馬拉維湖濱型鈦鐵砂礦選冶分離試驗(yàn)研究①

彭 程，周迎春，李國杰，吉榆師，張 華，潘 炳

（1．海南國際資源（集團(tuán)）股份有限公司，海南 海口570206；2．長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙410012）

鈦金屬具有密度小、耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度高、機(jī)械性能好、無磁、超導(dǎo)等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于航天、航空、海洋工程、建材、化工、醫(yī)療等行業(yè)［1－2］。鈦在地球上儲(chǔ)量十分豐富，地殼豐度為0．61%，其含量比常見的銅、鎳、錫、鉛、鋅都要高，已知的鈦礦物約有140種，但工業(yè)應(yīng)用的主要是鈦鐵礦和金紅石。天然金紅石較少，鈦鐵礦有砂礦和巖礦兩種［3］，鈦鐵礦主要分布在澳大利亞、南非、加拿大、莫桑比克、中國和印度等國［4－6］。

本文對某馬拉維湖濱型鈦鐵砂礦進(jìn)行了工藝礦物學(xué)研究，在查明礦物組成及各礦物產(chǎn)出特征基礎(chǔ)上，采用磁選、重選、電選及還原焙燒等選冶聯(lián)合流程進(jìn)行鈦鋯分離富集，最終獲得了合格的鈦精礦及鋯精礦。

1 原礦性質(zhì)

試驗(yàn)原料為某鈦鐵砂礦經(jīng)螺旋溜槽重選后得到的毛礦，其化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。由表1可知，原礦中主要可供回收組分是鈦、鋯、鐵及稀土，這里主要針對鈦、鋯和鐵進(jìn)行回收研究。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

鈦和鐵物相分析結(jié)果見表2。可見鈦主要分布在鈦鐵礦中；鐵主要分布在鈦鐵礦和赤鐵礦中。

表2 鈦和鐵物相分析結(jié)果

原礦主要礦物組成見表3。礦樣中鈦、鐵主要分布在鈦鐵礦和赤鐵礦中，可綜合回收的主要為鋯石、獨(dú)居石、石榴石，脈石礦物種類較復(fù)雜。原礦篩析結(jié)果見表4。可見鈦鋯在不同粒級中都較為分散。

表3 主要礦物組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

表4 粒度篩析結(jié)果

鈦鐵礦大部分為自形～半自形粒狀、單體，少部分鈦、鐵固溶分離或氧化蝕變成板片狀、不規(guī)則狀嵌布在晶粒中，主要嵌布在赤鐵礦、磁鐵礦和金紅石中，少量包裹體。

赤鐵礦90%以單體形式產(chǎn)出，10%成條帶狀、板狀和片狀及粒狀鑲嵌在鈦鐵礦。

磁鐵礦主要呈單體存在，少部分與鈦鐵礦嵌連，偶見固溶分離形成鈦鐵礦片晶。

金紅石主要以原生金紅石形式產(chǎn)出，少部分為鈦鐵礦蝕變形成的次生金紅石。

鈦鐵礦和金紅石的解離度測定結(jié)果見表5，從單體解離度和粒級情況看，鈦鐵礦不需磨礦可直接回收，金紅石主要為貧連生體，難以綜合回收利用。

表5 鈦鐵礦和金紅石解離度

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2．1 工藝流程

由原礦性質(zhì)可知，該礦中主要回收的有用礦物為磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯英石和獨(dú)居石等。其中以磁鐵礦磁性較強(qiáng)，鈦鐵礦次之，其次為石榴石、獨(dú)居石等。鋯英石和金紅石都是非磁性礦物，但金紅石導(dǎo)電性比鋯英石好，因此可以采用磁選-電選聯(lián)合工藝進(jìn)行綜合回收。遵循“尾礦能拋早拋，精礦能拿早拿，能用物理法分離的不用化學(xué)、冶金等高能耗、高成本方法分選”的原則，并充分利用湖砂中多金屬比重、磁性和導(dǎo)電性差異，結(jié)合先進(jìn)磁電裝備優(yōu)化組合，同時(shí)根據(jù)原礦中鈦鐵礦呈赤鐵礦化的特點(diǎn)，確定礦樣的分選基本原則流程為：濕式流程分選預(yù)富集鈦、鋯和鐵，磁選-電選提純選鋯鈦，還原焙燒-磁電選提純鈦。

2．2 試驗(yàn)主要設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備主要包括搖床（XGY-73）、電磁圓筒式弱磁選機(jī)（CRIMMΦ400-30-E）、永磁筒式濕法中強(qiáng)磁磁選機(jī)（CRIMMΦ400-30-W）、永 磁 筒 式 干 法 磁 選 機(jī)（CRIMMΦ400-40-D）、輥 式 強(qiáng) 磁 選 機(jī)（CRIMM-Φ100-1000-1．2T）、圓筒電選機(jī)（YD3140-11L）、篩板電選機(jī)（CRIMM-30-SB13）、弧板電選機(jī)（CRIMM-30-HB13）等。

2．3 濕式流程試驗(yàn)

原礦中礦物以鈦鐵礦占比最大，通過磁選將品質(zhì)較好的鈦鐵礦選出，減少搖床入料量；在中磁選鈦之前，先通過弱磁選將磁性較強(qiáng)的磁鐵礦、鈦磁鐵礦選出，以避免直接中磁分選產(chǎn)生磁團(tuán)聚和堵塞輥筒而影響選別效果。弱磁除鐵、中磁提鈦完成后，非磁性物進(jìn)入搖床工序，將未拋除的石英、角閃石等脈石礦物選出，富集后的重礦物主要成分為鋯英石、金紅石和磁性相對較弱的鈦鐵礦、獨(dú)居石等礦物。因鋯英石無磁性和導(dǎo)電性，與脈石物理性能相近，在此流程中，采用一粗一精兩次搖床分選，保證重礦物的純度，避免將脈石帶入其中。經(jīng)搖床富集后的重礦物（鋯中礦）將進(jìn)入干選選鋯流程；搖床產(chǎn)生的少量中礦可視為有用礦物，將其堆存或返回前段搖床再選。濕式流程見圖1，結(jié)果見表6。

圖1 濕式試驗(yàn)流程

表6 原礦濕選流程試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，通過濕式流程，實(shí)現(xiàn)了鐵、鈦及鋯的初步高效富集分離。其中通過電磁筒式弱磁選，獲得了Fe品位65．80%的鐵精礦1；通過永磁筒式濕法中強(qiáng)磁選，獲得了TiO2品位39．05%的鈦粗精礦；非磁性物通過一粗一精兩段搖床重選作業(yè)，獲得了ZrO2品位21．55%的鋯中礦。

2．4 鋯中礦精選流程試驗(yàn)

鋯中礦富含鋯英石、鈦鐵礦、石榴石和獨(dú)居石等礦物，ZrO2品位為21．55%，需要通過磁選-電選工藝進(jìn)行精選富集，試驗(yàn)流程見圖2，結(jié)果見表7。

圖2 鋯精礦精選流程

表7 鋯中礦精選選鋯試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知，鋯中礦1經(jīng)磁選-電選多級分選，得到了ZrO2品位66．19%的鋯精礦1及ZrO2品位56．42%的鋯粗精礦，同時(shí)產(chǎn)出了TiO2品位39．88%的鈦粗精礦2以及石榴石精礦、獨(dú)居石精礦，其中鋯粗精礦需要進(jìn)一步電選提純。

2．5 鋯粗精礦提純試驗(yàn)

鋯粗精礦主要采用篩板電選工藝進(jìn)行提純試驗(yàn)。試驗(yàn)流程見圖3，結(jié)果見表8。

圖3 粗鋯電選提純試驗(yàn)流程

表8 粗鋯電選提純試驗(yàn)結(jié)果

由表8可知，通過電選，有效提升了鋯品位，獲得了鋯粗精礦ZrO2品位63．26%、ZrO2回收率77．38%的鋯精礦2，實(shí)現(xiàn)了鋯的高效富集。

2．6 鈦粗精礦磁選-電選提純試驗(yàn)

由于鈦粗精礦TiO2偏低，需進(jìn)一步提純。將上面流程得到的鈦粗精礦1和2進(jìn)行合并（合并后TiO2品位39．02%），主要采用磁選-電選流程進(jìn)行提純試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖4，結(jié)果見表9。由表9可知，合并的鈦粗精礦經(jīng)兩次磁選、一次電選后，TiO2品位提升至44．53%，仍然達(dá)不到合格鈦精礦要求。經(jīng)過鏡下鑒定發(fā)現(xiàn)，鈦粗精礦中鈦鐵礦約有30%存在赤鐵礦化現(xiàn)象，影響了鈦精礦品質(zhì)。可見通過單純的選礦方法難以獲得合格的鈦精礦，必須對赤鐵礦進(jìn)行還原磁化焙燒再選，以進(jìn)一步提高鈦品位。

圖4 磁選-電選提純試驗(yàn)流程

表9 磁選-電選提純試驗(yàn)結(jié)果

2．7 還原焙燒-磁選試驗(yàn)

對合并的鈦粗精礦進(jìn)行了還原磁化焙燒-干法磁選提純試驗(yàn)研究，試驗(yàn)流程見圖5，結(jié)果見表10。

圖5 還原焙燒-干式磁選提純工藝流程

表10 還原焙燒-磁選提純試驗(yàn)結(jié)果

由表10可知，經(jīng)過還原焙燒-磁選后，干磁鈦精礦TiO2品位提升至48．85%，但CaO、MgO等雜質(zhì)含量為0．8%（要求低于0．7%），仍然超標(biāo)，利用雜質(zhì)不導(dǎo)電的性質(zhì)，進(jìn)一步采用電選對干磁鈦精礦除雜提純。

2．8 干磁鈦精礦圓筒電選提純試驗(yàn)

采用圓筒電選對干磁鈦精礦進(jìn)行除雜提純試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖6，結(jié)果見表11。

圖6 圓筒電選試驗(yàn)流程

表11 圓筒電選試驗(yàn)結(jié)果

由表11可知，干磁鈦精礦通過電選進(jìn)一步除雜提純后，鈦精礦中TiO2品位49．85%，CaO和MgO含量0．66%，滿足了氯化法鈦白對原料的要求。

2．9 全流程試驗(yàn)

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，最終確定馬拉維湖濱型鈦鐵砂礦原礦的分選工藝全流程如圖7所示，結(jié)果見表12。

圖7 分選全流程

表12 全流程試驗(yàn)結(jié)果

全流程試驗(yàn)結(jié)果表明，原礦經(jīng)磁選、搖床重選、電選及還原焙燒的選冶聯(lián)合處理工藝，獲得了產(chǎn)率25．82%、TiO2品位49．85%、全流程回收率61．03%的合格鈦精礦，滿足了氯化法鈦白對原料的要求；同時(shí)獲得了鋯品位大于63%、全流程回收率52．51%的鋯精礦；還綜合回收了產(chǎn)率分別為5．18%和16．01%、TFe品位分別為65．80%和48．74%的2種鐵精礦，實(shí)現(xiàn)了鈦、鋯及鐵的高效分離富集。

3 結(jié) 論

1）鈦鐵礦樣品中主要可供回收組分是鈦、鋯和鐵，TiO2品位20．42%，在鈦鐵礦中分布率92．95%；ZrO2品位0．96%；TFe品位26．35%，在鈦鐵礦和赤鐵礦中分布率分別為53．78%和26．03%。

2）鈦鐵礦主要與赤鐵礦、磁鐵礦和金紅石共生，鈦單體和富鈦連生體解離度高達(dá)98．58%，但鐵呈固溶分離或氧化蝕變成板片狀、不規(guī)則狀嵌布在其礦物晶粒中，必須通過選冶聯(lián)合方法才能獲得合格的鈦精礦。

3）原礦經(jīng)磁選、搖床重選、電選及還原焙燒的選冶聯(lián)合處理工藝，獲得了產(chǎn)率25．82%、TiO2品位49．85%、全流程回收率61．03%的合格鈦精礦，滿足了氯化法鈦白對原料的要求；同時(shí)獲得了鋯品位大于63%、全流程回收率52．51%的鋯精礦；還綜合回收了產(chǎn)率分別為5．18%和16．01%、TFe品位分別為65．80%和48．74%的2種鐵精礦，實(shí)現(xiàn)了鈦、鋯及鐵的高效分離富集。