卞煥，曹小晶

（江西理工大學建筑與測繪工程學院，江西贛州 341000）

鈦是一種重要的金屬，金屬鈦及其合金無毒、無磁性、耐高溫，且具有硬度高、抗拉強度高、密度小的特點，因此具有良好的可塑性和較高的比強度；同時鈦及其合金抗腐蝕能力強，對海水具有更強的抗腐蝕能力；鈦及其合金還具有一定的記憶功能。基于鈦及其合金以上的優(yōu)異性能，鈦被譽為“21世紀金屬”，已經(jīng)廣泛的應用于海空航天、航海船舶、醫(yī)學制藥、催化材料等領域。鈦鐵礦和金紅石是工業(yè)提取鈦資源的主要來源近年來也得到了越來越多的關注，然而我國含鈦資源90%以上為鈦鐵礦，鈦鐵礦的開發(fā)研究對我國的鈦工業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

1 鈦鐵礦選礦工藝研究現(xiàn)狀

相比于硫化礦的特性而言，鈦鐵礦可浮性較差，同時又具有密度大、弱磁性和導電性等特點，所以單一浮選法的工藝流程對鈦鐵礦的浮選并不是很有效果，大部分采用重磁浮聯(lián)合工藝進行處理。而且，近些年的研究實驗也致力于研究適于處理超微細粒的鈦鐵礦的新型浮選工藝，許多成果已被證實可行，例如自載體浮選法、絮凝浮選法和微波處理浮選法等。

1.1 浮選聯(lián)合工藝流程

鈦鐵礦分選可以采用磁選、電選、重選和浮選等方法來完成，但每一個分離過程都具有自身的缺陷性，同時鈦鐵礦表面活性位點較少，采用單一的分選手段難以達到生產(chǎn)合格精礦的目的，并且隨著資源深度開采，貧細雜逐漸成為礦物開采的特征之一。因此進行選別工藝的聯(lián)合使用具有重要的意義。

鈦鐵礦的浮選聯(lián)合工藝法是指利用浮選與重選、電選和磁選等方法聯(lián)合進行選別的工藝流程。重選法是利用鈦鐵礦密度較大的特點，根據(jù)密度的不同對鈦鐵礦顆粒進行密度分層，得到品位較高的精礦和中礦，丟棄尾礦；磁選法是利用鈦鐵礦弱磁性的特點，在磁選機中將具有弱磁性的鈦鐵礦和非磁性礦物分離開；電選則是利用鈦鐵礦導電性的特點，在電選設備上將鈦鐵礦和非導電性礦物分離開；浮選法則是利用浮選藥劑主要回收細粒鈦礦物，以上幾種方法各自具有自己的優(yōu)勢，但單一使用進行處理鈦鐵礦時效果都較差，而與浮選法聯(lián)合使用則有良好的效果。為了達到更好的分選效果，在進行鈦鐵礦浮選聯(lián)合工藝流程前需要進行粒度分級，粗粒級部分可以采用重選、磁選等流程處理，而細粒級部分一般采用浮選或者磁選繼續(xù)寧處理，常用的分選工藝流程通常有以下三種：①重選—磁選—浮選聯(lián)合工藝流程；②磁選—浮選聯(lián)合工藝流程；③粗粒重選—電選—細粒磁選—浮選聯(lián)合工藝流程。這三種工藝流程各自具有不同的優(yōu)缺點，根據(jù)不同的礦石性質(zhì)可以選擇不同的工藝流程進行合理的選擇使用。

1.2 新型浮選工藝流程

絮凝浮選法，主要分為選擇性絮凝法和疏水性絮凝法兩種。選擇性絮凝法是分散體系中存在兩種或多種礦物，只選擇其中一種礦物進行絮凝的方法；疏水性絮凝是指在分散體系中存在多種疏水性礦物，它們因為都具有疏水作用而彼此吸引絮凝成團，通過加入捕收劑和中性油并且在高速攪拌下才能形成疏水性絮凝團。陳斌［1］在研究微細粒鈦鐵礦與長石混合礦的選擇性絮凝試驗中使用人工合成的高分子進行絮凝。試驗用-20μ m粒級的鈦鐵礦做為研究對象，所用的絮凝劑為聚丙烯酞胺和帶輕肪酸官能團改性型聚丙烯酞胺；試驗結果表明，用量20g/t～30g/t，研究中所用的兩種絮凝劑均可以在pH6-9范圍內(nèi)有效的絮凝鈦鐵礦。通過微細粒鈦鐵礦的絮凝，鈦鐵礦精礦的TiO2品位可達到47.05%～48.14%，回收率為84.90%～88.70%。

在載體浮選方面，朱陽戈［2］使用攀枝花的0～20μm的鈦鐵礦樣品進行自載體浮選試驗，在pH值的范圍為4.5～5.0的條件下，選擇38 μ m～74 μ m粒級的礦物作為載體進行自載體的浮選試驗，浮選試驗的效果受載體的比例影響；載體的比例低于50%時其可浮性受到細粒級的影響比較大，比38μ m～74μ m的粒級單獨的浮選回收率有所下降，載體比例達到50%后，隨著載體的比例逐漸增大，0～20μm粒級的鈦鐵礦的回收率會有明顯的升高。此外還有乳化浮選和油團聚浮選以及微波浮選新技術。

2 鈦鐵礦選礦關鍵性新技術及理論

鈦鐵礦（FeTiO3）通常被認為是一種難選性礦物，鈦鐵礦礦物表面的鈦和鐵不可同時作為活性質(zhì)點；相比于其他礦物而言，鈦鐵礦表面的活性位點是少了一半的。鈦鐵礦溶液化學組分研究已經(jīng)表明，在酸性條件下（pH＜4）鈦鐵礦表面主要的活性位點為鈦及其系列羥基化合物，在弱酸性及堿性條件下，鈦鐵礦表面的主要活性位點為鐵及其系列羥基化合物。為了增強鈦鐵礦的表面活性，目前主要通過引入外來離子和表面氧化兩種方法來實現(xiàn)鈦鐵礦的活化浮選。

2.1 金屬離子活化浮選

金屬離子活化浮選在浮選領域已經(jīng)被廣泛應用并獲得了大量的研究，目前活化的主要機理為羥基絡合假說以及金屬離子表面沉淀假說，這兩種經(jīng)典假說被廣泛的應用于解釋在不同的活化體系中不同的活化機理。金屬離子活化鈦鐵礦的研究相對較晚并且機理研究尚待進一步的完善，因此近年來一直是表面改性研究的方向之一。

銅離子作為活化劑活化鈦鐵礦浮選近兩年才有所報道，相關研究表明銅離子可以有效活化鈦鐵礦的浮選，純礦物實驗表明其浮選回收率可以提高20%以上，實際礦的實驗結果同樣表明了銅離子活化的鈦鐵礦的可浮性具有明顯提高，在精礦品位略有降低的情況下其浮選回收率得到明顯提升。銅離子活化鈦鐵礦浮選的主要機理為：加入的銅離子以離子交換、羥基絡合物吸附和氧化還原反應吸附于鈦鐵礦表面，促使部分二價鐵轉化為三價鐵離子，在增加了活性位點的同時又改變了礦物表面活性點的價態(tài)，進而強化了鈦鐵礦的浮選分離［3］。

鉛離子在脂肪酸體系中可以顯著提高鈦鐵礦的可浮性，Chen等［4］報道了對鉛離子活化鈦鐵礦的機理進行了深入的探討，研究結果表明，鉛離子可以顯著提高鈦鐵礦的可浮性，鉛的一羥基化合物為主要的活性組分與鈦鐵礦礦物表面的活性位點一羥基鐵發(fā)生化學反應，形成Fe-O-Pb復合物，由于油酸鉛的溶度積常數(shù)小于油酸亞鐵，因此鉛離子改性的鈦鐵礦更易于與捕收劑相互作用，此外，鉛離子在鈦鐵礦表面的物理吸附同樣增加了鈦鐵礦礦物表面的活性質(zhì)點，強化了鈦鐵礦的可浮性；電位測試和XPS檢測均證實了這一結論。

2.2 礦物表面化學狀態(tài)的變化強化浮選

這種強化鈦鐵礦浮選的方法集中在改變礦物表面的活性位點的化學狀態(tài)，在不外來引入其他金屬離子的前提下強化浮選。這主要集中在表面溶解、氧化焙燒和超聲波振蕩強化鈦鐵礦浮選回收這些方面，其主要共性是經(jīng)過表面改性處理的鈦鐵礦礦物表面發(fā)生了二價鐵離子想三價鐵離子的轉化，由于三價鐵離子與油酸根作用生成的復合物的溶度積比二價鐵離子與油酸根作用生成的復合物的溶度積更小，因此經(jīng)表面改性的鈦鐵礦可以更加強烈的與捕收劑相互作用，進而強化浮選。

表面溶解強化鈦鐵鐵的浮選回收方面，近年來得到了許多研究和報道。研究表明，經(jīng)過表面溶解的鈦鐵礦，其表面的三價鐵含量增加了11%左右。浮選結果進一步表明了表面溶解對提高鈦鐵礦可浮性的重要意義：經(jīng)過表面溶解，鈦鐵礦的浮選回收率在20%左右。研究過程中同樣采用了其他檢測手段進行了相關的表征，其機理與之前的相關研究相一致［5］。

近年來對氧化焙燒和微波振蕩浮選鈦鐵礦的機理研究日趨成熟，研究表明氧化焙燒和微波振蕩主要促使礦物表面的二價鐵離子轉化為三價鐵離子，其中微波振蕩還可以清洗礦物表面，裸露新鮮的礦物表面，這對礦物表面被污染的鈦鐵礦具有重要的應用前景。研究表明，經(jīng)過氧化焙燒或者表面溶解的鈦鐵礦可浮性大大提高，這種預處理方式可以顯著提高難處理鈦鐵礦的整體利用水平［6］。

2.3 新藥劑開發(fā)利用現(xiàn)狀

鈦鐵礦常用的捕收劑為脂肪酸，這類捕收劑適用范圍廣但是存在的問題也日益突出，比如選擇性差、活性受溫度影響較大、可溶性差等。隨著資源的深入開采，貧細雜礦產(chǎn)逐漸成為今后的研究方向，因此捕收劑的研發(fā)進展同樣重要。近年來螯合捕收劑以其良好的選擇性日益受到研究者的關注，同時膦酸類捕收劑由于其更易于與金屬離子作用生成穩(wěn)定的絡合物而表現(xiàn)出更優(yōu)異的浮選性能也受到了研究者的關注。

早期的鈦鐵捕收劑主要有苯甲羥肟酸以及水楊羥肟酸，但這些螯合捕收劑對鈦鐵礦的浮選回收還存在一定的缺陷。近年來所報道的鈦鐵礦的螯合捕收劑以2-ethyl-2-hexenoic hydroxamic acid(EHHA)為代表，EHHA是近年來報道的關于鈦鐵礦的一種有效捕收劑，其可以和鈦鐵礦礦物表面的活性質(zhì)點形成穩(wěn)定的環(huán)狀化合物，幾何結構穩(wěn)定，不易脫落，因此EHHA可以強化鈦鐵礦的浮選回收，同時由于其選擇性好的特點，因此其對鈦鐵礦的浮選回收展現(xiàn)出良好前景［7］。

3 問題與發(fā)展趨勢

雖然我國鈦鐵礦的選礦研究已經(jīng)取得了很大的進步，但對伴生有多種金屬組分的鈦鐵礦資源的綜合回收利用仍存在一定的不足。如針對攀西的釩鈦磁鐵礦綜合利用總體水平雖然已經(jīng)達到了全球領先，但鐵、釩、鈦利用率只分別為70%、41%和17%。選鐵尾礦到鈦精礦的回收率僅為35%，造成了資源的大量浪費。針對目前科研及生產(chǎn)現(xiàn)狀，以下幾方面將可能是今后鈦鐵礦研究的重點方向。

（1）-19μm鈦鐵礦的合理回收技術開發(fā)：選鈦原礦中19μ m粒級鈦鐵礦占30%總量的左右，回收該部分鈦鐵礦對提高整個選鈦回收率意義重大。

（2）鈦鐵礦浮選新型捕收劑開發(fā)：開發(fā)出新型高效、無毒、價廉浮選藥劑，不但可以產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益，對可持續(xù)發(fā)展也起到重要作用。

（3）尾礦選鐵技術開發(fā)：早年由于選礦水平較低，尾礦品位很高，部分尾礦含甚至達以上，與目前處理的原礦相當，具有很高的綜合利用價值。

（4）鈦鐵礦全粒級直接浮選技術開發(fā)：不經(jīng)分級脫泥與磁選拋尾的全粒級浮選技術，由于入選品位低，細泥含量大，其技術難度很大。

（5）鈦鐵礦冶金工藝鐵元素的利用：針對鈦鐵礦冶金中鐵元素作為廢棄物的現(xiàn)狀，如何利用其中的鐵資源，不但能提高資源綜合利用率還能減少環(huán)境污染。