攀西某選鈦尾礦強磁回收微細粒鈦鐵礦的新工藝試驗研究

黃會春 陳祿政 熊 濤 賴啟威

(1.昆明理工大學國土資源工程學院,云南 昆明 650093;2.贛州金環磁選科技裝備股份有限公司,江西 贛州 341000)

鈦是一種非常重要的戰略材料,因其強度高、耐腐蝕、耐高溫和良好的生物適應性,廣泛應用于航空航天、醫療器械、戶外裝備等行業[1]。我國鈦資源儲量豐富,主要以鈦鐵礦形式存在[2-4],其中,攀枝花地區釩鈦磁鐵礦資源占全國鈦鐵礦總儲量的90%以上[5-6]。近年來,我國對鈦精礦的需求劇增,每年進口鈦精礦超過300萬t,年增長超過15%;因此,提高攀西地區鈦鐵礦資源利用率,對保障我國鈦鐵礦的穩定供應具有重要意義。

目前,攀西地區選鐵尾礦的TiO2品位一般為4%～11%,主要通過SLon強磁選—浮選流程回收其中的鈦鐵礦,全流程TiO2回收率35%左右[7-8],生產1 t TiO2品位47.50%的鈦鐵礦精礦,約產生17 t的尾礦。根據攀枝花釩鈦產業協會的統計[9],2022年攀西地區鈦鐵礦精礦產量為511萬t,同比增長了35.5%,占國內總產量的80.7%;與此對應,選鈦過程產生8 000多萬t TiO2品位5.0%左右的尾礦,其中品位3.5%左右的TiO2以鈦鐵礦形式存在,相當于損失約300萬t的鈦鐵礦。通常,這些尾礦直接排入尾礦庫,造成嚴重的資源浪費和生態環境安全問題。

SLon立環脈動高梯度磁選機具有處理能力大、背景磁場強度高,運行成本低等優點,是迄今分選攀西鈦鐵礦的關鍵技術裝備[10-12]。鑒于當前攀西選鈦尾礦TiO2品位普遍較高的現狀,本文對攀西某礦業公司選鈦尾礦開展了SLon強磁選新工藝試驗研究,旨在進一步降低選鈦尾礦的TiO2品位,提高鈦精礦的產量和TiO2回收率。

1 試樣性質

試樣取自攀西地區某選鈦廠的尾礦(以下簡稱試樣),主要有用礦物為鈦鐵礦和鈦磁鐵礦,脈石礦物主要為榍石和硅酸鹽礦物。試樣化學成分分析結果見表1,鈦化學物相分析結果見表2,粒度篩分分析結果見表3。

表1 試樣化學成分分析結果Table 1 Main chemical compositions analysis results of the sample %

表2 試樣鈦化學物相分析結果Table 2 Chemical titanium phase analysis results of the sample %

表3 試樣粒度篩分分析結果Table 3 Size-by-size analysis results of the sample

由表1、表2可以看出,選鈦尾礦試樣TiO2品位4.77%,Fe品位10.10%。Cu、Co、Ni、Cr等共伴生元素含量偏低,有害元素P、S含量偏高。TiO2主要賦存于鈦鐵礦中,分布率為67.97%;其次分布于榍石和硅酸鹽中,分布率為27.23%,該部分為脈石礦物,為鈦的合理損失;少量分布于鈦磁鐵礦、金紅石物相中。

從表3可以看出,+0.15 mm粒級產率達到50.67%,TiO2分布率為44.14%。-0.019 mm微細粒級產率達到24.78%,TiO2分布率達到35.22%,該粒級TiO2品位最高,為6.78%,遠高于其他粒級,說明該尾礦粗細分布極不均勻。如何提高+0.15 mm和-0.019 mm粒級鈦回收率將是主要的研究方向。磨礦粒度過粗,粗粒級單體解離不完全,高梯度磁選機一次選別難以達到理想指標;微細粒級產率高,采用低的磁感應強度難以回收。

2 選鈦試驗研究

2.1 SLon-100周期式脈動高梯度磁選機條件探索試驗

2.1.1 粗選條件試驗

考慮到部分試驗物料粒度偏粗,為避免磁介質堵塞,所以粗選試驗采用3.0 mm棒介質,固定給礦量200 g/次,脈動沖次250 r/min、脈動沖程8 mm、礦漿流速5.0 cm/s,分析磁感應強度對粗選指標的影響,試驗結果見表4。

表4 粗選磁感應強度的影響試驗結果Table 4 Effect of magnetic induction on roughing performance

由表4可以看出,提高磁感應強度,精礦TiO2回收率在不斷上升,但TiO2品位隨之下降。當磁感應強度達到1.2 T時,精礦TiO2品位僅5.52%,尾礦TiO2品位與精礦TiO2品位相差不大,說明此時高梯度磁選效果差。因此,粗選磁感應強度選擇0.7 T,此時精礦產率28.98%,TiO2品位8.26%,TiO2回收率51.37%。

為了進一步提高粗選TiO2回收率,為后續分選創造條件,對磁感應強度0.7 T條件下獲得的磁選粗選尾礦進行篩析,以查明各粒級TiO2回收情況,結果見表5。

由表5可知,-0.019 mm粒級TiO2品位最高,達5.85%,高于試樣TiO2平均品位,且TiO2分布率達42.24%。這主要是,高梯度磁選粗選采用3.0 mm棒介質,為了獲得一定富集比的粗選精礦,選擇的磁感應強度較低(0.7 T),這導致磁捕獲力不足以捕獲超微細粒鈦鐵礦。因此,后面增加掃選作業。

2.1.2 粗選尾礦掃選試驗

粗選尾礦中+0.15 mm粒級TiO2品位僅2.00%左右,因此,首先對粗選尾礦進行0.15 mm篩分,篩上物料直接作為尾礦丟棄,篩下物料進行掃選以回收細粒級鈦鐵礦。由于掃選的給礦粒度較細,因此選擇2.0 mm棒介質,固定給礦量200 g/次,脈動沖次250 r/min,脈動沖程8 mm,礦漿流速5.0 cm/s 進行掃選條件優化試驗,結果見表6。

由表6可以看出,提高磁感應強度,TiO2作業回收率逐漸升高,但精礦品位下降較快。為保證后續綜合精礦品位,選擇掃選磁感應強度為0.8 T,此時掃選精礦作業產率為30.01%,TiO2品位6.96%,TiO2作業回收率51.19%,TiO2品位與粗選精礦較接近。

2.1.3 粗選、掃選合并精礦的精選試驗

為進一步提高精礦TiO2品位,對粗選精礦進行擦洗磨礦2 min,確保0.15 mm粒級的通過率達到100%。隨后將其與掃選精礦合并,形成綜合精礦,以提高礦物的單體解離度,并降低表面浮選藥劑對磁選過程的影響。固定給礦量200 g/次,磁選介質為2.0 mm棒介質,脈動沖次250 r/min,脈動沖程8 mm,礦漿流速5.0 cm/s,對綜合精礦進行精選試驗,結果見表7。

表7 綜合精礦的精選試驗結果Table 7 Cleaning results of combined concentrate from roughing and scanvanging processes

由表7可以看出,當磁感應強度為0.7 T時,最終鈦精礦TiO2品位達到15.69%,TiO2作業回收率76.86%,尾礦品位降低至2.97%?？梢?通過精礦再磨后,SLon磁選機獲得了良好的精選指標。

2.2 全流程試驗

采用上述小型探索條件試驗的技術參數,進行SLon-500磁選機擴大連選流程驗證試驗,試驗前,先將+2 mm粒級礦物采用圓筒隔渣篩進行除雜,試驗數質量流程見圖1,最終鈦精礦化學成分分析結果見表8,產品粒度分析結果見表9。

圖1 全流程試驗數質量流程Fig.1 Quantity and quality results for whole process test

表8 鈦精礦化學成分分析結果Table 8 Chemical composition analysis results of titanium concentrate %

表9 鈦精礦篩析結果Table 9 Size-by-size analysis results of titanium concentrate

從表8和圖1可知,半工業試驗連選流程可獲得產率16.15%、TiO2品位15.52%、TiO2回收率55.33%的最終鈦精礦,綜合尾礦TiO2品位控制在2.50%以下。表8表明,鈦精礦S、P等有害元素含量低,脈石礦物主要是輝石、橄欖石、綠泥石等含Fe元素硅酸鹽礦物。由表9可以看出,SLon磁選機對微細粒鈦鐵礦實現了有效回收。

3 結 論

(1)攀西地區某礦業公司選鈦尾礦TiO2品位4.77%、Fe品位10.10%。其中,鈦鐵礦TiO2分布率67.98%,鈦磁鐵礦中TiO2分布率3.48%,是回收的目的礦物。該尾礦粒度分布不均,粒級越細,TiO2品位和分布率越高;尤其是-0.019 mm粒級TiO2品位高達6.78,TiO2分布率為35.10%。

(2)試驗礦樣經過-2.0 mm隔渣后,采用SLon強磁機粗選,提前丟廢低品位的粗粒級。粗選精礦磨礦至-0.15 mm全通過,粗選尾礦直接丟棄低品位的+0.15 mm粒級,而-0.15 mm粒級進行掃選回收。粗選精礦與掃選精礦合并進行精選,半工業試驗獲得了產率16.15%、TiO2品位15.52%、TiO2回收率55.33%的最終鈦精礦,實現了對選鈦尾礦中微細粒鈦鐵礦的有效回收。

(3)SLon磁選機粗選—粗精礦磨礦—粗選尾礦分級、細粒級掃選—精選全磁選新工藝,具有處理量大、生產成本低、適應性強等技術優點,可以從攀西地區選鈦尾礦中有效回收細粒級鈦鐵礦資源,因此具有十分重要的推廣應用價值。