國外某原生鈦鐵礦選礦工藝試驗研究

鐘森林，謝寶華*，王豐雨，梁燾茂，張超達

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

0 引言

鈦及其合金具有強度高、密度小、耐高溫、耐腐蝕等諸多優點，已經在航天航空工業、海洋工程、熱能工程、化工和石化工業、冶金工業、汽車工業、建筑業、醫療及日常生活等領域獲得了廣泛的應用，被稱為“太空金屬”、“海洋金屬”[1?2]。世界上具有開采價值的鈦礦有原生礦（巖漿鈦礦）和鈦砂礦兩種，原生礦主要有鈦鐵礦、鈦磁鐵礦和鈦赤鐵礦等不同類型的共生礦[3]。我國正處在國民經濟高速發展的階段，對鈦資源的需求呈幾何倍數增長，近年來，我國鈦、鐵等礦產進口量居高不下，研究開發鈦礦資源的回收利用技術具有重要的意義[4?5]。

我國原生鈦鐵礦主要分布于攀枝花-西昌地區以及河北承德地區，鈦鐵礦選礦普遍采用重選-磁選-浮選、重選-電選、單一浮選、磁選-浮選流程[6?8]。國外某地含豐富的鈦鐵礦資源，為開發利用該資源，尋求經濟、合理的工藝流程，筆者針對該鈦鐵礦石開展了多元素分析、礦物組成分析、鈦的分布情況等一系列工藝礦物學研究，該礦石主要可回收礦物為鈦鐵礦，脈石礦物主要為角閃石、長石和綠泥石；因角閃石中含鈦鐵礦或磁鐵礦包裹體，使角閃石磁性增強，采用常規磁選工藝難以獲得高品位的鈦精礦；根據該礦石性質特點，原礦先粗磨后經強磁選拋尾，既提高精選入選品位，又減少精選再磨礦量，粗精礦再磨后，采用新型高效浮鈦捕收劑YTB 進行浮選精選，取得了較好的試驗指標。

1 礦石性質及試驗方法

1.1 礦石性質

礦石性質是開展選礦試驗的基礎，試驗前對原礦進行工藝礦物學研究，原礦多元素分析結果見表1，采用MLA 自動礦物定量測定該樣品各礦物含量，測定結果見表2。由表1、2 可見，該礦中有用礦物主要為鈦鐵礦，其次為少量金紅石，脈石礦物主要為角閃石和長石，其次為綠泥石、金云母、石英、高嶺土等。

結合掃描電鏡和顯微鏡觀察，礦石中鈦鐵礦粒度主要分布范圍在0.03～0.32 mm，屬細、微細粒嵌布類型，呈自形、半自形粒狀鑲晶集合體或單晶充填于角閃石縫隙中；金紅石粒度較細，大多小于0.074 mm，屬微細粒嵌布類型，常與鈦鐵礦伴生或連生，呈不規則粒狀分布在鈦鐵礦邊緣；榍石嵌布粒度介于鈦鐵礦與金紅石之間，主要粒度分布范圍在0.02～0.32 mm，屬細、微細粒嵌布類型，多與鈦鐵礦連生，沿鈦鐵礦裂隙充填交代，呈粒狀分布在鈦鐵礦邊緣或呈微脈狀充填于鈦鐵礦縫中；磁鐵礦嵌布粒度也較細。

采用掃描電鏡能譜儀對鈦鐵礦化學成分進行檢測，本樣品中鈦鐵礦有三種類型：其一，正常鈦鐵礦，一般呈自形、半自形粒狀嵌布在角閃石中，TiO2含量在52.6% 左右；其二，FeTiO3-Fe2O3固溶體分解，鈦鐵礦中析出赤鐵礦片晶或赤鐵礦包裹體，見圖1，這種鈦鐵礦含鈦量偏低而含鐵量高，TiO2含量在48%～50%，FeO 含量49%以上；其三，富鈦鈦鐵礦，鐵因氧化作用而流失，含TiO2量在53%以上最高達57%。從礦石中提取鈦鐵礦單礦物進行分析，TiO2含量為51.25%。

圖1 鈦鐵礦中赤鐵礦片晶Fig.1 Hematite lamellae in ilmenite

鈦在各礦物中的分配見表3，原礦中65.01%的鈦賦存于鈦鐵礦中，4.40%賦存于榍石中，1.06%賦存于金紅石中，微量賦存于磁鐵礦與褐鐵礦中。此外，17.69% 以微細包裹體的形式賦存于角閃石中，其余賦存于石英、長石、綠泥石、高嶺土等脈石礦物中。可見，鈦的賦存較為分散，理論回收率只有65.01%。

表3 鈦在主要礦物中的分配Table 3 Phase analysis of titanium in run-of-mine

1.2 試驗方法

2 試驗結果與討論

2.1 磁選粗選試驗

原礦經磨礦后采用SSS-Ⅰ-145 高梯度磁選機進行一次磁選試驗，得到粗精礦和尾礦。分別進行了磨礦細度、磁場強度條件試驗。

2.1.1 磁選粗選磨礦細度試驗

將原礦磨礦至不同細度后，在0.5 T 磁場強度條件下進行磁選粗選試驗，試驗結果見圖2。

圖2 磁選粗選磨礦細度條件試驗結果Fig.2 Results of grinding fineness condition test in rough magnetic separation

由試驗結果可知，隨著磨礦細度增加，磁選精礦鈦品位越高，但回收率隨之降低，并且在磨礦細度?0.074 mm 含量超過60%后，精礦回收率快速下降；選擇?0.074 mm 占60%為最佳磨礦細度。

2.1.2 磁選粗選磁場強度條件試驗

在?0.074 mm 占60% 的磨礦細度下進行磁場強度條件試驗，試驗結果見圖3。

我和老陳彼此心知肚明，誰都沒提警察來找我的事。三杯酒下去，老陳才變得自在了一些。我給老陳倒上酒，問他前些日子電視上報道的那起車禍的事，抓到那個肇事者沒有。老陳一愣，說那個死者家屬啊，正在尋找目擊者呢。現在的人啊，肯管閑事的不多了。

圖3 粗選磁場強度條件試驗結果Fig.3 Results of magnetic field intensity condition test in rough magnetic separation

由試驗結果可知，隨著磁場強度的升高，精礦TiO2回收率升高，品位逐漸降低，綜合考慮精礦品位和回收率，選用0.5 T 為磁選粗選最佳磁場強度。

在磨礦細度為?0.074 mm 占60%，磁場強度為0.5 T 條件下，磁選粗選獲得TiO2品位25.31%，回收率57.02%的粗精礦。

2.2 磁選精選試驗

為獲得合格鈦精礦產品，對粗精礦進行兩段磁選精選試驗，分別進行了粗精礦再磨礦細度和精選磁場強度試驗，試驗流程見圖4。

圖4 粗精礦再磨磁選精選試驗流程Fig.4 Flow chart of regrinding–cleaner magnetic separation test

2.2.1 粗精礦再磨細度條件試驗

粗精礦經再磨礦至不同細度后，進行磁選精選試驗，精選Ⅰ和Ⅱ的磁場強度為0.5 T，再磨細度條件試驗結果見圖5。

圖5 粗精礦再磨礦細度試驗結果Fig.5 Results of regrinding fineness condition test in cleaner magnetic separation

隨著再磨細度增加，精礦品位越高，回收率越低，當磨至?0.074 mm 占90%后，精礦品位提高不明顯，為獲得較高品位精礦，粗精礦最佳再磨細度選取?0.074 mm 占90%。

2.2.2 粗精礦精選磁場強度條件試驗

將粗精礦再磨至?0.074 mm 占90% 細度下進行精選磁場強度條件試驗，精選Ⅰ和精選Ⅱ采用相同的磁場強度，結果見圖6，精選磁場強度越高，磁性產品的TiO2品位越低，回收率越高；當精選Ⅰ，精選Ⅱ磁場強度為0.1 T 時，可取得TiO2品位為46.54%，對粗精礦回收率為42.60%（對原礦回收率為24.29%）的鈦精礦。

圖6 精選磁場強度試驗結果Fig.6 Results of background magnetic field intensity test in cleaner magnetic separation

2.3 浮選精選試驗

浮選試驗給礦為粗選精礦，采用硫酸和水玻璃為調整劑，YTB 為自研浮鈦鐵礦捕收劑，對再磨礦至?0.074 mm 占90%的粗精礦進行浮選精選試驗，流程見圖7，并分別考察YTB 和水玻璃用量對浮選效果的影響。

圖7 浮選條件試驗流程Fig.7 Flow chart of flotation condition test

2.3.1 捕收劑YTB 用量試驗

粗精礦磨礦至?0.074 mm 占90%，為確定合適的捕收劑YTB 用量，在硫酸用量1 000 g/t，水玻璃用量600 g/t 條件下進行了YTB 用量條件試驗，試驗結果見圖8。

圖8 捕收劑用量試驗結果Fig.8 Results of dosage of YTB collector condition test

由圖8 可知，隨著捕收劑用量增加，粗選鈦精礦回收率增加，而品位一直下降，當YTB 用量達到2 200 g/t 后，回收率增加較少，確定YTB 最佳用量為2 200 g/t。

2.3.2 水玻璃用量試驗

水玻璃對脈石礦物有較好的抑制作用，同時有利于礦漿的分散，在粗精礦磨礦至?0.074 mm 占80%，硫酸用量為1 000 g/t，YTB 用量2 200 g/t 的條件下進行水玻璃用量條件試驗，試驗結果見圖9。

圖9 水玻璃用量試驗結果Fig.9 Results of dosage of water glass condition test

由圖9 可知，隨著水玻璃用量增加，粗選鈦精礦品位逐步增加，而回收率先增加后下降，當水玻璃用量達到600 g/t 時，精礦TiO2回收率最大，繼續增加水玻璃用量，精礦品位有小幅提升，但精礦回收率大幅下降。綜合考慮，選擇600 g/t 為水玻璃最佳用量條件。

2.3.3 浮選閉路試驗

在條件試驗確定捕收劑和水玻璃用量的基礎上開展實驗室小型閉路試驗，試驗流程見圖10，試驗結果見表4。

表4 全流程閉路試驗結果Table 4 Results of closed-circuit flotation test

圖10 全流程閉路試驗流程Fig.10 Flow chart of closed-circuit flotation test

從表4 試驗結果可知，原礦粗磨后經磁選取得粗精礦，粗精礦再磨經一粗一掃兩精選浮選閉路試驗，可以獲得產率8.74%，TiO2品位47.41%，回收率50.32%的鈦精礦。

3 結論

1）原礦中有用礦物主要為鈦鐵礦，其次為少量的金紅石，脈石礦物主要為角閃石、長石和綠泥石。鈦的賦存狀態查定表明，鈦鐵礦中鈦占總鈦65%左右，金紅石中鈦占原礦總鈦的1%，硅酸鹽礦物-榍石中的鈦占原礦總鈦的4%～5%。以微細包裹體存在于角閃石、綠泥石、長石等脈石礦物中的鈦占原礦總鈦的30%左右，鈦的理論回收率只有65.01%，鈦鐵礦單礦物分析結果表明，鈦精礦的理論品位為TiO251.25%。

2）角閃石中含鈦鐵礦或磁鐵礦包裹體，這些包裹體包含于角閃石中，引起角閃石磁性增強，并與鈦鐵礦磁性相近或相同，影響磁選分離富集鈦鐵礦。

3）在磨礦細度為?0.074 mm 占60%，磁場強度為0.5 T 條件下，磁選粗選獲得TiO2品位25.31%，回收率57.02%的粗精礦。

4）對粗精礦采用兩段磁選精選只能獲得TiO2品位46.54%，回收率24.29%的鈦精礦；采用磨礦-磁選-粗精礦再磨-浮選一粗二精一掃工藝流程，可以獲得TiO2品位為47.41%、回收率50.32% 的鈦精礦。