某選鈦廠入庫尾礦選礦工藝研究①

高 煜， 盧東方， 劉振強(qiáng)， 王毓華， 鄭霞裕， 陳福林

（1.中南大學(xué) 資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長沙 410083； 2.攀鋼集團(tuán)研究院有限公司，四川 攀枝花 617000）

攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦資源探明儲(chǔ)量93.933 億噸，預(yù)測(cè)儲(chǔ)量達(dá)300 億噸，其中鐵儲(chǔ)量占全國儲(chǔ)量的20%，居全國第二位；鈦資源保有儲(chǔ)量（以TiO2計(jì)）4.28 億噸，占全國儲(chǔ)量的93%，居世界第一位；釩資源保有儲(chǔ)量（以V2O5計(jì)）1 047.86 萬噸，占全國儲(chǔ)量的63%，居世界第三位［1］。 但在攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦綜合利用過程中存在資源利用率偏低的問題，鐵、釩、鈦元素回收率分別為60%、39%和10%左右，特別是寶貴的鈦資源，相對(duì)原礦利用率僅10%～20%，造成了資源的大量浪費(fèi)［2］，如何在選鐵尾礦中有效富集回收鈦資源以提高原礦利用率是近年來的重要研究內(nèi)容。 本文對(duì)某選鈦廠入庫尾礦進(jìn)行了回收鈦鐵礦的選礦工藝研究。

1 原礦性質(zhì)

試驗(yàn)所用礦石源自某選鈦廠入庫尾礦，其XRD 分析結(jié)果見圖1，主要礦物物理性質(zhì)見表1，粒度分布情況見表2。

表1 原礦主要礦物物理性質(zhì)

表2 原礦粒度分布與金屬分布

圖1 某選鈦廠入庫尾礦XRD 分析結(jié)果

該礦樣中含Ti 元素的主要目的礦物為鈦鐵礦，主要脈石礦物為綠泥石，同時(shí)還伴有一定量輝石、中長石以及少量閃石等。 鈦在該類型礦床中主要以類質(zhì)同象或類質(zhì)同象分解物賦存于鈦磁礦中，導(dǎo)致鈦資源難以回收［3］。 由表1 可知，鈦鐵礦與脈石礦物物理性質(zhì)較接近，這使得鈦資源回收困難。 由表2 可知，－38 μm粒級(jí)含量45%，微細(xì)粒含量高且TiO2金屬占比大（約68%），選鐵流程使選鈦原礦泥化嚴(yán)重［4］，加大了其分選難度，該入庫尾礦的鈦鐵礦回收成為難題［5］。

2 試驗(yàn)方案

由鈦鐵礦與脈石礦物之間的磁性和密度差異可知，該礦物選礦流程主要圍繞以下兩個(gè)方面進(jìn)行：①基于鈦鐵礦與脈石礦物的比磁化系數(shù)差異及細(xì)粒級(jí)礦物占比極大的特點(diǎn)，采用全磁選工藝選別鈦鐵礦，該流程相對(duì)簡單，強(qiáng)磁預(yù)選技術(shù)能提高入選品位、減少浮選過程中礦泥干擾，是提高細(xì)粒鈦鐵礦分選效率的關(guān)鍵［6］。②基于鈦鐵礦與脈石礦物的密度差異，采用重選-磁選聯(lián)合工藝［7］，采用基于干涉沉降理論和斜板層流剪切作用的大通量流化床預(yù)選技術(shù)［8］，與高梯度磁選技術(shù)結(jié)合拋除脈石礦物，為進(jìn)一步提高浮選分離效率創(chuàng)造條件。 試驗(yàn)原則流程見圖2。

圖2 試驗(yàn)原則流程

3 選礦試驗(yàn)研究

3.1 全磁選流程

由表2 可見，＋150 μm 粒級(jí)中TiO2金屬分布率僅2.02%，但－38 μm 粒級(jí)中TiO2金屬分布率達(dá)到了68.87%，表明原礦粒度越細(xì)，TiO2金屬分布率越高。

為能更好回收鈦資源、提高礦物分選效率，在礦物進(jìn)入磁選之前首先對(duì)礦物進(jìn)行分級(jí)，然后按圖2（a）所示流程對(duì)各粒級(jí)鈦鐵礦分別進(jìn)行磁選，收集精礦與尾礦，測(cè)其品位，計(jì)算回收率。 磁選設(shè)備為武漢恒樂礦物工程設(shè)備有限公司生產(chǎn)的XCRQ-50×70 濕式強(qiáng)磁選機(jī)。

3.1.1 ＋74 μm 粒級(jí)鈦鐵礦磁選

給礦流速300 mL／min、給礦濃度15%，不同磁場強(qiáng)度下＋74 μm 粒級(jí)鈦鐵礦磁選試驗(yàn)結(jié)果見表3。 該粒級(jí)礦物顆粒較粗，磁場強(qiáng)度較大時(shí)，顆粒受到的礦漿曳力／磁力比極小，極易被磁介質(zhì)捕獲。 該部分解離度也較低，磁場強(qiáng)度2.2 T 時(shí)，回收率可達(dá)到98.19%，精礦產(chǎn)率也達(dá)到了90.10%，但大量未解離的顆粒被捕獲至精礦中，導(dǎo)致精礦品位極低。 適當(dāng)降低磁場強(qiáng)度，可有效提高精礦品位，磁場強(qiáng)度1.0 T 時(shí)，可獲得品位4.71%、回收率68.80%的鈦精礦。

表3 ＋74 μm 粒級(jí)鈦鐵礦磁選試驗(yàn)結(jié)果

3.1.2 38～74 μm 粒級(jí)鈦鐵礦磁選

給礦流速300 mL／min、給礦濃度15%，不同磁場強(qiáng)度下38 ～74 μm 粒級(jí)鈦鐵礦磁選試驗(yàn)結(jié)果見表4。從表4 可見，磁場強(qiáng)度2.2 T 時(shí)，可獲得產(chǎn)率83.74%、回收率98.58%的精礦，但因磁場強(qiáng)度較高，絕大部分低密度脈石顆粒也被捕獲至精礦產(chǎn)品中，導(dǎo)致精礦品位降低。 磁場強(qiáng)度較低時(shí)，品位較低的顆粒相對(duì)于品位較高的顆粒更難被磁介質(zhì)捕獲。 磁場強(qiáng)度1.0 T時(shí)，精礦品位6.64%、回收率60.50%。

表4 38～74 μm 粒級(jí)鈦鐵礦磁選試驗(yàn)結(jié)果

3.1.3－38 μm 粒級(jí)鈦鐵礦磁選

給礦流速300 mL／min、給礦濃度15%，不同磁場強(qiáng)度條件下－38 μm 粒級(jí)鈦鐵礦磁選試驗(yàn)結(jié)果見表5。磁場強(qiáng)度過高時(shí)，部分脈石礦物也會(huì)被捕獲至磁介質(zhì)上，導(dǎo)致精礦品位降低。－38 μm 粒級(jí)鈦鐵礦粒度較細(xì)，解離度相對(duì)較好，磁場強(qiáng)度不宜過高。 綜合考慮精礦品位與回收率指標(biāo)，磁場強(qiáng)度1.4 T 為宜，此時(shí)精礦品位15.35%、回收率46.25%。

表5－38 μm 粒級(jí)鈦鐵礦磁選試驗(yàn)結(jié)果

3.2 重選-磁選聯(lián)合流程

鑒于礦樣粒度分布特性及金屬分布情況，首先對(duì)鈦鐵礦進(jìn)行分級(jí)處理，再按圖2（b）所示流程對(duì)各粒級(jí)鈦鐵礦分別進(jìn)行選別。 試驗(yàn)中使用的重選設(shè)備為梯形斜面攪拌式逆流分選柱（TARC）。

3.2.1 ＋74 μm 粒級(jí)鈦鐵礦重選

給礦濃度35%、攪拌速度400 r／min，＋74 μm 粒級(jí)鈦鐵礦重選試驗(yàn)結(jié)果如表6 所示。 增大上升水流量和給礦速度，精礦品位和尾礦產(chǎn)率都有一定程度的增加，適當(dāng)減小底流流量也能提高精礦品位。 上升水流量56 L／h、底流流量20 mL／min、給礦速度240 mL／min時(shí)，可獲得品位7.12%、回收率59.97%的精礦產(chǎn)品，同時(shí)拋掉產(chǎn)率74.00%、TiO2含量1.67%的尾礦。

表6 ＋74 μm 粒級(jí)鈦鐵礦重選試驗(yàn)結(jié)果

3.2.2 38～74 μm 粒級(jí)鈦鐵礦重選

底流流量20 mL／min、攪拌速度350 r／min，38～74 μm粒級(jí)鈦鐵礦重選試驗(yàn)結(jié)果見表7。 從表7 可見，增大上升水流量、給礦速度、給礦濃度，精礦品位、尾礦品位、尾礦產(chǎn)率均提高，但回收率降低［9］。 上升水流量32 L／h、給礦速度240 mL／min、給礦濃度35%時(shí)，可獲得品位12.46%、回收率63.52%的精礦，拋出產(chǎn)率80.12%、品位1.78%的尾礦。

表7 38～74 μm 粒級(jí)鈦鐵礦重選試驗(yàn)結(jié)果

3.2.3－38 μm 粒級(jí)鈦鐵礦重選-磁選

－38 μm 粒級(jí)入料鈦鐵礦中細(xì)顆粒占比較多，采用Bettersize2600 激光粒度分布儀對(duì)－38 μm 粒級(jí)鈦鐵礦分級(jí)產(chǎn)物進(jìn)行粒度分析，結(jié)果見表8。 可見溢流中－10 μm 粒級(jí)占比81.31%，泥化嚴(yán)重，這部分顆粒不利于重選。 故利用TARC 對(duì)－38 μm 粒級(jí)鈦鐵礦進(jìn)行脫泥處理，脫泥底流重選、溢流磁選，可有效提升精礦品位。

表8 TARC 分級(jí)試驗(yàn)結(jié)果

－38 μm 粒級(jí)鈦鐵礦脫泥后，控制底流流量17 mL／min，對(duì)脫泥后底流產(chǎn)品進(jìn)行了重選試驗(yàn)，結(jié)果見表9。 增大給礦速度，更多的顆粒從溢流排出，溢流產(chǎn)率急劇增大，尾礦TiO2品位增大，TiO2回收率降低。 增加給礦濃度可大幅提升精礦品位，增加上升水流量可提升拋尾率［10］。 上升水流量16 L／h、給礦速度160 mL／min、給礦濃度30%時(shí)，對(duì)－38 μm 粒級(jí)鈦鐵礦分級(jí)底流進(jìn)行重選，可獲得TiO2品位20.35%、回收率79.25%的粗精礦，此時(shí)拋尾率62.55%、尾礦TiO2含量3.19%。

表9－38 μm 粒級(jí)鈦鐵礦分級(jí)底流重選試驗(yàn)結(jié)果

－38 μm 粒級(jí)鈦鐵礦分級(jí)溢流TiO2品位7.85%，相對(duì)于脫泥底流品位略低，但該粒級(jí)－10 μm 顆粒含量占81.31%，導(dǎo)致該粒級(jí)鈦鐵礦黏度相對(duì)較大，顆粒自由沉降速度極小，不適于采用重選進(jìn)行分選。－38 μm 粒級(jí)鈦鐵礦分級(jí)溢流粒度極小，顆粒解離度較好，給礦速度300 mL／min、給礦濃度15%條件下對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行了磁選試驗(yàn)，結(jié)果見表10。 增強(qiáng)磁場強(qiáng)度可大幅提高精礦回收率，磁場強(qiáng)度2.2 T 時(shí)，可獲得TiO2品位14.18%、回收率58.71%的粗精礦。

表10－38 μm 粒級(jí)鈦鐵礦分級(jí)溢流磁選試驗(yàn)結(jié)果

3.3 對(duì)比及討論

通過分析原礦物理性質(zhì)，基于鈦鐵礦和脈石礦物的磁性和密度差異，形成了全磁選流程和粗粒重選-細(xì)粒磁選聯(lián)合流程。

全磁選流程試驗(yàn)結(jié)果見表11。 對(duì)TiO2品位5.81%的原礦分級(jí)處理后磁選，可獲得TiO2品位9.21%、回收率52.07%的粗精礦，同時(shí)可拋出TiO2含量4.30%的尾礦，拋尾率67.15%。

表11 全磁選流程試驗(yàn)結(jié)果

重選-磁選聯(lián)合流程試驗(yàn)結(jié)果見表12。 經(jīng)重選-磁選聯(lián)合流程分選，可獲得TiO2品位16.08%、回收率62.63%的粗精礦，同時(shí)可拋出TiO2含量2.39%的尾礦，拋尾率77.41%。 不難發(fā)現(xiàn)，經(jīng)重選-磁選聯(lián)合流程，在獲得更高精礦品位和回收率的同時(shí)，還能夠拋出品位更低、拋尾率更高的尾礦，大大減少了后續(xù)浮選入礦量。

表12 重選-磁選聯(lián)合流程試驗(yàn)結(jié)果

鈦鐵礦原礦粒度細(xì)，－38 μm 粒級(jí)含量45.00%，其中鈦金屬分布率達(dá)68.87%，高梯度磁選過程中，為了保證鈦鐵礦回收率，需采用較高的磁場強(qiáng)度，但同時(shí)也造成脈石礦物夾雜率增加，預(yù)選效率降低。 礦樣中主要脈石礦物鈦輝石與目的礦物鈦鐵礦比磁化系數(shù)相近，在高背景場強(qiáng)下很難實(shí)現(xiàn)鈦鐵礦與鈦輝石的分離，大量鈦輝石進(jìn)入磁精礦中，進(jìn)而進(jìn)入浮選作業(yè)。 研究表明，細(xì)粒鈦輝石含量增加會(huì)導(dǎo)致浮選泡沫變黏及惡化浮選過程，造成鈦鐵礦浮選回收率急劇下降［11］。 鑒于鈦鐵礦與鈦輝石、長石之間的密度差異，采用逆流重選柱進(jìn)行粗粒重選［12］、高梯度磁選機(jī)進(jìn)行細(xì)粒磁選，進(jìn)一步拋除脈石礦物，為提高浮選分離效率創(chuàng)造了條件。

4 結(jié) 論

1） 鈦鐵礦入庫尾礦（本試驗(yàn)原礦）有用金屬在－38 μm 粒級(jí)中的分布率為68.87%，粒度越細(xì)、品位越高是該礦樣無法得到高效處理的原因。

2） 對(duì)TiO2品位5.81%的原礦分級(jí)后各粒級(jí)分別全磁選，最終可獲得TiO2品位9.21%、回收率52.07%的精礦，尾礦TiO2含量4.30%，拋尾率67.15%。

3） 對(duì)TiO2品位2.96%的＋74 μm 粒級(jí)鈦鐵礦進(jìn)行一次重選，可獲得TiO2品位7.12%、回收率59.97%的粗精礦，尾礦TiO2含量1.67%，拋尾率74.00%；對(duì)TiO2品位3.75%的38～74 μm 粒級(jí)鈦鐵礦進(jìn)行一次重選，可獲得TiO2品位12.46%、回收率63.52%的粗精礦，尾礦TiO2含量1.78%，拋尾率80.12%；對(duì)TiO2品位9.56%的－38 μm 粒級(jí)分級(jí)底流進(jìn)行一次重選，可獲得TiO2品位20.35%、回收率79.25%的粗精礦，尾礦TiO2含量3.19%，拋尾率62.55%；對(duì)TiO2品位7.85%的－38 μm 粒級(jí)分級(jí)溢流進(jìn)行一次磁選，可獲得TiO2品位14.18%、回收率58.71%的粗精礦，尾礦TiO2含量4.93%，拋尾率66.92%；通過重選-磁選聯(lián)合流程，最終可獲得TiO2品位16.08%、回收率62.63%的精礦，尾礦TiO2品位2.39%，拋尾率77.41%。

4） 逆流重選柱能夠?qū)崿F(xiàn)鈦礦物資源的有效富集與回收，且效果優(yōu)異。 利用逆流重選柱處理該選鈦廠入庫尾礦，取得了較好的預(yù)選效果。