清潔方法生產高品位鈦精礦試驗研究

宋曉敏

承德作為釩鈦資源的重地，此地的某選廠以發展壯大釩鈦新材料產業為己任，全面推進鈦產品加工及產品研發，全力補足鈦產品技術短板，加快國家釩鈦新材料技術創新中心建設。去年以來，承德某公司高品位鈦精礦銷量同比提升119%，為優化鈦產品結構創造了有利條件。

我國的鈦精礦資源儲量豐富，分布廣，但貧礦多，富礦少，單一的鈦礦少，伴生金屬礦多，所以選礦工藝的好壞直接影響了鈦金屬的收集。面對不同的物料性質，選擇不同的工藝流程，使用不同的選礦設備，才能保證理想的效果。一直以來，承德某公司作為國家釩鈦鋼鐵產業化先導企業，堅持以技術創新為引領，深化釩鈦磁鐵礦綜合利用技術的研究，目前此公司大高爐冶煉鐵釩鈦磁鐵礦技術達到行業先進水平，釩制品高端產品結構持續優化，高純氧化釩、釩鋁合金等單打冠軍產品得到國內外用戶青睞。為了深入開發利用鈦資源，此公司技術人員加強國際科研平臺技術合作，利用對標挖潛等有效手段，查不足，擺短板，有針對性開展鈦粉和鈦錠等產品研發。去年以來，為提高鈦元素綜合利用效率，此公司通過技術工藝革新，實現了高品位鈦精礦提質增量，為深化鈦產品研發，提供了有力支撐。

一般來說高品位鈦精礦的鈦品位范圍為≥45%，傳統工藝都是使用浮選方法選別。高品位鈦精礦主要用于深加工生產鈦白粉或海綿鈦，根據產品不同，對硫、硅、磷、細度等指標要求也不相同。主流生產工藝是使用強磁選配合浮選的選別，該方法生產成本高且由于使用大量浮選藥劑，對水質及大氣都有一定污染；而使用重選流程回收率低但要選別到高品位鈦精礦回收率低且產品質量不易保障。本次試驗通過對強磁選和重選的工藝重新組合調整，針對性分級磨礦，并對磁化后礦物再脫磁，減少磁化影響，在對尾礦再回收，有效降低生產成本，提高綜合金屬回收率，減少環境污染源，同時產品各項指標均能滿足客戶要求。

1 礦石性質

試驗原礦為該選鈦廠生產的低品位鈦精礦，對試驗原礦進行原礦多元素分析和粒級組成分析。

礦樣的化學多元素分析結果可知，試樣中鐵和鈦是選礦回收的主要組分。需要排除和降低的組分主要是SiO2、Al2O3、CaO、MgO。

原礦多元素分析：

成分TiO2，含量30.53，成分Tfe，含量28.19。

成分FeO，含量25.67，成分Ni，含量0.011。

成分V2O5，含量0.03，成分SiO2，含量20.12。

成分Al2O3，--含量13.27，成分CaO，含量3.28。

成分MgO，含量2.78；，--成分Sc2O3，含量0.0011。

成分P2O5，-含量0.031，成分S，含量0.52。

礦物組成及含量：

經鏡下鑒定，金屬礦物均以鈦鐵礦和磁鐵礦為主，同時尚有少量金紅石、銳鈦礦、白鈦礦、褐鐵礦和赤鐵礦；金屬硫化物主要是黃鐵礦，其次是黃銅礦、偶見銅藍、白鐵礦、閃鋅礦和磁黃鐵礦的零星分布；脈石礦物則以綠泥石和斜長石為主，其次是黑云母、金云母、絹云母、黝簾石、輝石、角閃石、方解石、石英和磷灰石，此外還有極少量的石榴石，尖晶石、鋯石，榍石等。

原礦粒級分析：

粒級60目，尺寸0.2mm，產率38%，品味29.62%。

粒級80目，尺寸0.18mm，產率12.5%，品味29.57%。

粒級100目，尺寸0.15mm，產率7.5%，品味29.9%。

粒級140目，尺寸0.10mm，產率12%，品味30.98%。

粒級170目，尺寸0.09mm，產率6.5%，品味31.11%。

粒級200目，尺寸0.074mm，產率5%，品味31.38%。

粒級270目，尺寸0.053mm，產率7.5%，品味31.47%。

粒級325目，尺寸0.045mm，產率0.5%，品味32.93%。

粒級400目，尺寸0.037mm，產率1.5%，品味32.65%。

粒級-400目，尺寸-0.037mm，產率9%，品味33.52%。

從這些數據中可以看出原礦中隨顆粒減少，鈦品位也隨之提高，將該部分細粒級回收可有效降低尾礦品位，提高綜合金屬回收率。

2 試驗方法和設備

試驗主要使用螺旋溜槽提高鈦精礦品位后，對溜槽精礦進行脫磁處理，最后使用高梯度強磁機對脫磁后鈦精礦進行強磁選，將鈦精礦提升至45%以上。

試驗主要設備：刻槽溜槽，設備型號Φ1200*700。

高梯度強磁機，設備型號Slon-100。

三輥四筒棒磨機，設備型號XMB-70Ⅱ型。

頂擊式標準篩振篩機，設備型號SDB-200。

3 選礦試驗

3.1 重選試驗

鈦精礦的選礦過程比較復雜，涉及到重選、磁選、浮選、電選等多種選礦方法，所以需要用到的選礦設備也比較多。包括將礦粒按粒度分級的濃縮機、選別尾礦的重選設備、除去強磁礦物的弱磁選機、選出鈦精礦的強磁選機、浮選硫化物和細粒鈦精礦的浮選機、精選鈦礦的電選機等。

鈦精礦的選礦工藝流程要依據鈦鐵礦的性質進行設計。常見的選礦工藝流程有兩種，“重選——強磁選——浮選”或者“重選——強磁選——電選（選別前除硫）”。流程開始，先通過濃密機將礦粒進行分級，將粗粒的礦石和細粒的礦石區分。粗粒的礦石用重選的方法分級出細粒礦石和尾礦。重選的成本低，對環境污染小，可以通過螺旋溜槽、搖床等設備選除大部分的無用脈石和泥土，獲得富集的精礦。

磁選出鈦精礦剩下的物質，并不是無用，經過浮選的過程，還可以獲取鈦精礦。鈦精礦的浮選捕收劑常用脂肪酸類，油酸及其鹽類，經過多年實踐，研究人員發現多種藥劑的組合效果會優于單一藥劑的使用效果，所以近些年來也一直在探究藥劑的協同作用。

由于試驗原礦主要回收較細顆粒礦物，重選設備規格型號對選別效果影響明顯，所以本次試驗是按Φ1200*700刻槽螺旋溜槽、Φ1200*720螺旋溜槽及Φ900*540螺旋溜槽三種溜槽各自對應處理量及統一28%濃度給礦，選別出鈦精礦品位都為30%左右，對比三種溜槽的金屬回收率。試驗流程為一段溜槽重選后精礦在經一段搖床選別，每種條件多次重復試驗后得出平均值。

試驗結果為：

12008*700刻槽溜槽：鈦精礦產率為5.00%，鈦精礦回收率為30.00%。

1200*720螺旋溜槽：鈦精礦產率為5.00%，鈦精礦回收率為25.00%。

900*540螺旋溜槽：鈦精礦產率為5.00%，鈦精礦回收率為28.00%。

從這些數據中可以得出，在相同給礦條件下選別相同指標的鈦精礦，設備產率、回收率由高到低的順序為1200*700刻槽溜槽、900*540螺旋溜槽、1200*720螺旋溜槽。

3.2 給礦濃度選擇試驗

重選試驗設備使用1200*700刻槽溜槽，原礦為強磁尾礦，調整給礦濃度范圍為20%～40%，選別出最終品位為30%左右的鈦精礦。試驗流程為使用不同濃度礦漿給至溜槽重選后對比回收率，每種條件多次重復試驗后得出平均值。

給礦濃度試驗結果為：

給礦濃度20%，鈦精礦回收率為22%。

給礦濃度25%，鈦精礦回收率為26%。

給礦濃度30%，鈦精礦回收率為29%。

給礦濃度35%，鈦精礦回收率為27%。

給礦濃度40%，鈦精礦回收率為25%。

從以上數據可以得出，在使用相同重選設備及原礦，選別相同指標鈦精礦的前提下調整給礦濃度在30%左右時選別效果最優。

對比以上數據可知使用1200*700型刻槽溜槽，給礦濃度控制在30%時效果最佳。

3.3 磨礦試驗

磨礦細度直接關系到有用礦物和脈石礦物的解離度，對后續強磁選選指標有著重要影響。磨礦細度不夠，有用礦物與脈石礦物解離不充分，回收率和精礦品位都不高；磨礦細度過高，會造成過粉碎，影響磁選指標。磨礦細度試驗采用1次粗選流程，每種條件多次重復試驗后得出平均值。

磨礦細度試驗結果：

磨礦細度15%，鈦精礦品位為38.5%，鈦精礦回收率為42.8%。

磨礦細度20%，鈦精礦品位為40%，鈦精礦回收率為42%。

磨礦細度25%，鈦精礦品位為42%，鈦精礦回收率為39%。

磨礦細度35%，鈦精礦品位為38.8%，鈦精礦回收率為38.7%。

從以上數據中可以得出，隨著磨礦細度的提高，精礦中鈦金屬回收率逐漸升高，損失在尾礦中的鈦金屬逐漸減少，但是當磨礦細度大于25%后，鈦精礦品位逐漸降低。綜合考慮，確定該鈦礦合適的磨礦細度為-200目占25%。

3.4 磁選試驗

為了進一步確定磁選機磁場強度和給礦品位，仍需要分別在不同磁場強度和給定礦品位的條件下選擇最優選別條件。

3.4.1 磁選機磁場強度試驗

磁場強度的選擇決定最終鈦精礦品位能不能符合指標要求，若磁選強度過低，可能導致精礦品位好，但尾礦品位高，回收率低；磁選強度過高則可能導致回收率高，但精礦品位低，不能滿足TiO2≥45%,所以需要在不同磁場強度條件下選擇最優的磁場，試驗使用該礦物重選至TiO2品位為36.7%，并細磨至細度24.6%，分別在磁場強度為6000GS、6500GS、7000GS、7500GS、8000GS條件下進行磁選試驗。

試驗結果為：

場強6000GS，原礦品位（TiO2）36.72，精 礦品位（TiO2）44.42，尾礦品位（TiO2）21.08，產率67.01%，回收率81.06%。

場強6500GS，原礦品位（TiO2）36.72，精 礦品位（TiO2）44.61，尾礦品位（TiO2）19.81，產率68.19%，回收率82.84%。

場強7000GS，原礦品位（TiO2）36.72，精 礦品位（TiO2）44.83，尾礦品位（TiO2）17.27，產率70.57%，回收率86.16%。

場強7500GS，原礦品位（TiO2）36.72，精 礦品位（TiO2）44.73，尾礦品位（TiO2）16.83，產率71.29%，回收率86.84%。

場強8000GS，原礦品位（TiO2）36.72，精 礦品位（TiO2）44.13，尾礦品位（TiO2）16.21，產率73.46%，回收率88.28%。

從以上數據中可以得出，綜合精礦品位、產率、回收率三項指標在7000GS場強下選別效果最佳，但是考慮生產過程中磁選場強存在磁場衰減的情況，在生產中選擇使用7500GS。

3.4.2 磁選給礦品位試驗

在確定磁選機場強后，需要進一步確定給礦品位，為了確保磁選機精礦品位TiO2≥45%，且產量最大化，需找到滿足條件的最低給礦品位，試驗使用7500GS場強磁選機，在不同品位在進行磁選試驗，結果如下：

場強7500GS，原礦品位（TiO2）35.57，精 礦品位（TiO2）43.82，尾礦品位（TiO2）16.17，產率70.16%，回收率86.44%。

場強7500GS，原礦品位（TiO2）36.72，精 礦品位（TiO2）44.73，尾礦品位（TiO2）16.83，產率71.29%，回收率86.84%。

場強7500GS，原礦品位（TiO2）37.28，精礦品位（TiO2）45.21，尾礦品位（TiO2）17.07，產率71.82%，回收率87.1%。

場強7500GS，原礦品位（TiO2）38.27，精礦品位（TiO2）45.53，尾礦品位（TiO2）17.99，產率73.64%，回收率87.61%。

場強7500GS，原礦品位（TiO2）39.01，精礦品位（TiO2）46.13，尾礦品位（TiO2）18.21，產率74.5%，回收率88.10%。

由以上數據中可以得出，在使用7500GS場強磁選機的前提下，要想獲得TiO2品位≥45%的高品位鈦精礦，必須保證磁選機給礦TiO2品位≥37.2%。

3.5 工藝流程

通過以上試驗，確定了各主要工序的選別條件，結合各選別條件和生產實際情況初步設計工藝流程，該流程如下：

弱磁尾礦經過篩分，篩上的尾款進入總尾礦堆，篩下的細尾礦經過一段重選，篩選出精礦和尾礦，尾礦與上一環節的篩上弱磁尾款一同進入總尾礦堆，精礦經過再檢查篩分，篩上的尾礦經過球磨機粉磨再回到上一層級的篩分，經過不停的篩分進入二段重選，二段重選分為精礦、中礦和尾礦，二段重選的精礦和中礦經過強磁選出高鈦精礦和低鈦精礦。

4 結語

隨著近年來設備技術發展完善，選別效率不斷提高，可嘗試使用污染更小的強磁選替代浮選選別高品位鈦精礦。通過試驗確定合適的選別條件，根據各選別條件制定合理的工藝流程完全可以實現在高品位鈦精礦的選礦方法中省去了浮選工序，減少環境污染源，且最終得到的高品位鈦精礦的各項指標均能達到深加工的高要求，實現了穩定連續生產細磨、低硫、高品位鈦精礦的目的。