埃及某海濱砂礦選礦試驗(yàn)研究*

彭少偉 王 前 王兆連 劉風(fēng)亮 盧 昊王世華 竇海濤 魏守江 李永昊

(1 山東華特磁電科技股份有限公司 山東 濰坊 262600)

(2 山東省級(jí)磁力應(yīng)用技術(shù)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東 濰坊 262600)

隨著陸地礦石資源的日益減少,人們?cè)絹碓街匾暫５踪Y源的開發(fā)與利用,特別是近年來針對(duì)海濱砂礦的開發(fā),越來越受到各個(gè)國(guó)家的重視。海濱砂礦是指在海濱地帶的河流、波浪、潮汐和海流作用下,使砂質(zhì)沉積物中的重要礦物碎屑富集而形成的礦床[1]。它既包括現(xiàn)處在海濱地帶的砂礦,也包括在地質(zhì)時(shí)期形成的海濱因海面上升或海岸下降而處在海面以下的砂礦[2]。鈦鐵礦和金紅石是冶煉金屬鈦、制造鈦白粉及電焊條、焊藥等的重要原料;鋯英石主要用于耐火材料、陶瓷、玻璃、鑄造行業(yè)。埃及海濱砂礦礦床中的鈦鐵礦與鋯英石資源儲(chǔ)量較大。筆者以埃及某海濱砂礦為研究對(duì)象,進(jìn)行選礦工藝試驗(yàn)研究,采用分級(jí)—重選—弱磁—中磁—強(qiáng)磁—中礦再磨再選等聯(lián)合選礦工藝流程,使含鐵、鈦、鋯等礦物得到了有效的分選。

1 原礦性質(zhì)

1.1 化學(xué)成分分析

試驗(yàn)用樣為埃及某海濱砂礦,其化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果(質(zhì)量%)

從表1分析可知,砂礦中有價(jià)金屬主要為鈦和少量磁性鐵;有價(jià)非金屬主要為鋯,其中REO、Sn、V2O5等含量較低;脈石礦物主要由SiO2、Al2O3、Mg O、Na2O、K2O、CaO 組成,有害元素S、P 的含量較低。總體而言,該礦屬于低硫、磷,高硅、鐵、鈦、鋯的海濱砂礦,具有較高的選礦價(jià)值。

1.2 礦物組成及物相分析

海濱砂礦礦物組成相對(duì)較為簡(jiǎn)單,主要金屬礦物為鈦鐵礦、金紅石、鈦磁鐵礦,還有少量的榍石、鈣鈦礦、獨(dú)居石、赤鐵礦、褐鐵礦等。主要非金屬礦物為石英、鋯英石、長(zhǎng)石、輝石、角閃石、綠簾石、石榴石等。原礦鈦礦物相分析結(jié)果如表2所示。

表2 原礦鈦礦物相分析結(jié)果

從表2鈦物相分析可知,含鈦礦物主要以鈦鐵礦為主,含量為16.41%,其次為金紅石,其含量較低為0.67%。鈦鐵礦具有弱磁性,純的金紅石無磁性,金紅石常混入鐵、鉭、鈮、鉻等氧化物而具有弱磁性,兩種含鈦礦物的分布率合計(jì)為92.98%。這是砂礦中選礦富集鈦礦物時(shí)TiO2的最大理論回收率,其他含鈦礦物存在含量低、無磁性、細(xì)粒包裹、類質(zhì)同象等問題,無法有效綜合回收。

1.3 原礦粒度分析

筆者對(duì)試驗(yàn)原礦進(jìn)行了粒度分析,結(jié)果見表3。

表3 原礦粒度分析結(jié)果

從表3可以看出,TiO2和Zr O2在粗粒級(jí)中含量較低,在細(xì)粒級(jí)中含量較高。其中+0.54 mm 粗粒中鈦和鋯的含量遠(yuǎn)低于原礦,大部分呈連生體、包裹體賦存;-0.54 mm 細(xì)粒中鈦和鋯的單體解離度較好。依據(jù)原礦粒級(jí)不均勻分布的特點(diǎn),可采用篩分去除粗砂的方法富集含鈦、鋯礦物,在提高入選品位的同時(shí)可增加生產(chǎn)處理量。

2 選礦試驗(yàn)

2.1 驗(yàn)方案確定

海濱砂礦顆粒均勻,呈渾圓狀,有用礦物大部分已單體解離。重礦物主要有磁鐵礦、鈦磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯英石、金紅石、獨(dú)居石、錫石等;輕礦物主要有石英、長(zhǎng)石、輝石、角閃石、綠簾石、石榴石等[3]。磁鐵礦、釩鈦磁鐵礦、鈦鐵礦、獨(dú)居石等礦物具有磁性,含鐵、鉭、鈮的金紅石也具有弱磁性,金紅石、鋯英石等礦物密度較大;金紅石、鈦鐵礦、磁鐵礦等礦物具有導(dǎo)電性。各礦物間存在密度、比磁化率、電導(dǎo)率、可浮性等差異,海濱砂礦多采用重選、磁選和電選工藝,有時(shí)也采用浮選工藝[4]。

依據(jù)原礦多元素分析、礦物組成、物相分析、粒度分析等結(jié)果確定,該海濱砂礦應(yīng)采用篩分粗砂—重選除砂—弱磁選鐵—中磁鈦鋯分選+鈦礦精選—強(qiáng)磁鋯精提純—中礦再磨再選的選礦試驗(yàn)流程,從而選出合格的磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯英石等精礦產(chǎn)品。

2.2 分級(jí)—重選試驗(yàn)

+0.54 mm 粗粒砂中主要礦物為石英、長(zhǎng)石等脈石礦物,含鐵、鈦、鋯礦物的占比較低,可采用篩分方式提前去除粗砂;-0.54 mm 細(xì)粒砂中主要脈石礦物有石英、長(zhǎng)石、輝石、角閃石、石榴石等。這些脈石礦物與磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯英石、金紅石等礦物的密度差異較大,可采用重選方式進(jìn)行分選[5]。原礦經(jīng)30目(+0.54 mm)篩分粗砂,-30目(-0.54 mm)篩下產(chǎn)品經(jīng)螺旋溜槽重選除砂,其試驗(yàn)流程見圖1,試驗(yàn)結(jié)果分別見表4和表5。

圖1 分級(jí)—重選除砂試驗(yàn)流程

從表4 可以看出,原礦經(jīng)30 目分級(jí)產(chǎn)出產(chǎn)率為17.32%的粗粒砂,鈦、鋯含量均較低,主要為連生體或包裹體;細(xì)粒產(chǎn)品中的鈦和鋯品位分別提高了3.45%和4.03%,回收率分別為98.15%和98.18%,分級(jí)試驗(yàn)效果十分明顯。

表4 篩分試驗(yàn)結(jié)果

從表5可以看出,篩分工藝可提前去除低品質(zhì)粗粒砂質(zhì),細(xì)砂經(jīng)螺旋溜槽重選流程可將大部分密度相對(duì)較小的石英、長(zhǎng)石、輝石、角閃石、綠簾石、石榴石及部分細(xì)粒氧化鐵、鈦礦物提前去除。主要有價(jià)礦物鈦和鋯的含量由原礦的18.43%、21.48%分別提高至26.76%、31.06%,回收率分別為96.47%和96.04%。篩分+重選預(yù)先拋尾工藝流程,對(duì)于此類海濱砂礦可以有效地提高入選品位及生產(chǎn)處理量,大幅度地降低生產(chǎn)成本[5]。

表5 篩分+重選試驗(yàn)結(jié)果

2.3 弱磁選鐵試驗(yàn)

由礦物組成和鈦物相分析可知,海砂中含有少量強(qiáng)磁性的磁鐵礦和鈦磁鐵礦,應(yīng)采用弱磁方式預(yù)先選出,可以提高經(jīng)濟(jì)效益與后續(xù)鈦、鋯的選礦指標(biāo)。螺旋溜槽選出的重礦物經(jīng)筒式磁選機(jī)后,做不同磁場(chǎng)強(qiáng)度選鐵對(duì)比試驗(yàn),流程為一次磁選。其試驗(yàn)結(jié)果見表6。

從表6可以看出,精礦中全鐵TFe品位分別為60.82%、60.57%,兩種磁選條件的鐵精礦品位與鈦、鋯的含量均相近。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加,磁尾中的鐵含量逐步降低,鈦與鋯的含量逐步提高。精礦中含有部分強(qiáng)磁性的鈦磁鐵礦,采用物理方式無法分離。綜合鐵、鈦、鋯的選礦指標(biāo)與損失率,弱磁選鐵的磁磁場(chǎng)強(qiáng)度度以3000 Gs為適宜。從而可獲得產(chǎn)率為5.71%、TFe 品位為60.57%,含7.08%的TiO2,0.38%的V2O5磁鐵精礦產(chǎn)品,V2O5含量未達(dá)到0.65%的釩精礦質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。弱磁選鐵尾礦中主要礦物為鈦鐵礦、鋯英石、金紅石、獨(dú)居石及少量的脈石礦物。

表6 弱磁選鐵試驗(yàn)結(jié)果

2.4 鈦鋯分選試驗(yàn)

鈦鐵礦的密度為4.5～5.5 g/cm3,鋯英石的密度為4.4～4.8 g/cm3,這兩種礦物的密度相近,采用重選方式不能有效分選;但鈦鐵礦具有弱磁性,鋯英石純礦物無磁性,可采用磁選方式進(jìn)行分選;鈦鐵礦為導(dǎo)體,鋯英石為非導(dǎo)體,可采用電選的方式分離;鈦鐵礦可在弱酸性條件下浮選,而鋯英石的浮游范圍為堿性,可采用浮選方式進(jìn)行分選[7]。

從生產(chǎn)效益、成本、效率、環(huán)保等多方面考慮,選擇立環(huán)高梯度磁選機(jī)進(jìn)行鈦與鋯分選,在30%礦漿濃度、20 Hz脈動(dòng)等條件下對(duì)比不同磁磁場(chǎng)強(qiáng)度度的分選指標(biāo),流程為一次磁選。其試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 鈦鋯分選試驗(yàn)結(jié)果

在立環(huán)高梯度磁選機(jī)鈦鋯分選試驗(yàn)指標(biāo)中,鈦精礦中鈦的品位與磁磁場(chǎng)強(qiáng)度度成反比,鈦回收率與磁磁場(chǎng)強(qiáng)度度成正比;鋯精礦中鋯的品位與磁磁場(chǎng)強(qiáng)度度成正比,回收率與磁磁場(chǎng)強(qiáng)度度成反比。低磁場(chǎng)強(qiáng)度磁選時(shí)夾帶現(xiàn)象較輕,鈦精礦品位較高,而鋯精礦中含鈦較多;高磁場(chǎng)強(qiáng)度磁選時(shí)夾帶現(xiàn)象加重,鈦精礦中含鋯增加,而鋯精礦的品質(zhì)較優(yōu)。其中以立環(huán)0.8 T 磁選的指標(biāo)適中,可分選出品位分別為50.97%的鈦精礦和64.91%的鋯精礦兩種產(chǎn)品。

試驗(yàn)結(jié)果說明,通過立環(huán)高梯度磁選機(jī)在合適的條件下可有效地分選密度相近的鈦鐵礦與鋯英石礦物。

2.5 鈦鐵礦精選試驗(yàn)

立環(huán)高梯度磁選機(jī)選出鈦鐵精礦中的雜質(zhì)主要為連生體狀態(tài)賦存或磁選夾帶的鋯英石及少量磁性相近的氧化鐵礦物,需要通過磁選方式去除這部分礦物雜質(zhì),從而選出高品質(zhì)的鈦鐵精礦產(chǎn)品來提高經(jīng)濟(jì)效益。

選擇立環(huán)高梯度磁選機(jī)、干式磁選機(jī)等設(shè)備進(jìn)行干、濕法鈦精選對(duì)比試驗(yàn),其中立環(huán)條件為降低磁場(chǎng)強(qiáng)度和增加脈動(dòng);干選機(jī)為常規(guī)40 Hz筒體轉(zhuǎn)速,流程均為一次選別。鈦精選試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 鈦鋯分選試驗(yàn)結(jié)果

從表8可以看出,兩種條件精選所得的鈦精礦中TiO2品位分別為52.86%、52.84%,均達(dá)到52%的一級(jí)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),鈦回收率以立環(huán)0.6 T 條件時(shí)為最高的99.10%。

立環(huán)高梯度磁選機(jī)在介質(zhì)、脈動(dòng)、磁場(chǎng)強(qiáng)度、濃度等方面可適當(dāng)調(diào)整,在選礦指標(biāo)、工作效率、生產(chǎn)成本、設(shè)備維護(hù)、處理能力等方面具有較為明顯的優(yōu)勢(shì),適合于中弱磁性礦物規(guī)模化的選別,可以選出高品質(zhì)的鈦鐵精礦產(chǎn)品。在鏡下觀測(cè),鈦精礦含有部分具弱磁性的金紅石;尾礦中含鈦、鋯礦物基本上呈連生體和包裹體狀態(tài),礦物互含率較高,可以采用磨礦再選工藝綜合回收。

2.6 鋯英石強(qiáng)磁除雜提純?cè)囼?yàn)

立環(huán)鈦鋯分選產(chǎn)出的鋯精礦中含有少量的鈦鐵礦、金紅石、獨(dú)居石、石榴石等與鋯英石密度相近的礦物,采用重選方式提純的效果較差。這部分雜質(zhì)礦物大部分具弱磁性,可以采用高磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁選方式去除。選擇立環(huán)高梯度磁選機(jī)磁磁場(chǎng)強(qiáng)度度分別為1.4 T、1.7 T 兩種條件進(jìn)行強(qiáng)磁除雜對(duì)比試驗(yàn),脈動(dòng)為5 Hz,流程為一次磁選。其試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 鈦鋯分選試驗(yàn)結(jié)果

從表9可以看出,立環(huán)1.4 T 磁場(chǎng)強(qiáng)度所得鋯精礦中Zr O2品位達(dá)到65.28%,鈦含量為0.86%,達(dá)到二級(jí)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。立環(huán)1.7 T 磁場(chǎng)強(qiáng)度所得鋯精礦Zr O2品位為65.76%,鈦含量為0.46%,達(dá)到一級(jí)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。磁性物中所含鋯與鈦品位均較高,在鏡下觀測(cè)基本上呈連生及包裹體狀態(tài)賦存,可以采用磨礦再選工藝綜合回收。

2.7 混合中礦再磨再選試驗(yàn)

鈦和鋯精選產(chǎn)生的中礦粒度較粗,鈦和鋯品位較高,基本上為呈連生或包裹體賦存,需細(xì)磨礦使其達(dá)到充分單體解離后再通過重選+磁選地方式進(jìn)行回收。將混合中礦再磨礦至-300目92.50%,經(jīng)過螺旋溜槽重選拋去部分低密度的雜質(zhì)礦物,再采用立環(huán)0.6 T磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行鈦鐵礦與鋯英石的分選。其試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 鈦鋯分選試驗(yàn)結(jié)果

鈦鐵礦和鋯英石兩種中礦合并磨礦后經(jīng)溜槽重選+立環(huán)分選工藝,可產(chǎn)出品位50.16%的鈦精礦和品位60.47%的鋯精礦產(chǎn)品,提高了有價(jià)金屬的回收率,這兩種產(chǎn)品可分別并入精礦中。

2.8 全流程試驗(yàn)

在各條件試驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)埃及某海濱砂礦進(jìn)行鐵、鈦、鋯有價(jià)礦物綜合選礦全流程試驗(yàn):原礦經(jīng)30目篩去粗砂—細(xì)砂經(jīng)螺旋溜槽重選去除低密度脈石礦物—溜槽重礦物經(jīng)3 000 Gs筒式磁選機(jī)選磁鐵礦—磁尾經(jīng)0.8 T 立環(huán)粗選+0.6 T 立環(huán)精選鈦鐵礦—0.8 T 立環(huán)非磁性物鋯英石經(jīng)1.7 T 立環(huán)強(qiáng)磁除雜提純+中礦合并磨礦經(jīng)溜槽+0.6 T 立環(huán)鈦鋯分選。全流程工藝見圖2;試驗(yàn)結(jié)果見表11。

圖2 埃及某海濱砂礦分級(jí)、重選、磁選試驗(yàn)全流程

表11 鈦鋯分選試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表11

3 結(jié)論

(1)對(duì)不均勻分布的海濱砂礦采用篩分方式去除低品質(zhì)的粗砂,細(xì)砂采用溜槽重選的方式去除密度較低的鋁硅酸鹽礦物,可大幅度地提高入選品位、增加生產(chǎn)處理量、降低生產(chǎn)成本。

(2)重礦物經(jīng)弱磁選可得產(chǎn)率為3.78%,含7.06%的TiO2,0.38%的V2O5,TFe品位為60.53%,鐵回收率為18.80%的含釩鈦磁鐵精礦產(chǎn)品。

選鐵尾礦采用立環(huán)高梯度磁選機(jī)進(jìn)行鈦鋯分選,再經(jīng)立環(huán)進(jìn)行鈦精選,與中礦再磨再選所得鈦精礦合并后,可獲得產(chǎn)率為29.86%,TiO2品位為52.68%,回收率為88.32%的一級(jí)品鈦鐵精礦產(chǎn)品。

鈦鋯分選所得鋯英石精礦以1.7 T 高磁場(chǎng)強(qiáng)度的立環(huán)高梯度磁選機(jī)強(qiáng)磁選提純,與中礦再磨再選所得鋯精礦合并后,可獲得產(chǎn)率為29.64%,品位65.58%的Zr O2,回收率為91.05%的一級(jí)品鋯英石精礦產(chǎn)品。(3)砂礦中V2O5、REO、Sn等元素的含量較低,故未產(chǎn)出釩鐵礦、獨(dú)居石、錫石等產(chǎn)品;大部分含鐵、鉭、鈮等類質(zhì)同象具弱磁性的金紅石被強(qiáng)磁選入鈦鐵精礦中。