吳奕彤 章曉林

(昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，昆明 650093)

金屬鈦及其合金因具有無毒、無磁、耐高溫、高硬度、密度小、抗腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)良性能，在軍事、醫(yī)療、工業(yè)、航空、衛(wèi)星等領(lǐng)域已得到廣泛運(yùn)用。此外，鈦的重要化合物二氧化鈦(鈦白粉)也用途廣泛。鈦鐵礦和金紅石是提取鈦的主要來源。我國(guó)鈦鐵礦的含量十分豐富，主要分布于攀西地區(qū)，攀西地區(qū)鈦鐵礦含量占全國(guó)總量的90%以上[1-6]，其中絕大部分的鈦以鈦鐵礦的形式存在，具有貧礦多、富礦少、多金屬共生、表面活性位點(diǎn)少的特點(diǎn)。本文以四川攀枝花某低品位鈦鐵礦為試驗(yàn)原料，針對(duì)礦石性質(zhì)特點(diǎn)，研究磨礦細(xì)度、捕收劑種類及用量、抑制劑種類及用量等參數(shù)對(duì)浮選結(jié)果的影響，確定適宜的浮選條件。研究結(jié)果可為類似鈦鐵礦資源的開發(fā)與利用提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 原料性質(zhì)

原料取自四川攀枝花某鈦鐵礦選礦廠，呈灰黑色，多元素分析結(jié)果見表1，鈦化學(xué)物相分析結(jié)果見表2。

表1 原礦多元素分析結(jié)果Table 1 Multi-element analysis result of raw ore /%

表2 鈦化學(xué)物相分析Table 2 Titanium phase analysis result /%

從表1～2可以看出，礦石中有用礦物為鈦鐵礦，其次為金紅石及鈦磁鐵礦；脈石礦物以石英、綠泥石為主。由于原礦含硫及鈦磁鐵礦，因此本試驗(yàn)需先脫硫及脫鐵，再進(jìn)行浮選鈦試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

原礦經(jīng)實(shí)驗(yàn)室小型顎式破碎機(jī)破碎后，再用對(duì)輥機(jī)進(jìn)行碎磨至-1 mm。對(duì)樣品進(jìn)行堆錐混勻、縮分后取樣，分別得到試驗(yàn)樣、化驗(yàn)樣和備份樣。取適量化驗(yàn)樣用三頭研磨機(jī)研磨至粒度為-0.074 mm占85%。

原礦經(jīng)弱磁脫鐵處理后每次稱取500 g礦樣進(jìn)行浮選。依次添加調(diào)整劑、捕收劑和抑制劑。粗選時(shí)選用1.5 L浮選槽，精選時(shí)分別選用1、0.75、0.5 L浮選槽。所得精礦、中礦和尾礦等產(chǎn)品分別經(jīng)過濾、烘干后稱重。

2 結(jié)果與討論

2.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

為保證產(chǎn)品品位及回收率，浮選時(shí)需考慮先脫硫再浮鈦。在捕收劑為羥肟酸、抑制劑為CMC的條件下，考察磨礦細(xì)度-0.074 mm含量分別占80%、85%、90%、95%時(shí)，磨礦細(xì)度對(duì)鈦鐵礦浮選的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，當(dāng)磨礦細(xì)度在-0.074 mm占80%時(shí)，TiO2品位最高，但此時(shí)TiO2的回收率不理想，當(dāng)磨礦細(xì)度在-0.074 mm占90%時(shí)回收率最高，但此時(shí)的TiO2品位過低，當(dāng)磨礦細(xì)度-0.074 mm占85%時(shí)綜合浮選效果較好，此時(shí)TiO2的回收率接近55%，TiO2品位接近40%，因此，可認(rèn)為磨礦細(xì)度-0.074 mm占85%為最佳。

圖1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Result of grinding fineness test

2.2 鈦鐵礦除鐵試驗(yàn)

由表1～2可知，TiO2除存在于鈦鐵礦中，也存在于鈦磁鐵礦中，此外，原礦也有鐵礦物的存在，因此需預(yù)先通過弱磁選進(jìn)行除鐵。預(yù)先除鐵試驗(yàn)原礦入選細(xì)度為-0.074 mm占85%，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 弱磁除鐵試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of removing iron test by low intensity magnetic separation /%

由表3可知，經(jīng)過弱磁除鐵試驗(yàn)后，尾礦中TiO2品位為11.36%，其回收率可達(dá)94.34%，而鐵精礦中TiO2品位為9.78%，回收率僅為5.66%，對(duì)TiO2有很好的富集作用，因此確定在浮選試驗(yàn)前，先對(duì)原礦進(jìn)行弱磁除鐵，以保證產(chǎn)品的品位及回收率。

2.3 預(yù)先脫硫試驗(yàn)研究

原礦入選細(xì)度為-0.074 mm占85%，經(jīng)除鐵試驗(yàn)后，選鐵尾礦進(jìn)入浮選。采用硫酸為pH調(diào)整劑，pH值為6，以丁基黃藥為捕收劑，用量300 g/t，起泡劑為松醇油，浮選時(shí)間3 min，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 預(yù)先脫硫試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of the pre-desulfurization test /%

由表4可知，預(yù)先脫硫試驗(yàn)的硫精礦S品位可達(dá)29.32%、回收率為72.96%，黃鐵礦去除效果好，且夾帶的TiO2也較少。尾礦中TiO2品位及回收率均較高，含硫較低，可進(jìn)入下段浮選試驗(yàn)。

2.4 鈦鐵礦浮選試驗(yàn)

2.4.1 pH值試驗(yàn)

經(jīng)過預(yù)先脫硫脫碳試驗(yàn)后浮鈦前，需先進(jìn)行pH值試驗(yàn)，以確定最優(yōu)pH值。固定丁基黃藥用量300 g/t、松醇油用量40 g/t、羥肟酸用量500 g/t、浮選時(shí)間為3 min的條件下進(jìn)行浮選，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 pH值試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Result of the pH values test

從圖2可以看出，當(dāng)pH值為4時(shí)，鈦精礦品位及回收率均較高；當(dāng)pH值為6時(shí)，雖然鈦精礦品位及回收率均有所下降，但指標(biāo)仍然較好。因此可認(rèn)為，鈦鐵礦在pH值為4～6時(shí)有良好的可浮性。出于對(duì)產(chǎn)品品級(jí)的要求，采用pH值為4進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.4.2 捕收劑種類及用量試驗(yàn)

鈦鐵礦捕收劑種類很多，本文選擇羥肟酸、氧化石蠟皂及油酸進(jìn)行試驗(yàn)。三組試驗(yàn)條件相同，對(duì)比其精礦產(chǎn)品的品位及回收率，以確定捕收劑種類，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5可知，無論是鈦精礦的品位還是回收率，羥肟酸的捕收效果均最好，粗選TiO2品位可達(dá)25.82%，回收率可達(dá)81.20%。

表5 捕收劑種類試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of the collectors type test /%

采用羥肟酸為捕收劑、CMC為抑制劑，探究不同用量下羥肟酸對(duì)鈦鐵礦的捕收效果，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 羥肟酸用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Results of the hydroximic acid dosages test

從圖3可以看出，隨著羥肟酸用量的增加，鈦精礦中TiO2的品位逐漸降低，回收率逐漸增加，在羥肟酸用量為1 000 g/t時(shí)，TiO2回收率為91.13%，品位為17.32%，既可保證TiO2品位，也可保證其回收率，因此適宜的羥肟酸用量為 1 000 g/t。

2.4.3 抑制劑種類及用量試驗(yàn)

確定最佳pH值和捕收劑種類及用量后，在pH值為4、羥肟酸用量為1 000 g/t的條件下對(duì)抑制劑種類及用量進(jìn)行了探究，以得到最佳的回收鈦鐵礦的效果。抑制劑用量試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 抑制劑種類試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of the depressants typs test /%

由表6可知，雖然使用水玻璃及腐殖酸鈉時(shí)的TiO2回收率較高，但所得精礦品位較低，無法達(dá)到品級(jí)要求。使用六偏磷酸鈉時(shí)，所得精礦產(chǎn)品無論品位還是回收率都較低使用CMC時(shí)所得精礦產(chǎn)品回收率雖然較低，但品位可接近20%。因此抑制劑選用CMC。CMC用量進(jìn)行探究，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，隨著抑制劑CMC用量的增加，TiO2的品位呈直線增加，但TiO2的回收率呈直線下降?？紤]CMC用量對(duì)二者的綜合影響，發(fā)現(xiàn)CMC用量在730 g/t時(shí)的浮選效果最好，此時(shí)所得鈦精礦TiO2品位為30%，回收率超過70%，因此適宜的CMC用量選擇為730 g/t。

2.5 開路浮選試驗(yàn)流程

在pH值為4、捕收劑羥肟酸用量1 000 g/t、抑制劑CMC用量730 g/t基礎(chǔ)上進(jìn)行“一次粗選、一次掃選、一次精選”的開路試驗(yàn)，探究鈦鐵礦浮選效果，試驗(yàn)流程見圖5，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

圖5 開路試驗(yàn)浮選流程圖Fig.5 Flowsheet of the open circuit test

表7 開路試驗(yàn)浮選試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Results of the open circuit test /%

由表7可知，經(jīng)過一次粗選、一次精選、一次掃選的開路試驗(yàn)后能得到產(chǎn)率為7.53%、精礦TiO2品位46.28%、回收率31.02%的鈦精礦產(chǎn)品，以及產(chǎn)率16.24%、TiO2品位18.76%、回收率27.11%的中礦。尾礦中TiO2品位為5.84%。為進(jìn)一步提高產(chǎn)品品級(jí)，進(jìn)行了全流程閉路試驗(yàn)。

2.6 全流程浮選試驗(yàn)流程

全流程浮選試驗(yàn)流程如圖6所示，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

圖6 全流程浮選試驗(yàn)流程圖Fig.6 Flowsheet of the full flow test

表8 全流程浮選試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Results of the full flow test /%

由表8可知，經(jīng)過全流程浮選試驗(yàn)可以得到產(chǎn)率13.43%、鈦精礦TiO2品位46.33%、回收率55.36%的鈦精礦產(chǎn)品。尾礦中的TiO2品位為5.63%。

3 結(jié)論

1)針對(duì)四川攀枝花地區(qū)某含鈦磁鐵礦、黃鐵礦、石英等的低品位鈦鐵礦，選取弱磁除鐵—預(yù)先脫硫—浮選的工藝流程可對(duì)原礦進(jìn)行有效富集。該礦石經(jīng)過“一次粗選、一次掃選、一次精選”的全流程閉路試驗(yàn)，最終可獲得TiO2品位46.33%、回收率55.36%的鈦精礦產(chǎn)品。

2)最佳浮選條件為：磨礦細(xì)度為-0.074 mm占85%、pH值為4、羥肟酸作捕收劑，用量為1 000 g/t、CMC作抑制劑，用量為780 g/t。