攀枝花白馬低品位鈦鐵礦選別難點分析*

肖良初　王　勇

(1.攀鋼集團礦業(yè)有限公司設計研究院；2.釩鈦資源綜合利用國家重點實驗室)

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攀枝花白馬低品位鈦鐵礦選別難點分析*

肖良初1,2王勇1,2

(1.攀鋼集團礦業(yè)有限公司設計研究院；2.釩鈦資源綜合利用國家重點實驗室)

摘要通過白馬鐵礦工藝礦物特點及其對選礦作業(yè)的影響，分析了白馬低品位鈦鐵礦選別的難點。分析結果表明：白馬低品位鈦鐵礦選別的難點在于原礦鈦鐵礦含量低，與鈦鐵礦工藝物理性質(zhì)相似的橄欖石含量高，白馬低品位鈦鐵礦回收利用必須采用多種選礦方法相結合的聯(lián)合選礦工藝流程進行回收。

關鍵詞白馬低品位鈦鐵礦橄欖石聯(lián)合選礦工藝破碎解離

在攀西四大礦區(qū)中白馬礦區(qū)的鈦鐵礦含量最低，其鈦鐵礦的選礦回收利用難度也最大。從理論上分析影響選礦過程的主要因素是礦物組成差異造成的原礦性質(zhì)差異，而同一種礦物選礦性質(zhì)方面的差異是由其化學組成與礦物組成及形成條件所決定的。因此，對攀枝花白馬選鐵尾礦的脈石礦物組成及其對鈦鐵礦選礦的影響進行研究與分析，從選礦機理上為找到白馬低品位鈦鐵礦的選別難點并從中獲得突破意義重大。

1白馬礦區(qū)礦石特點

從攀西四大礦區(qū)礦床賦存的巖性來看，攀枝花礦區(qū)為輝長巖型，脈石礦物以普通輝石為主，中-拉長石略低于普通輝石，并富含角閃石為特征；白馬礦區(qū)為橄欖-輝長巖型，脈石以中拉長石為主，普通輝石次之，以富含橄欖石為特征；太和礦區(qū)以富含磷灰石為特征；紅格礦區(qū)從上到下基性程度逐漸加深，普通輝石、橄欖石含量增加，中拉長石含量減少，脈石礦物含量隨礦石由富到貧而增加，輝長巖型礦石中磷灰石含量較高[1]；也正是礦床賦存的巖性決定了白馬礦物中脈石礦物的組成與種類的不同。攀西四大礦區(qū)礦物組成對比見表1。

表1攀西四大礦區(qū)礦物含量

%

由表1可知，白馬礦礦物組成的突出特點是鈦鐵礦含量在四大礦區(qū)中最低，不及其他礦區(qū)鈦鐵礦含量的一半，脈石礦物中橄欖石的含量最高，而橄欖石的性質(zhì)決定了白馬低品位鈦鐵礦選礦所具有的特殊難度；由于鈦鐵礦選礦的直接原料為選鐵尾礦，假設鈦磁鐵礦在弱磁選中全部回收且不含雜質(zhì)，計算出選鐵尾礦中的礦物含量見表2；將白馬選鐵尾礦和攀枝花選鐵尾礦的實際取樣進行礦物組成檢測，檢測結果見表3。

表2四大礦區(qū)選鐵尾礦的理論礦物含量

%

表3實際取樣白馬礦區(qū)與攀枝花

礦區(qū)選鐵尾礦的礦物含量

%

由表3可知，這兩個礦區(qū)選鐵尾礦中的鈦磁鐵礦含量相當，而鈦鐵礦含量不到攀枝花礦區(qū)的二分之一，在目前鈦鐵礦選礦技術條件下，鈦鐵礦的回收率本就不高，而且鈦鐵礦回收存在礦物含量越低鈦鐵礦回收率越低的規(guī)律；再者，白馬鈦鐵礦的理論回收率為62.45%，相比攀枝花鈦鐵礦的理論回收率77.82%低15.37個百分點，這些均加大了白馬低品位鈦鐵礦的回收利用難度。

從選鐵尾礦的脈石礦物細分類別上看，其他礦區(qū)均不含橄欖石或含量較低，而白馬選鐵尾礦中的橄欖石最多，橄欖石的含量已接近鈦鐵礦含量的5倍，橄欖石含量高是白馬選鐵尾礦脈石礦物組成最突出的特點，且橄欖石對鈦鐵礦選別影響較大。因此，白馬選鐵尾礦中鈦鐵礦含量較低、橄欖石含量高是其回收利用的主要難點。

2礦物的工藝特征對選別的影響

2.1礦物的工藝粒度及礦石硬度的影響

礦物工藝粒度性質(zhì)是選礦過程的一個重要因素，礦物工藝粒度越粗越有利于選礦作業(yè)，選礦過程中目的礦物的單體解離是進行磨礦的最終目的，目的礦物既要達到單體解離又不可過細，磨礦粒度過細既會增加磨礦功耗又不利于礦物的分選。攀西四大礦區(qū)的主要礦物平均粒徑見表4。

由表4可知，白馬礦區(qū)的鐵鈦礦物嵌布粒度相對粗大，脈石礦物的平均粒徑都粗于其他礦物，不論選鐵選鈦均適合進行拋尾；即便如此鈦鐵礦在選鐵磨礦過程中仍然容易過磨而影響鈦鐵礦的選礦，而目前微細粒鈦鐵礦的選礦仍然是個難點，因此在鈦磁鐵礦選礦過程中應該盡量避免鈦鐵礦的過磨。

表4四大礦區(qū)主要礦物平均粒徑

mm

根據(jù)前人檢測白馬鈦鐵礦的粒度分布符合：

(1)

式中，R為正累計含量，%；x為粒度級別，mm；k、n為決定于礦物性質(zhì)的粒度特征值和分布指數(shù)；白馬k值田家村為2.16，及及坪為1.02；n值田家村為0.55，及及坪為0.66。

白馬礦區(qū)鈦鐵礦的粒度分布較均勻，不可能通過磨礦使其在很窄的粒級范圍內(nèi)達到瞬間解離，因此掌握好鈦鐵礦回收中的磨礦作業(yè)仍然是鈦鐵礦選別的一個難點。

從白馬鈦鐵礦、橄欖石、輝石與長石的硬度來看，它們的維氏硬度均在6～7，其硬度差別很??；根據(jù)礦物的解離模型與解離方式，兩種礦物的硬度差別越大界面強度越接近兩種礦物的強度，在磨礦過程中脫離解離的礦物量就越少，對選礦越不利；因此，從礦物硬度的角度分析，白馬地區(qū)的鐵鈦礦物雖然嵌布粒度粗大，但在磨礦過程中主要為破碎解離，這也是白馬低品位鈦鐵礦選礦的一個難點。

2.2重選可選性分析

礦物比重的差異是進行礦物分選中采用重選進行有用礦物分離的主要依據(jù)，礦石用重選法處理的難易性可用下列可選性準則e大致判斷：

(2)

式中，δ1、δ2、Δ分別為輕礦物、重礦物和分選介質(zhì)的密度[2]。

礦石重選的難易性主要取決于輕重礦物的密度差，但介質(zhì)的密度越大分選越容易進行，按e值的不同可將礦石重選的難易性分成如表5所示的幾個等級，隨著e值的減小，重選分選難度加大。

表5　礦物按密度分選的難易度

對比攀西四大礦區(qū)各礦物的密度，結果見表6。

由表6可知，四大礦區(qū)中同種礦物的密度基本相同，對白馬選鐵尾礦中鈦鐵礦與脈石礦物的可選度進行計算，其結果見表7。

表6攀西四大礦區(qū)中主要礦物密度

kg/m3

注：表中脈石的密度均為白馬礦區(qū)該種脈石的平均密度。

表7　白馬鈦鐵礦與幾種脈石礦物的分選難易度

注：用水作為介質(zhì)。

由表7可知，從鈦鐵礦與脈石的分選難易度可見，白馬選鐵尾礦采用重選只能將鈦鐵礦與中拉長石分開，角閃石和輝石與鈦鐵礦的分選難度中等，在粒級較窄、分選條件較好時有可能進行部分分離，與橄欖石分開比較困難；由于白馬礦的脈石中角閃石、輝石與橄欖石占了絕大部分，因此對白馬選鐵尾礦單一采用重選對鈦鐵礦進行回收困難很大。

2.3強磁選可選性分析

在選鐵尾礦中回收鈦鐵礦主要涉及到弱磁性礦物的回收，脈石礦物與目的回收礦物的磁性差異是其進行有效分選的前提，在梯度匹配的情況下，作用在單位質(zhì)量顆粒上的磁力為

F磁=μ0x0H0gradH0,

(3)

式中，μ0為真空磁導率(常數(shù))；x0為顆粒的物體比磁化率；H0gradH0為磁場力[3]。

在礦物顆粒大小相同、磁場強度相同、梯度匹配的條件下，礦物的可選性表現(xiàn)在比磁化系數(shù)的差別上，雖然同為鈦鐵礦，但不同礦區(qū)的鈦鐵礦的比磁化系數(shù)也有差異，對比攀西四大礦區(qū)鈦鐵礦的比磁化系數(shù)，結果見表8、表9。

表8　攀西四大礦區(qū)鈦鐵礦的比磁化系數(shù)

表9　白馬礦鈦鐵礦與脈石礦物的磁選選擇性對比

由表9可知，在比磁化系數(shù)之比小于4～5時其分選的效率非常低，采用磁選對白馬選鐵尾礦進行回收鈦鐵礦時只能將鈦鐵礦與長石有效分離，角閃石也可分離，輝石很難分離，橄欖石磁性甚至強于鈦鐵礦而根本無法分離；輝石雖然分離難度大，但其比磁化系數(shù)與鈦鐵礦仍存在差別；但在現(xiàn)實強磁選中效果很差，一方面是由于比磁化系數(shù)差別小，另一方面是由于在現(xiàn)實強磁選中只有很窄粒級的礦物顆粒達到了梯度匹配，因此，在窄粒級情況下強磁選效果可能有所改善。

2.4浮選可選性分析

在鈦鐵礦的浮選中捕收劑對鈦鐵礦表面作用的主要活性離子為Fe3+、Fe2+、Ti4+，其與陰離子捕收劑的鍵合能力的相對大小為Fe3+>Fe2+>Ti4+。在硅酸鹽礦物的浮選中礦物成分中氧硅比的含量、表面離子和活性區(qū)域密切相關，氧硅比越大，礦物的接觸角就越大；表面金屬陽離子越多，陰離子捕收劑就越易吸附，礦物在該浮選體系中浮游性就越強；長石、角閃石、輝石與橄欖石分別屬于架狀硅酸鹽礦物、雙鏈狀硅酸鹽礦物、單鏈狀硅酸鹽礦物和島狀硅酸鹽礦物，這些不同的礦物晶體結構決定了在礦物解離過程中化學鍵斷裂的情況，從而使礦物表面具有了不同的表面性質(zhì)。

架狀結構硅酸鹽礦物中每個硅氧四面體與4個硅氧四面體共角頂，聯(lián)結成三維空間無限延伸的架狀結構。該類礦物解離時，在水溶液中必定會造成大量的Si-O和Al-O鍵斷裂，從而在新產(chǎn)生的表面形成帶負電荷的晶格和活潑的SiOH和SiO-區(qū)域，礦物零電點低，pH值為2左右，所以用陰離子捕收劑浮選時幾乎完全不浮，而用陽離子捕收劑時，浮選的pH值范圍較寬，可浮性較好。

島狀硅酸鹽礦物的結構特點決定了礦物的解離一般都在陽離子占優(yōu)勢的表面產(chǎn)生，解離后使礦物表面處于高能狀態(tài)，親水性強，極易吸附帶相反電荷的陰離子捕收劑。這類礦物解離時Si-O鍵極少斷裂，此類礦物零電點較高，在4～8，此類礦物雖然也能用陽離子捕收劑進行浮選，但對pH值比較敏感，用陰離子捕收劑浮選更具有優(yōu)勢。

鏈狀硅酸鹽礦物的浮選性質(zhì)介于島狀硅酸鹽與架狀硅酸鹽礦物之間，該類礦物解離時，在水溶液中既有鏈與鏈之間的Si-O鍵斷裂，也有連接硅氧四面體鏈的陽離子處的斷裂，這類礦物采用陽離子捕收劑比陰離子捕收劑有優(yōu)勢[4]。

綜上，從礦物結構的角度分析，橄欖石更具有與鈦鐵礦相似的浮選性質(zhì)。因此，橄欖石含量的高低將直接影響鈦鐵礦浮選回收利用難度。

2.5電選可選性分析

輝石、橄欖石與鈦鐵礦的磁性和密度差異都較小，但通過研究鈦鐵礦與這些脈石礦物的電學性質(zhì)差異卻比較大，白馬礦鈦鐵礦與脈石礦物的介電常數(shù)值見表10。

表10　礦物介電常數(shù)對比

由表10可知，白馬選鐵尾礦從工藝礦物學的角度分析，其最有效的鈦鐵礦選別方法應是電選，但電選也有其致命的弱點，電選一般只作為礦物精選用，電選之前必須進行干燥、分級，其成本較高，且電選對細粒級物料的回收也具有一定的難度。

既然電選是白馬鈦鐵礦與脈石分選的最有效方法，在選礦試驗中可將其他試驗的結果與電選結果進行對比，將電選結果及其工藝礦物學測定結果作為其他選礦作業(yè)的評判標準。

3選礦試驗分析

3.1強磁試驗

將白馬選鐵尾礦中的不分級原礦和粗粒級、細粒級原礦分別進行強磁試驗，其結果見表11，將該試驗的產(chǎn)品進行礦物含量測定，各種礦物在原礦、精礦、尾礦中的含量見表12。

表11白馬選鐵尾礦強磁試驗結果

%

表12白馬選鐵尾礦強磁作業(yè)產(chǎn)物礦物含量

%

由表12可知，強磁作業(yè)只能拋除沒有磁性的長石和很少的角閃石、輝石；由于細粒級物料鈦鐵礦含量高，再加上細粒級物料鈦鐵礦的單體解離度較高，細粒級物料的鈦鐵礦在精礦中的含量較高，鈦鐵礦在粗粒級原料強磁選中的富集程度不及細粒級，這是由于粗粒級原料的單體解離度不及細粒級的好。

3.2重選試驗

在強磁選中由于橄欖石的比磁化系數(shù)高于鈦鐵礦，導致鈦鐵礦與橄欖石無法分離，但從比重考慮，雖然鈦鐵礦與脈石的比重差異較小，屬于難分離礦物，但仍有差異，因此對粗粒級1段強磁精礦進行螺旋重選試驗，將1段強磁精礦細磨后與細粒1段強磁精礦混合進行1次強磁選，其試驗結果見表13，礦物的分離情況見表14。

表131段強磁精礦螺旋重選與強磁選試驗結果

%

表14螺旋重選試驗礦物分選情況

%

由表14可知，將1段強磁精礦采用重選其鈦鐵礦的富集比達到了2.14倍，而采用強磁選鈦鐵礦的富集比只有1.52倍，鈦磁鐵礦在重選中富集于尾礦，而在強磁作業(yè)中鈦磁鐵礦富集于精礦；橄欖石在重選中富集于尾礦的趨勢不明顯，而強磁選橄欖石有明顯富集于精礦的傾向，因此在粒度合適的情況下采用重選進行拋尾可作為一種選擇方案。

3.3浮選試驗

在條件試驗的基礎上，對選鐵尾礦分級的粗粒級強磁精礦通過重選進行磨礦后再與細粒級2段強磁精礦進行混合，然后用混合樣進行閉路浮選試驗，其結果見表15。

表15浮選閉路試驗結果

%

在浮選開路條件試驗中鈦精礦品位勉強達到了47%以上，在閉路浮選中操作難度較大，最終浮選相對其入選原礦的TiO2回收率剛剛達到50%。另外在浮選中精選時的選別時間很長，要充氣攪拌后鈦鐵礦才開始上浮，說明由于鈦鐵礦與橄欖石的浮選性質(zhì)很相似，導致浮選時對pH值比較敏感，當硫酸用量較高時需通過充氣攪拌將鈦鐵礦表面的Fe2+氧化成為Fe3+后才能將鈦鐵礦浮起，這也體現(xiàn)出了鈦鐵礦與橄欖石采用浮選分離的難度。

3.4電選試驗

將白馬選鐵尾礦粗粒級的螺旋精選2精礦分別進行螺旋精選3和電選試驗，其結果見表16。

表16粗粒級螺旋精選2精礦重選和電選試驗結果

%

由表16可知，將白馬選鐵尾礦粗粒級的螺旋精選2精礦采用重選其鈦品位提高幅度只有7個百分點左右，而采用電選其鈦品位提高幅度約10個百分點且精礦回收率高，尾礦鈦品位低；說明電選是白馬選鐵尾礦選鈦比較有效的方法，但電選對入選物料要求較高，且電選作業(yè)過程中灰塵較大，嚴重影響壞境，故電選的應用也受到了限制。

4白馬選鈦思路的探討

通過以上白馬礦的礦物組成及其工藝特性對各種選礦方法的可選性分析以及對白馬選鐵尾礦的選礦試驗研究分析可看出，白馬礦中的鈦鐵礦回收利用難度較大，可采取的措施主要有以下幾種方式：

(1)針對選鐵1段尾礦與選鐵2段尾礦的區(qū)別分別進行選鈦，對于2段尾礦由于單體解離度較高可直接采用1次強磁浮選流程進行回收。

(2)應盡量采用聯(lián)合工藝進行選礦，對于1段

尾礦應采用強磁與重選聯(lián)合拋尾的方式盡可能拋去多的尾礦，磨礦后再采用強磁浮選流程進行回收，盡可能采用強磁與重選這兩種成本較低的選礦作業(yè)提高浮選的入選品位。

(3)在磨礦過程中盡量避免過磨，盡量在最合適的粒度進行選礦作業(yè)，或?qū)⑦x礦與磨礦緊密結合，只磨需要磨礦的那部分礦物，實現(xiàn)最佳的選擇性磨礦。

總之，根據(jù)白馬選鐵尾礦的礦物組成及其礦物成分的性質(zhì)，采用強磁作業(yè)拋去長石類礦物，采用重選盡量拋去磁性和鈦鐵礦差異不大的橄欖石和輝石，并在目前篩分技術已經(jīng)成熟的條件下，為強磁、重選和浮選創(chuàng)造好的粒度條件，在選礦之前應盡量進行分級，進行窄粒級分選。

5結語

(1)白馬尾礦中鈦鐵礦含量較低，影響其鈦鐵礦的回收利用成本，也增加了其回收利用的技術難度。

(2)白馬礦中各種礦物硬度差異小的性質(zhì)決定了鈦鐵礦解離方面的難度，從而導致鈦鐵礦的回收利用難度。

(3)白馬礦的形成條件和白馬巖石的基性程度決定了在白馬尾礦中具有較高的橄欖石含量，而較高的橄欖石含量決定了采用重選、強磁與浮選方法回收鈦鐵礦的難度。

(4)白馬礦區(qū)中的礦石工藝礦物學性質(zhì)決定了白馬礦鈦鐵礦回收利用的難度，但也為白馬礦鈦鐵礦的回收利用指明了攻關方向。

參考文獻

[1]吳本羨，孟長春，范章杰，等.攀枝花釩鈦磁鐵礦工藝礦物學[M].四川：四川科學技術出版社，1998.

[2]許時.礦石可選性研究[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1989.

[3]王常任.磁電選礦[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1986.

[4]孫傳堯，印萬忠.硅酸鹽礦物浮選原理[M].北京：科學出版社，2001.

Difficulties Analysis on Beneficiation of Low Grade Ilmenite Ore from Baima of Panzhihua

Xiao Liangchu1,2Wang Yong1,2

(1.Design and Research Institute of Pangang Group Mining Co., Ltd.;2.State Key Laboratory of Vanadium and Titanium Resources Comprehensive Utilization)

AbstractDifficulties in low grade ilmenite ore from Baima beneficiation was analyzed through Baima iron process mineral characteristics and its influence on the operation of mineral processing. The analysis results show that the difficulty of low grade Baima ilmenite ore beneficiation lies in the low content of titanium ore, and high content of olivine with similar process physical properties to that of ilmenite. It's reasonable to adopt combined beneficiation process of a variety of mineral processing method to recovery the low grade ilmenite ore from Baima.

KeywordsLow grade ilmenite from Baima, Olivine, Combined beneficiation process, Crushing and liberation

(收稿日期2016-01-15)

*國家高技術研究發(fā)展計劃(編號：2012AA062301)；國家科技支撐計劃課題(編號：2015BAB19B01)。

肖良初(1979—)，男，高級工程師，617063 四川省攀枝花市東區(qū)瓜子坪。