莒縣天寶鈦鐵礦尾礦選鈦的工藝研究

厲運(yùn)德，王光棟，董希萍，浦玉敏，鹿星，齊德軍

(1.莒縣環(huán)泰鉆探有限公司，山東 莒縣 276500；2.日照市國(guó)土資源局，山東 日照 262300；3.莒縣國(guó)土資源局，山東 莒縣 276500)

0 引言

鈦是一種稀有金屬，能與鐵、鋁、釩或鉬等其他元素熔成合金，造出高強(qiáng)度的輕合金，在各方面有著廣泛的應(yīng)用，包括航天(噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)彈及航天器)、軍事、工業(yè)制造(化工與石油制品、海水淡化及造紙)、汽車、農(nóng)產(chǎn)食品、醫(yī)學(xué)(義肢、骨科移植及牙科器械與填充物)、運(yùn)動(dòng)用品及珠寶等等。鈦被譽(yù)為“現(xiàn)代金屬”和“戰(zhàn)略金屬”，是提高國(guó)防裝備水平不可或缺的重要戰(zhàn)略物資[1]。

自然界中鈦的礦石主要有鈦鐵礦及金紅石(較純的二氧化鈦)，目前我國(guó)金紅石年生產(chǎn)量?jī)H數(shù)千噸，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)鈦的需求越來越大，2012年我國(guó)僅化工行業(yè)用鈦量就達(dá)到2.5萬t，因此從鈦鐵礦中選鈦成為必然選擇。但鈦鐵礦中TiO2含量一般低于10%，且往往與磁鐵礦緊密共生，如何選冶一直是個(gè)難題。莒縣天寶鈦鐵礦利用選鐵后的尾礦進(jìn)行選鈦，在該方面進(jìn)行了有益的嘗試。

1 礦床類型及礦山概況

莒縣天寶鈦鐵礦是一個(gè)含鈦鐵礦和磁鐵礦較高的角閃巖體，礦床成因?yàn)閹r漿晚期分異型鈦鐵礦床。礦石為褐綠色中細(xì)粒含鈦鐵礦磁鐵角閃巖，呈褐綠色，中細(xì)粒，半自形結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦石中金屬礦物由磁鐵礦、鈦鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦組成，屬于弱磁性鐵礦石，TiO2含量5.01%～14.48%，TFe含量11.66%～24.60%[2]。

莒縣天寶鈦鐵礦為一露天開采礦山，莒縣物華天寶礦業(yè)集團(tuán)于2007年取得該礦的采礦權(quán)后，以選鐵為主，投資建立了肖家溝選鐵廠。選鐵工藝采用粗破碎(PE600×900顎式破碎機(jī))+中破碎(PEX252×1200顎式破碎機(jī))兩段開路破碎作業(yè)，磨選作業(yè)采用階磨階選作業(yè)，一段采用3臺(tái)QG2700×6000球磨機(jī)配分級(jí)機(jī)閉路磨礦，二段采用1臺(tái)MQY2700×6000開路磨礦，磁選作業(yè)采用三段磁選。其工藝流程見圖1。

圖1 選鐵流程圖

經(jīng)選廠選出來的產(chǎn)品精礦(TFe品位大于60%)作為主產(chǎn)品外銷，尾礦排入尾礦庫。該尾礦庫為山谷型[3]，容量較大，但多年排放后剩余庫容已不多，尾礦即將面臨無處排放的困境；每到汛期，還面臨匯水過多和尾礦溢出等安全方面的問題。因此，一方面為了緩解庫容壓力，另一方面，也是為了將尾礦中含有8.5%的TiO2綜合利用，變廢為寶，莒縣物華天寶礦業(yè)集團(tuán)進(jìn)行了尾礦選鈦的研究實(shí)驗(yàn)。

2 選礦方法選擇及流程

2.1 礦石性質(zhì)

選鈦原料(選鐵尾礦)的化學(xué)成分見表1 。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果

從表1多元素分析結(jié)果來看，選鐵尾礦中可利用的有價(jià)元素為鈦，TiO2品位為10.14%，而礦石中mFe含量很低，釩沒有達(dá)到可以回收利用的品位；同時(shí)該礦的磷、硫含量略高，而4個(gè)造渣元素(CaO+MgO)/(SiO2+AL2O3)的比值為0.46，由此可以認(rèn)為尾礦屬酸性礦石，為避免試驗(yàn)樣的局限性，TiO2品位定為8.5%。

2.2 礦物組成及含量

樣品中的組成礦物種類較為簡(jiǎn)單，金屬礦物主要是鈦鐵礦，少量磁鐵礦，偶見黃鐵礦零星分布，脈石礦物基本上為角閃石。

3 工藝流程

酸性尾礦最有效的選礦方法是浮選法，但該法的使用前提是要有大量的水，而且要填加浮選化學(xué)藥劑，對(duì)環(huán)境有污染。而莒縣天寶鈦鐵礦位于莒縣最大的水源地──青峰嶺水庫上游，因此浮選法不適用于該礦。

根據(jù)礦物物理化學(xué)性質(zhì)和礦石工藝礦物學(xué)分析，可以得出僅靠重選或磁選等單一選別方法無法得到較好的選別指標(biāo)[4]。莒縣物華天寶礦業(yè)集團(tuán)委托攀枝花攀鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究有限公司進(jìn)行實(shí)地考查后，決定采用重-磁聯(lián)合選礦方法，其工藝流程圖見圖2。

圖2 選鈦流程圖

從圖2來看，通過一、二級(jí)螺旋溜槽重選主要是為了除去尾礦中的脈石礦物角閃石，因?yàn)殁佽F礦與角閃石物理性質(zhì)最大的差異在于密度。鈦鐵礦屬于弱磁性礦物，需要用強(qiáng)磁選才能選出，但尾礦中少量的磁鐵礦在強(qiáng)磁選時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁團(tuán)聚，形成磁鏈、磁團(tuán)，包裹鈦鐵礦[5]。這樣就無法將鈦鐵礦中的鐵降下來，因此必須先用弱磁選除去少量的磁鐵礦，然后用強(qiáng)磁選選出粗鈦精礦(TiO2品位16.33%)。以目前4500t/d的日處理量計(jì)算，每年可生產(chǎn)強(qiáng)磁粗鈦精礦24萬t，次鐵精礦(TFe品位50%)3.02萬t。

莒縣物華天寶礦業(yè)集團(tuán)采用重-磁聯(lián)合選礦工藝流程也有因地制宜的現(xiàn)實(shí)考慮，現(xiàn)在已經(jīng)將選鈦廠建在尾礦庫東北角上，尾礦在尾礦庫中以礦漿形式通過渣漿泵經(jīng)過管道泵送入溜槽，溜槽選礦用水就地采用尾礦沉淀池回水，節(jié)約了大量成本。螺旋溜槽對(duì)給礦濃度、給礦品位的適應(yīng)性較強(qiáng)，設(shè)備緊湊，占地少，靠自流即可完成選礦，投資少，無污染。

經(jīng)過重-磁聯(lián)合選礦方法選礦后排出的尾礦成分為角閃石、云母、斜長(zhǎng)石等細(xì)顆粒礦物，秋冬干燥多風(fēng)季節(jié)被風(fēng)刮起后形成粉塵，對(duì)下游村莊有影響。莒縣物華天寶礦業(yè)集團(tuán)現(xiàn)正準(zhǔn)備將其用于燒制多孔磚等輕質(zhì)建筑材料，達(dá)到尾礦零排放。

4 結(jié)語

莒縣物華天寶礦業(yè)集團(tuán)通過選鐵─尾礦─選鈦─尾礦─制磚的總流程，使上一產(chǎn)品的尾礦成為下一產(chǎn)品的原料，拉長(zhǎng)了產(chǎn)業(yè)鏈，達(dá)到了對(duì)資源的綜合利用，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了尾礦零排放，保護(hù)了環(huán)境，真正做到了資源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的多贏。

但螺旋溜槽對(duì)給礦中的細(xì)泥量適應(yīng)性差，而磁選對(duì)鈦鐵礦礦泥的選別效果也稍有欠缺，以至于只能選出粗鈦精礦，而浮選和冶煉又受當(dāng)?shù)丨h(huán)境限制，不能建設(shè)浮選廠和冶煉廠等問題亟需解決，并將該技術(shù)進(jìn)一步推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1] 全國(guó)礦產(chǎn)儲(chǔ)量委員會(huì).礦產(chǎn)工業(yè)需求參考手冊(cè)[M].北京：地質(zhì)出版社，1987.

[2] 張連峰，張?jiān)銎妫瑒Ⅸi瑞.莒縣天寶鈦鐵礦地質(zhì)特征及礦床成因探討[J].山東國(guó)土資源，2006，22(2)：46-47.

[3] 李緒俊.采礦與選礦基礎(chǔ)[M].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2004.

[4] 賈清梅，曹兵，太軍君.選鐵尾礦中回收鈦鐵礦的實(shí)驗(yàn)研究[J].礦冶工程，2010，30(4)：45-46.

[5] 王彥莉.難處理鈦鐵礦選礦新工藝研究[D].中南大學(xué)，2010：22-23.