螺旋溜槽回收某細粒級鈦鐵礦的試驗研究①

徐曉衣，王豐雨，張超達，謝寶華，梁燾茂

（1.稀有金屬分離與綜合利用國家重點實驗室，廣東 廣州 510651；2.廣東省礦產開發與綜合利用重點實驗室，廣東 廣州 510651；3.廣東省科學院資源利用與稀土開發研究所，廣東 廣州 510651；4.廣州粵有研礦物資源科技有限公司，廣東 廣州 510651）

鈦金屬是戰略性稀有資源，有鋼鐵維生素之稱，探索鈦資源高效回收技術具有重要意義［1－4］。我國鈦資源豐富，查明儲量集中分布在四川攀枝花和河北承德，但優質鈦礦資源少，多為伴生礦，以釩鈦磁鐵礦形式賦存，其中鈦鐵礦（FeTiO3）作為鈦載體礦物，是典型“貧、細、雜”鈦礦資源，綜合回收利用難度大［5］。經過多年科技攻關，關于釩鈦磁鐵礦的選礦技術已逐漸成熟，目前，“強磁選-浮選”是回收鈦礦物的最佳工藝［6－7］，但由于部分脈石具有弱磁性，強磁選工藝難以完全拋除，需其他選礦工藝協助作業，以達到提高浮選給礦鈦品位的目的。螺旋溜槽是一種傳統的重選設備，它利用不同礦物之間的密度差異來實現礦物分離富集，具有設備結構簡單、投資和生產成本小等優點［8］。本文研究了螺旋溜槽回收鈦資源的應用效果，以期為同類資源的回收利用提供參考。

1 礦石性質

原礦化學多元素分析結果見表1；采用礦物自動定量檢測系統（MLA）測定了原礦礦物組成及含量，結果見表2；礦樣粒度組成分析結果見表3。

表1 原礦化學多元素分析結果（質量分數）／%

表2 原礦礦物組成（質量分數）／%

表3 試樣粒度組成分析結果

由表1～2可知，原礦中TiO2品位10.18%，鈦礦物主要為鈦鐵礦，少量榍石和鈦磁鐵礦；脈石礦物主要為鈦輝石、蛇紋石、綠泥石，少量角閃石和橄欖石，并含有極少量的石榴石、方解石和尖晶石等。

由表3可知，篩分樣綜合TiO2品位10.08%，礦石粒度越細，TiO2含量越高，礦樣粒度集中分布在－0.104 mm粒級，屬于細粒級鈦鐵礦，回收難度較大。

2 螺旋溜槽分選原理

礦漿均勻給入螺旋槽，槽內不同比重的礦物在水流動力、自身重力、離心力、摩擦力和浮力的合力作用下分層分帶，礦漿在重力作用下沿螺旋溜槽呈螺旋線形向下流動，同時在離心力作用下向外緣擴展，內緣形成流層薄、流速低的層流流態，外緣形成流層厚、流速高的紊流流態，同時還伴隨著二次環流（內外緣橫向交換），礦漿從內緣至外緣依次按重礦物、輕礦物、礦泥逐漸分帶，運動一圈后即出現分帶現象，之后繼續加強［9－10］。

螺旋溜槽的選礦過程大致經歷三個階段：第一階段是礦粒群的松散分層，在槽面運動進程中重礦物先沉入下層，輕礦物浮在上層，豎向液流強化礦粒松散分層；第二階段是輕重礦物顆粒分帶，礦粒沿橫向鋪展成層，從邊緣至中心軸依次為輕、中、重礦物；第三階段分離運動達到平衡，不同比重的礦粒沿各自的軌道回旋下落，排礦低端的截取器沿橫向礦帶截取精、中、尾礦（見圖1），至此完成整個分選過程［10］。

圖1 螺旋溜槽分選原理示意

3 試驗研究

3.1 重選試驗

重選具有設備結構簡單、生產成本低、污染小等優勢，符合當前環保節能政策，重選可作為磁選或浮選前的預選流程，對有用重礦物進行早回收或對脈石礦物進行拋尾，減少后續流程處理量，降低能耗，將成為一種選礦流程發展趨勢［11－12］。

原礦中鈦輝石、綠泥石、蛇紋石、角閃石含量高，這些脈石礦物具有一定弱磁性，因此強磁選回收鈦鐵礦效果不理想，一部分脈石隨鈦鐵礦一起進入鈦粗精礦中，導致后續浮選藥劑用量大、選別指標差；而脈石礦石比重遠小于鈦鐵礦，依據礦石間密度差異，采用螺旋溜槽能夠有效拋除這部分有害脈石礦物，優化后續浮選給料性質。

3.1.1 設備型號選擇

固定給礦量400 kg／h、給礦濃度25%、相同接礦口寬度，采用一次粗選，考察不同型號螺旋溜槽對選鈦效果的影響，結果見圖2。其中GL型和LP型螺旋溜槽均為新型高效重選設備，均采用玻璃鋼材料、一次整體成型工藝，槽面平整均勻，屬國內首創，螺旋槽面復合有耐磨層，質量輕、耐腐蝕。由圖2可知，LP900型螺旋溜槽選別效果較好，回收率接近，精礦品位高于GL型螺旋溜槽。后續采用LP900螺旋溜槽進行試驗。

圖2 不同型號螺旋溜槽重選試驗結果

3.1.2 接礦口寬度

螺旋溜槽接礦口寬度過寬，精礦產率高、品位低，接礦口過窄，精礦產率低、回收率低，因此合理的接礦口寬度是螺旋溜槽分選礦物的關鍵。為確定螺旋溜槽精礦、中礦和尾礦產品適宜的產率，進行了粗選精礦接礦口寬度試驗，結果見圖3。由圖3可知，隨著精礦接礦口寬度逐漸加寬，精礦品位不斷降低，回收率逐漸升高，當接礦口寬度2.5 cm時，粗選精礦TiO2品位19.26%、回收率33.98%，精礦品位和回收率較合理，故確定粗選精礦接礦口寬度2.5 cm。

圖3 精礦接礦口寬度試驗結果

3.1.3 掃選次數

螺旋溜槽掃選次數影響精礦產品指標。掃選次數少，回收率達不到要求，尾礦損失量大；掃選次數越多，回收率越高，但精礦品位低。掃選次數試驗流程見圖4，結果見表4。由表4可知，經過一粗二掃重選，獲得的總精礦TiO2品位15.63%、回收率69.01%，尾礦TiO2品位6.18%、回收率30.99%。尾礦中TiO2含量較低，達到最大限度拋除脈石的目的，同時綜合精礦TiO2品位也達到了浮選給礦要求。

圖4 掃選次數試驗流程

表4 選別次數試驗結果

3.2 浮選試驗

重選精礦含硫0.64%，硫會影響鈦精礦質量，選鈦之前需要先脫硫，一是保證鈦精礦質量，二是礦產資源綜合利用的需要，三是提升鈦鐵礦資源開發利用效益。采用硫酸作礦漿pH值調整劑，在pH＝4條件下，以水玻璃為抑制劑、YTB為捕收劑，經過一粗三精、中礦順序返回的浮選閉路流程，得到了鈦精礦品位46.35%、作業回收率69.95%、對原礦回收率48.27%的良好指標。浮選閉路流程見圖5，結果見表5。其中捕收劑YTB為自主研發新藥劑，目前在實驗室試驗階段，其主要官能團為COO－。

圖5 浮選試驗流程

表5 浮選試驗結果

4 結 語

1）原礦鈦金屬主要分布在－0.074 mm粒級。原料主要金屬礦物為鈦鐵礦；主要脈石礦物鈦輝石、蛇紋石、綠泥石、角閃石、橄欖石等具有一定磁性，因此強磁選回收鈦鐵礦效果不理想，采用螺旋溜槽拋除有害脈石礦物可優化后續浮選給料性質。

2）選用LP900型螺旋溜槽進行重選，經過一粗三掃重選，得到鈦粗精礦TiO2品位提高約5個百分點、回收率達到60%以上，選別指標良好。

3）原礦TiO2品位10.18%，經過“重選-脫硫-浮鈦”流程，得到的鈦精礦TiO2品位46.35%、回收率48.27%。