘇某原生金紅石礦選礦試驗(yàn)研究*

張革利,李洪強(qiáng),陳迎新,姜振勝

(1.湖北大峪口化工有限責(zé)任公司,湖北 鐘祥 431910;2.武漢工程大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院,湖北 武漢 430205)

0 引言

金紅石是我國重要的含鈦礦產(chǎn)資源,廣泛應(yīng)用于制備四氯化鈦、鈦白粉、鈦合金等產(chǎn)品[1-3]。我國金紅石資源較為豐富,主要分布在湖北、河南、陜西、山西等地,以原生金紅石礦和金紅石砂礦兩種類型為主[4-6]。其中,金紅石砂礦分選工藝較簡單,但其儲(chǔ)量很少,尤其是易選的金紅石礦產(chǎn)資源面臨枯竭的嚴(yán)峻現(xiàn)狀[7]。相較而言,原生金紅石礦儲(chǔ)量豐富,是目前主要的鈦資源礦種[8]。但該礦石中各礦物間嵌布關(guān)系復(fù)雜,TiO2品位較低,采用簡單的工藝流程難以實(shí)現(xiàn)其有用礦物和脈石礦物的有效分離[9-10]。

近年來,隨著鈦工業(yè)的飛速發(fā)展,我國金紅石需求量急劇增加,因此設(shè)計(jì)合理的工藝流程及開發(fā)高效選礦試劑,對(duì)于原生金紅石礦產(chǎn)資源的科學(xué)開發(fā)與利用意義重大[11-13],前人對(duì)此已開展了大量研究。張海青等[14]以烏蘭縣丁叉叉南坡榴輝巖型金紅石為研究對(duì)象,采用重選(脫泥)—浮選—磁選—電選工藝對(duì)鈦資源進(jìn)行了富集回收,可獲得TiO2品位為88.53%、回收率為61%的優(yōu)異指標(biāo)。石貴明等[15]對(duì)河南省某低品位難選細(xì)粒金紅石與鈦鐵礦進(jìn)行了分選試驗(yàn)研究,結(jié)果顯示,經(jīng)重選—磁選—酸洗—浮選的原則流程可得到金紅石精礦品位為88.52%、回收率為97.80%,鈦鐵礦精礦品位為11.76%、回收率為89.57%的較好指標(biāo)。劉明寶等[16]研究了原礦TiO2品位為3.35%的陜南地區(qū)某角閃巖型難選金紅石礦,采用搖床拋尾、粗精礦再磨后浮選金紅石、浮選精礦酸洗后再脫硫的流程可獲得TiO2品位為90.56%、回收率為50.24%的金紅石精礦,其指標(biāo)達(dá)到了天然金紅石精礦二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),為陜南地區(qū)金紅石礦的開發(fā)利用提供了良好的技術(shù)借鑒。

我國江蘇東?？h境內(nèi)金紅石礦屬原生金紅石礦產(chǎn)資源,地質(zhì)儲(chǔ)量大,開采技術(shù)條件簡單,地理位置優(yōu)越;目前已探明該金紅石礦TiO2儲(chǔ)量超300萬t,平均TiO2品位達(dá)3.39%[17],但是目前關(guān)于該金紅石礦的研究鮮有報(bào)道?；诖?本文以江蘇東海某原生金紅石礦為研究對(duì)象,通過選礦試驗(yàn)探究了其獲得合格金紅石精礦的可行性,以期為實(shí)現(xiàn)該地區(qū)金紅石資源的高值化利用提供參考。

1 原礦性質(zhì)

原礦的化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 單位:%

由表1可知:該金紅石原礦中TiO2品位為4.01%,是要回收的主要有用礦物;SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為48.41%、15.09%、3.39%和8.60%,表明礦石中石榴子石和綠輝石的含量較高,可以考慮綜合回收;除此之外,對(duì)金紅石浮選有不利影響的S和P元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.19%和0.24%。

2 試驗(yàn)藥劑

硝酸鉛:工業(yè)級(jí),配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的水溶液;氟硅酸鈉:工業(yè)級(jí),配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的水溶液;水玻璃:工業(yè)級(jí),配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的水溶液;捕收劑SPA和OTC:工業(yè)級(jí),配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的水溶液;2#油:工業(yè)級(jí),直接使用;試驗(yàn)用水:自來水。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

為了探索磨礦時(shí)間對(duì)金紅石原礦解離富集的影響,對(duì)部分礦樣進(jìn)行了磨礦時(shí)間試驗(yàn),每次取樣500 g,磨礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%,采用200目標(biāo)準(zhǔn)篩檢測(cè)-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比。不同磨礦時(shí)間下的礦樣細(xì)度見圖1。

圖1 磨礦時(shí)間與細(xì)度的關(guān)系曲線

由圖1可知:隨著磨礦時(shí)間的增加,礦樣細(xì)度逐漸增大;當(dāng)磨礦時(shí)間從1.5 min增至6 min時(shí),礦樣細(xì)度從-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占29.06%增至63.36%;此后繼續(xù)增加磨礦時(shí)間至7.5 min,礦樣細(xì)度增加趨勢(shì)變緩,僅從-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占63.36%增至66.68%。

為進(jìn)一步探究磨礦細(xì)度對(duì)金紅石礦中有價(jià)礦物解離以及浮選指標(biāo)的影響,基于磨礦曲線和工藝礦物學(xué)研究,在上述磨礦細(xì)度下進(jìn)行了浮選試驗(yàn),試驗(yàn)藥劑制度及流程見圖2,試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖2 磨礦細(xì)度試驗(yàn)流程及藥劑制度

由圖3可知:隨著磨礦細(xì)度的增大,對(duì)混合精礦而言,TiO2品位逐漸下降,TiO2回收率呈先升高后降低的趨勢(shì);而對(duì)尾礦而言,磨礦細(xì)度的增大對(duì)尾礦TiO2品位影響不大,但尾礦中TiO2的回收率呈先下降后上升的趨勢(shì)。這主要是因?yàn)殡S著磨礦細(xì)度的增大,礦物的解離度得到改善,尾礦中因連生體存在而損失的金紅石量不斷減少;但當(dāng)磨礦細(xì)度增大至一定程度時(shí),礦石顆粒比表面積進(jìn)一步增大,此時(shí)浮選藥劑用量不足,致使金紅石損失殘留在尾礦中[18]。當(dāng)磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占47.36%時(shí),混合精礦TiO2品位為38.49%,回收率達(dá)到了77.34%;此時(shí),尾礦TiO2品位為0.70%,尾礦回收率達(dá)到最低值14.25%。因此,綜合考慮混合精礦以及尾礦的品位與回收率,確定最佳的磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占47.36%。

3.2 脫泥試驗(yàn)

磨礦產(chǎn)品進(jìn)入浮選前,如細(xì)泥含量較高,會(huì)對(duì)浮選產(chǎn)生不利影響,如增加藥劑消耗量、增大礦漿黏度并產(chǎn)生泡沫夾帶等[19]。因此,將磨礦產(chǎn)品脫泥后再進(jìn)行浮選,對(duì)于改善浮選選擇性具有重要意義。

為了探究脫泥時(shí)間對(duì)該金紅石原礦浮選指標(biāo)的影響,在容量為2 000 mL、直徑為20 cm的容器中,將磨礦后的金紅石礦漿充分?jǐn)嚢璨⒎謩e沉降0.5、1、1.25、2、3 min以及不脫泥(∞),取脫泥后產(chǎn)品進(jìn)行浮選,試驗(yàn)藥劑制度及流程見圖4,試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖4 脫泥浮選試驗(yàn)流程及藥劑制度

圖5 脫泥時(shí)間對(duì)浮選指標(biāo)的影響

由圖5可知,脫泥可以明顯改善原礦浮選的選擇性。隨著脫泥時(shí)間的增加,精礦中TiO2品位先趨于穩(wěn)定后不斷下降,而TiO2回收率呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)脫泥時(shí)間為1 min時(shí),精礦TiO2品位為57.65%,此時(shí)回收率達(dá)到最大值67.33%。綜合考慮,確定最佳的脫泥時(shí)間為1 min。

為了進(jìn)一步探究脫泥時(shí)間對(duì)浮選指標(biāo)的影響,對(duì)上述試驗(yàn)中不脫泥浮選、脫泥0.5 min浮選和脫泥2 min浮選的精礦進(jìn)行了MLA(Mineral Liberation Analysis)分析,結(jié)果見圖6。

圖6 不同脫泥時(shí)間浮選精礦的MLA分析結(jié)果

由圖6可知,脫泥時(shí)間對(duì)浮選精礦中所含的礦石組分具有較大影響。當(dāng)不脫泥進(jìn)行浮選時(shí),精礦中金紅石和鈦鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為12%左右,石榴子石質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于較高水平。隨著脫泥時(shí)間的增加,脫泥產(chǎn)率逐漸降低,浮選精礦中金紅石和鈦鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低,而石榴子石和綠輝石質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈線性上升趨勢(shì)。因此,脫泥的最佳時(shí)間為1 min,此時(shí)脈石礦物對(duì)浮選的影響最小。

3.3 粗選正交試驗(yàn)

由上述磨礦細(xì)度和脫泥試驗(yàn)可知,一次粗選流程具有良好的分選效果,可以實(shí)現(xiàn)金紅石中TiO2的有效富集。因此,為確定粗選流程的最佳藥劑制度,在最佳磨礦細(xì)度和脫泥時(shí)間條件下,采用圖4所示浮選流程,開展了四因素三水平正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)因素水平見表2,試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表3,試驗(yàn)結(jié)果見表4。由表4可知,試驗(yàn)2所得精礦TiO2品位最低,僅為17.07%;試驗(yàn)7、試驗(yàn)8和試驗(yàn)9所得精礦TiO2品位接近且均處于較高水平,但回收率偏低,在35%～55%;相比之下,試驗(yàn)5所得的精礦不僅TiO2品位處于較高水平(58.42%),且回收率也最高,達(dá)到了66.39%,此時(shí)礦物的選別效率為最大值41.06%。

綜上所述，超聲高清血流顯像在胎兒雙主動(dòng)脈弓畸形早期診斷中具有較高的應(yīng)用價(jià)值，靈敏度及特異度高，可減少誤診、漏診發(fā)生，可作為雙主動(dòng)脈弓畸形產(chǎn)前篩查診斷的重要依據(jù)。

表2 粗選正交試驗(yàn)因素水平

表3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 單位:g/t

表4 粗選正交試驗(yàn)結(jié)果 單位:%

由于正交試驗(yàn)采用四因素三水平的方法,每個(gè)因素的每個(gè)水平都參與了3次試驗(yàn),為了進(jìn)一步分析各因素對(duì)精礦品位和回收率的影響,對(duì)各試驗(yàn)的選礦效率進(jìn)行了極差分析,結(jié)果見表5。

表5 粗選選礦效率極差分析結(jié)果 單位:g/t

由表5可知,4個(gè)因素的極差分別為4.51%、18.17%、7.12%和7.98%。極差越大,表明該因素對(duì)選礦效率的影響越顯著。因素B(氟硅酸鈉用量)的極差最大,說明其對(duì)粗選效率的影響最大,屬于顯著影響因素;因素D(水玻璃用量)和因素C(SPA用量)的極差次之,屬于較顯著影響因素;因素A(硝酸鉛用量)的極差最小,對(duì)粗選效率的影響最小,屬于不顯著影響因素。

綜上可知,4種藥劑對(duì)粗選效率的影響大小順序?yàn)?氟硅酸鈉用量>水玻璃用量>SPA用量>硝酸鉛用量;進(jìn)而可以得出,該粗選流程下較優(yōu)的藥劑制度為A2B2C2D3,即硝酸鉛用量為300 g/t、氟硅酸鈉用量為800 g/t、SPA用量為600 g/t、水玻璃用量為200 g/t。

3.4 正交驗(yàn)證試驗(yàn)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證正交試驗(yàn)結(jié)果的可靠性,以上述浮選流程和最優(yōu)藥劑制度進(jìn)行了正交驗(yàn)證試驗(yàn),結(jié)果見表6。

表6 正交驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知,在最優(yōu)藥劑制度下,驗(yàn)證試驗(yàn)所得精礦TiO2品位為58.82%,回收率達(dá)到了57.05%。精礦的品位和回收率與前文正交試驗(yàn)結(jié)果相近,進(jìn)一步說明該藥劑制度是可靠和有效的,即采用該浮選流程和藥劑制度,可以實(shí)現(xiàn)金紅石原礦的有效富集和回收。

3.5 開路試驗(yàn)

根據(jù)正交驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果,為了進(jìn)一步提高精礦品位,在上述粗選試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用一粗兩掃兩精的流程進(jìn)行了全開路試驗(yàn),試驗(yàn)流程與藥劑制度見圖7。在此過程中,探索了精選一階段氟硅酸鈉的最佳用量,試驗(yàn)結(jié)果見表7。

圖7 開路試驗(yàn)流程與藥劑制度

表7 開路試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知,隨著精選一階段氟硅酸鈉用量的增加,精礦TiO2品位先降低后升高,TiO2回收率呈逐漸下降趨勢(shì)。當(dāng)氟硅酸鈉用量為150 g/t時(shí),精礦TiO2品位雖然可以達(dá)到63.81%,但回收率處于最低水平,僅為53.29%;而當(dāng)氟硅酸鈉用量為50 g/t時(shí),可以獲得精礦TiO2品位為57.02%、回收率為74.67%的良好指標(biāo);此時(shí),尾礦的TiO2品位為0.32%,回收率為7.29%,均處于較低水平。因此,綜合考慮確定精選一階段氟硅酸鈉的最佳用量為50 g/t。

3.6 磁選試驗(yàn)

為了探究進(jìn)一步提升精礦中TiO2品位的途徑,對(duì)開路浮選后的精礦進(jìn)行了MLA測(cè)試,結(jié)果顯示浮選精礦中金紅石和鈦鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近,浮選精礦TiO2品位較低的主要原因是精礦中鈦鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,但理論品位偏低,由此可知,實(shí)現(xiàn)金紅石與鈦鐵礦的有效分離是提升精礦TiO2品位的關(guān)鍵?；阝佽F礦屬于弱磁性礦物、金紅石屬于非磁性礦物的特性,本文選用高梯度磁選機(jī),以不同磁場(chǎng)電流對(duì)應(yīng)不同磁場(chǎng)強(qiáng)度,對(duì)上述開路試驗(yàn)浮選精礦在磁選電流分別為5、20、50、158 A的條件下進(jìn)行了磁選試驗(yàn),結(jié)果見圖8。

圖8 電流對(duì)磁選指標(biāo)的影響

由圖8可知,隨著磁選電流的增大,磁選精礦TiO2品位不斷升高,TiO2回收率呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)磁選電流為20 A時(shí),精礦TiO2品位為66.88%,TiO2回收率為82.62%,二者均處于較高水平,但未達(dá)到試驗(yàn)預(yù)期的理想值,還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

對(duì)前文開路浮選試驗(yàn)流程作進(jìn)一步改進(jìn),采用一粗一掃兩精的浮選流程處理金紅石原礦,對(duì)所得精礦進(jìn)行磁選試驗(yàn),設(shè)置磁場(chǎng)電流為50 A,試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 一粗一掃兩精精礦磁選試驗(yàn)結(jié)果

由表8可知,經(jīng)一粗一掃兩精浮選后的精礦在50 A磁選電流下再進(jìn)行磁選,可以得到金紅石精礦TiO2品位為84.68%、回收率為65.27%的優(yōu)異指標(biāo),達(dá)到了試驗(yàn)預(yù)期值;金紅石品位優(yōu)于相關(guān)文獻(xiàn)研究成果[20-21]。同時(shí),磁選尾礦TiO2品位為47.59%,亦達(dá)到了我國對(duì)鈦鐵礦中鈦品位的要求。

4 結(jié)論

a.金紅石原礦性質(zhì)顯示,礦石中TiO2品位為4.01%,為回收的主要有用礦物;此外,礦石中石榴子石和綠輝石含量較高,可以考慮綜合回收。

b.原礦石的最佳磨礦細(xì)度為-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)占47.36%,最佳脫泥時(shí)間為1 min,此時(shí)的浮選指標(biāo)較好。

c.粗選正交試驗(yàn)結(jié)果表明,氟硅酸鈉用量對(duì)TiO2品位和回收率影響最大,其次是水玻璃和SPA用量,硝酸鉛用量的影響最小。粗選流程下較優(yōu)的藥劑制度為:硝酸鉛用量300 g/t,氟硅酸鈉用量800 g/t,SPA用量600 g/t,水玻璃用量200 g/t。

d.采用一粗一掃兩精的開路浮選工藝流程處理金紅石原礦,對(duì)所得精礦在50 A磁選電流下進(jìn)行磁選試驗(yàn),可以得到金紅石精礦TiO2品位為84.68%、回收率為65.27%的優(yōu)異指標(biāo);同時(shí),磁選尾礦為鈦鐵礦,其TiO2品位為47.59%,亦達(dá)到了我國對(duì)鈦鐵礦中鈦品位的要求。該工藝實(shí)現(xiàn)了對(duì)江蘇東海某金紅石原礦中TiO2資源的有效富集回收。