攀西地區某低品位釩鈦磁鐵礦選礦試驗

何 浩 周博文 李忠斌

（四川省川威集團礦業總公司）

我國的釩鈦磁鐵礦主要分布在四川攀枝花—西昌、河北承德以及陜西漢中等區域，尤其是攀西地區的釩鈦磁鐵礦資源高度集中且共伴生多種元素，是我國重要的鐵、鈦、釩自給資源［1-3］。目前，隨著攀西地區整體開采深度的下降，少有高品位的釩鈦磁鐵礦資源可供利用，大多數選廠均針對現狀降低了入選品位以保證低品位資源的利用，因此針對低品位釩鈦磁鐵礦資源，進行相關研究意義重大［4-5］。本文以攀西某低品位釩鈦磁鐵礦為研究對象，在工藝礦物學及前期大量探索試驗的基礎上進行相關試驗，以期為低品位釩鈦磁鐵礦的利用提供有益參考。

1 原礦性質

礦樣取自攀西某釩鈦磁鐵礦，原礦破碎至-3 mm后混勻縮分進行相關工藝礦物學研究。原礦全粒級篩析結果見表1。

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由表1 可知，該礦樣整體粒度較粗，+0.15 mm 粒級產率占比86.95%，鐵礦物與鈦礦物呈現出明顯的正相關分布，這也表明鐵、鈦礦物之間應存在較強的共生關系。

1.1 化學分析

原礦化學多元素分析及鐵、鈦物相分析結果見表2～表4。

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由表2～表4 可知，該釩鈦磁鐵礦TFe 品位19.23%、TiO2品位7.90%，硅、鋁含量均較高，該礦屬于偏酸性低品位釩鈦磁鐵礦，整體上看有價元素除鐵、釩、鈦外，其他元素均未達到可綜合利用的程度；該礦石中的鐵主要賦存于磁鐵礦、赤鐵礦及褐鐵礦中，分布率達76.79%，這3 種礦物也是磁選中回收的主要含鐵礦物；鈦主要賦存于鈦鐵礦中，金紅石的分布率僅為1.03%，難以做到有效回收，故在后續選別工藝中鈦回收的主要對象為鈦鐵礦。

1.2 礦物組成

巖礦鑒定結果表明，該釩鈦磁鐵礦礦石類型主要為輝石巖性鐵礦石和角閃輝石巖性鐵礦石，其中金屬礦物主要有磁鐵礦、鈦鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦以及尖晶石等，多為稀疏-稠密浸染狀構造與塊狀構造。

非金屬礦物包括輝石、角閃石、堿性長石、石英、斜長石、黑云母、金云母、榍石、鋯石、磷灰石、碳酸鹽礦物、蛇紋石、次閃石、絹云母以及綠泥石等，非金屬礦物中的碳酸礦物、蛇紋石、次閃石、絹云母和綠泥石為次生交代蝕變礦物。

1.2.1 主要金屬礦物特征

原礦中主要金屬礦物的嵌布特征見表5。

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（1）磁鐵礦主要為他形-半自形粒狀，少數呈自形晶，解理和裂紋發育，粒徑大于0.05 mm，最大粒徑可達6 mm，呈粒狀或粒狀集合體分布且多與鈦鐵礦連生（圖1），磁鐵礦既可單相產出，也可與鈦鐵礦、尖晶石呈多相產出，常見沿磁鐵礦解理縫析出鈦鐵礦和尖晶石，磁鐵礦為母體，鈦鐵礦和尖晶石為子體，形成葉片狀和格狀固溶體分離結構（圖2）。巖漿早期形成的磁鐵礦和鈦鐵礦呈自形-半自形嵌布于輝石等顆粒中形成嵌晶結構（圖3），含量較少。巖漿晚期磁鐵礦多呈他形-半自形與鈦鐵礦形成集合體，分布于輝石等礦物粒間，形成填隙結構（圖4）或海綿隕鐵結構，該類型磁鐵礦含量多。

（2）鈦鐵礦多呈他形-半自形粒狀，少數呈自形粒狀，部分顆粒見聚片雙晶；顆粒大小懸殊，粒徑一般大于0.05 mm，最大粒徑可達6 mm，多與磁鐵礦連生，二者為共生關系；常見鈦鐵礦呈葉片狀（圖5）或格狀沿磁鐵礦解理縫析出，部分沿脈石礦物解理分布（圖6），形成固溶體分離結構。

（3）黃鐵礦呈他形-半自形粒狀，大部分顆粒較小（多小于0.5 mm），部分與磁鐵礦和鈦鐵礦連生或圍繞細粒暗色礦物顆粒邊部生長，少數沿顯微裂隙呈細脈狀分布（圖7）。

（4）黃銅礦呈他形粒狀（圖8），粒徑較細小（小于0.1 mm），部分與鈦鐵礦連生，部分嵌布在黃鐵礦或脈石礦物中。

1.2.2 主要非金屬礦物特征

（1）輝石呈半自形柱狀，見簡單雙晶，多具中粒結構，粒徑多在2～5 mm，少數呈細粒結構，粒徑在0.5～1.0 mm，局部見普通角閃石反應邊，形成反應邊結構；部分顆粒發生蝕變，蝕變程度整體較弱，蝕變類型主要為蛇紋石化（圖9）、綠泥石化、碳酸鹽化、纖閃石化（圖10）和絹云母化。

（2）普通角閃石主要分為2 種，一種為褐色角閃石，呈細小粒狀，多分布在輝石顆粒邊部或裂隙似反應邊現象，為原生角閃石（圖3）；另一種為綠色角閃石，局部呈半自形柱狀，并與褐色角閃石連生，推測可能為褐色角閃石蝕變形成（圖11）。

（3）堿性長石呈半自形柱狀（圖12），部分顆粒見簡單雙晶，受應力作用部分顆粒見顯微裂隙，整體顆粒較粗大，具中-粗粒結構，粒徑多在3～8 mm，局部較破碎，部分顆粒見顯微裂隙，其中分布少量角閃石。

（4）黑云母呈片狀或細小片狀集合體（圖12），粒徑多在0.5～3.0 mm，部分顆粒發生較弱綠泥石化，受應力作用，部分顆粒中見少量細粒狀不透明礦物，或沿解理縫分布，部分發生綠泥石化。

（5）石英呈他形粒狀（圖12），裂隙發育，具中粒結構，粒徑多在2～5 mm。

（6）鋯石呈半自形粒狀（圖12），大部分粒徑在0.6 mm左右。

（7）斜長石呈半自形-自形柱狀（圖13），見聚片雙晶，粒徑為0.5～5.0 mm。

（8）磷灰石呈半自形-自形柱狀，顆粒大小懸殊，粒徑為0.5～5.0 mm，受應力作用，部分顆粒發生斷裂，局部富集，最高含量可達6%左右。

工藝礦物學研究結果表明，該礦石礦物種類繁多，主要金屬礦物晶粒內部構造復雜，其中磁鐵礦與鈦鐵礦不僅互相密切共生，同時還有數種固溶體分離物，脈石礦物與金屬礦物共生關系復雜，脈石礦物本身種類較多且存在蝕變現象，這些都將是制約選礦指標提升的難點。

2 試驗結果與討論

試樣取自攀西某釩鈦磁鐵礦，以前期探索試驗的相關結論為基礎，該低品位釩鈦磁鐵礦宜采用預先拋尾—階段磨選選鐵—強磁預富集—浮選除硫選鈦選別工藝。

2.1 粗粒拋尾試驗

處理低品位釩鈦磁鐵礦時，采用粗粒預先拋尾工藝不但可以提高物料的入選鐵、鈦品位，同時可以減少后續磨礦和選別的處理量，從而可較大幅度地降低建設成本以及生產成本。將原礦破碎至-50，-20，-10，-5 mm 4 個不同粒度，采用一段干式磁選流程進行拋尾試驗（表6），磁選機磁場強度318.5 kA/m。

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由表6 可知，隨著原礦粒度的減小，精礦產率降低，鐵、鈦品位升高，回收率降低；選別粒度為-5 mm時，雖然拋尾量達37.70%且精礦鐵鈦品位均較高，但此時尾礦中的鐵鈦損失分別達到了16.36% 和18.18%；綜合考慮，粒度為-20 mm時干拋指標最佳。

2.2 階段磨選選鐵試驗

2.2.1 一段磨礦試驗

以粒度-20 mm、磁場強度318.5 kA/m 干拋后的精礦為對象，將其破碎至-3 mm 作為入磨物料，物料經一段磨后進入磁選流程，選別所用設備為XCRS-74 型φ400×300 鼓形濕法弱磁選機。一段磨礦采用1 粗1 精1 掃磁選流程，粗選、精選、掃選磁場強度分別為95.5，67.7，95.5 kA/m，試驗結果見表7。

由表7 可知，隨著磨礦細度變細，粗精礦產率降低，TFe 品位上升，TFe 回收率降低；粗精礦中TiO2品位及回收率則隨磨礦細度變細先降低后趨于平穩，這也證實了工藝礦物學中鐵鈦礦物緊密共生的研究結果。在實際生產中，一段磨礦通常難以達到較高的磨礦細度，并且階段磨選前段的條件選別應以回收率為優先考慮指標，故綜合選取一段磨礦細度為-0.074 mm52.1%，此時粗精礦TFe 品位51.86%、TFe回收率56.09%。

2.2.2 二段磨礦試驗

以一段磨選粗精礦為二段入磨物料，試驗采用XCRS-74 型φ400×300 鼓形濕式弱磁選機。二段磨礦采用1 粗1 精磁選流程，精選尾礦并入粗選尾礦，粗選、精選磁場強度分別為95.5，67.7 kA/m，試驗結果見表8。

由表8 可知，隨著二段磨礦細度變細，鐵精礦產率下降，TFe品位升高，回收率降低；整體上看，二段磨礦在-0.074 mm94.7%的條件下，鐵精礦TFe 品位最高，達57.72%，且尾礦的TiO2回收率較高，更有利于后續浮選選鈦，但此時的細度條件兩段磨礦難以達到，通常需要進行第三段磨礦，考慮到該礦屬于低品位釩鈦磁鐵礦，不宜過多增加磨礦成本，結合攀西地區鐵精礦市場準入品位（TFe≥54%），綜合選取二段磨礦細度為-0.074 mm74.3%，此時鐵精礦TFe 品位55.76%、TFe回收率93.13%（相對原礦回收率為48.07%）。

2.2.3 鐵精礦產品檢查

對選別出的鐵精礦進行多元素分析（表9），鐵精礦TFe 品 位55.76%，TiO2品 位8.58%，V2O5含 量 達0.645%，相對于原礦其富集比為3.79，回收率為60.05%，屬于合格的釩鈦鐵精礦，另外二段磨礦試驗也證明該礦可在適當增加磨礦成本的前提下進一步提質。

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2.3 選鈦試驗

根據前期探索試驗結果，對于選鐵尾礦，整體上擬采用強磁預富集—浮選除硫—浮選選鈦流程。

2.3.1 預富集磁場強度試驗

將一段磨礦、二段磨礦的選鐵尾礦作為強磁預富集原礦，強磁采用1 粗1 精選別流程，試驗強磁設備為XCSQ-50×70，磁介質為齒板介質，齒板間隙2 mm，入料濃度30%，每次取1 kg進行試驗。強磁預富集磁場強度試驗結果見表10。

由表10 可知，在強磁粗選流程中，隨著磁場強度的增大，粗選精礦TiO2品位降低，但回收率增加，當磁場強度達796.2 kA/m 時，回收率趨于穩定；結合強磁粗選流程，應優先考慮回收率，以保證后續流程的產率，因此強磁粗選磁場強度確定為769.2 kA/m，此時粗選精礦產率為63.47%、TiO2品位15.31%、TiO2作業回收率92.20%。以強磁粗選精礦為給礦，磨至-0.074 mm66.8%時進入強磁精選流程，當強磁精選磁場強度達477.7 kA/m時，繼續增大磁場強度至796.2 kA/m，精選精礦TiO2回收率僅增加0.25個百分點，TiO2品位卻降低了2.46 個百分點，降幅較大，綜合考慮各指標，強磁精選最佳磁場強度為477.7 kA/m，此時精選精礦產率為40.23%、TiO2品位為26.85%、TiO2作業回收率為68.89%。

2.3.2 脫硫浮選試驗

硫元素在鈦精礦中屬于有害元素，含硫量過高將會直接影響后續鈦冶煉產品的品質，因此針對該釩鈦磁鐵礦浮選工藝，須進行浮選脫硫以保證后續鈦精礦的產品質量。硫化礦的選礦技術相對成熟，針對攀西地區釩鈦磁鐵礦中S、Co、Ni 等親硫元素的回收研究，也將是釩鈦磁鐵礦資源綜合利用的重點方向，除此之外，浮選除硫后進一步選別和分離也可形成相關的Co/Ni 精礦副產品，該項工作已有學者進行過相關研究［6-8］。

脫硫浮選采用一段粗選流程，試驗藥劑硫酸用量300 g/t、丁基黃藥用量60 g/t、2#油用量20 g/t，試驗結果見表11。

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由表11 可知，脫硫浮選產出的硫鈷精礦鈷品位0.42%、硫品位32.85%，尾礦作為浮鈦物料進入選鈦流程，此時浮鈦物料中的硫品位僅為0.03%，為合格的浮鈦物料。

2.3.3 浮選選鈦試驗

2.3.3.1 硫酸用量試驗

以脫硫浮選尾礦作為鈦浮選的原礦，在草酸用量400 g/t、MOH 用量2 000 g/t、2#油用量30 g/t 的條件下進行一段粗選試驗，考察硫酸用量對試驗指標的影響，試驗結果見圖14。

由圖14 可見，隨著硫酸用量的增加，粗精礦TiO2品位上升，作業回收率呈下降趨勢；當硫酸用量達1 000 g/t 時，回收率下降幅度明顯，故硫酸最佳用量為1 000 g/t。

2.3.3.2 草酸用量試驗

在硫酸用量1 000 g/t、MOH 用量2 000 g/t、2#油用量30 g/t 的條件下，考察草酸用量對試驗指標的影響，試驗結果見圖15。

由圖15 可見，當草酸用量小于300 g/t 時，精礦TiO2品位呈上升趨勢，TiO2回收率也相對穩定；當草酸用量大于300 g/t 時，精礦TiO2品位及回收率均下降；綜合考慮，草酸用量以300 g/t為宜。

2.3.3.3 MOH用量試驗

在硫酸用量1 000 g/t、草酸用量300 g/t、2#油用量30 g/t 的條件下，考察MOH 用量對試驗指標的影響，試驗結果見圖16。

由圖16 可見，隨著MOH 用量的增加，精礦TiO2品位下降；當MOH 用量達1 500 g/t時，再增加捕收劑用量對TiO2回收率的影響不明顯，MOH 最佳用量為1 500 g/t。

2.3.3.4 選鈦閉路試驗

在粗選藥劑條件試驗的基礎上，進行1 粗3 精1掃閉路試驗，同時保證精選段pH 值為4.0～4.5，閉路試驗流程見圖17，結果見表12。

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由表12 可知，閉路試驗獲得的鈦精礦TiO2品位46.79%，相對于強磁精礦TiO2回收率為67.75%，相對于選鐵尾礦回收率為43.03%，相對于入磨物料的回收率為33.99%。考慮到該礦屬于低貧礦且浮選階段主要回收的含鈦礦物為鈦鐵礦，結合工藝礦物學研究結論，整體上對鈦的選別效果良好。

2.3.4 鈦精礦產品檢查

對選別出的鈦精礦進行多元素分析（表13），精礦TiO2品位為46.79%，達到了攀西地區的市場準入品位，有害元素S、P 品位分別為0.028%，0.007%，均處于較低水平，屬于品質合格的鈦精礦。

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3 結 論

（1）攀西地區某低品位釩鈦磁鐵礦原礦TFe品位19.23%、TiO2品位7.90%，屬于低品位釩鈦磁鐵礦。工藝礦物學研究表明，該釩鈦磁鐵礦主要有價元素為Fe、Ti，其中Fe 主要賦存于磁鐵礦、赤褐鐵礦中，其次在硅酸鹽中，少量存在菱鐵礦和硫鐵礦中；Ti 主要賦存于鈦鐵礦中，其次分布在硅酸鹽和磁鐵礦中，少量分布于金紅石中。

（2）原礦中主要金屬礦物有磁鐵礦、鈦鐵礦、黃鐵礦以及黃銅礦，主要非金屬礦物有輝石、普通角閃石、堿性長石、石英、磷灰石等。有用鐵鈦礦物之間緊密共生，鈦鐵礦的稀疏浸染狀構造以及數種固溶體分離物的存在均會影響后續產品指標，也是該礦品質進一步提升的難點。

（3）原礦經干拋后，采用階段磨選選鐵—強磁預富集—浮選脫硫—浮選選鈦流程，可獲得TFe 品位55.76%、TiO2品位8.58%、TFe 回收率48.07%、TiO2回收率19.58%的合格鐵精礦，S 品位32.85%、Co 品位0.42%的硫鈷精礦副產品，TiO2品位46.79%、TiO2回收率33.99%、S 品位0.028%、P 品位0.007%的合格鈦精礦。