林銀河，李京偉，王 哲，唐 勇，程相魁，黃曉麗

(1.宜賓學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)部，宜賓 644000；2.合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，合肥 230009；3.北京科技大學(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；4.宜賓天原集團(tuán)股份有限公司研究院，宜賓 644007；5.攀枝花學(xué)院國(guó)際釩鈦研究院，攀枝花 617000；6.攀枝花市科技發(fā)展戰(zhàn)略研究所，攀枝花 617000)

0 引 言

我國(guó)鈦資源豐富，儲(chǔ)量約占世界鈦儲(chǔ)量的48%，但95%以上的資源賦存都是低品質(zhì)共生型巖礦，其中攀西地區(qū)鈦資源儲(chǔ)量占全國(guó)90%以上[1]，但其硅鈣鎂雜質(zhì)含量高達(dá)10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以上，難以被直接用于高端鈦產(chǎn)業(yè)。研究發(fā)現(xiàn)在攀西鈦鐵礦制備氯化富鈦料的制約因素中，二氧化硅主要是以硅酸鹽脈石礦物的形式賦存，并與鈦鐵礦伴生分布[2]，SiO2含量偏高是造成攀西鈦渣升級(jí)難的“核心”問(wèn)題。如何降低鈦鐵礦中二氧化硅的含量是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

目前針對(duì)鈦鐵礦的分離主要采用的手段有磁選[3-4]、浮選[5-6]、重選[7]、重選-磁選-浮選聯(lián)合工藝[8]等，其中磁選主要是針對(duì)鈦鐵礦中含磁性物質(zhì)的去除，二氧化硅本身無(wú)磁性，所以磁選技術(shù)不適用于硅相的去除[9]。浮選作為一種礦物分選工藝被廣泛應(yīng)用，其中活化劑主要是增強(qiáng)礦物表面金屬質(zhì)點(diǎn)的活性，而抑制劑則主要是在脈石礦物表面生成某種選擇性的膠體從而達(dá)到阻隔捕收劑與脈石礦物反應(yīng)的目的[10]。舒超等[11]采用ZF-02捕收劑，硫酸和草酸分別作為調(diào)整劑和抑制劑，經(jīng)“一粗一掃三精”的閉路工藝流程，獲得的鈦精礦中TiO2回收率可達(dá)89.73%。湯優(yōu)優(yōu)等[12]采用“弱磁-強(qiáng)磁-浮選”工藝，以FA-01捕收劑對(duì)細(xì)粒級(jí)鈦鐵礦浮選回收，研究發(fā)現(xiàn)在弱堿性體系下，鈦精礦中TiO2回收率可達(dá)54.63%。但是由于伴生礦相與鈦鐵礦相表面化學(xué)性質(zhì)相近，使藥劑作用的選擇性差[13]，因此對(duì)二氧化硅去除能力的提高還有一定的局限性[14]。重力分選因成本低、環(huán)境污染少等，被廣泛應(yīng)用于礦物的分選。重選法可以利用不同礦相顆粒粒徑和密度差異的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)鈦鐵礦物料的精選，但是對(duì)二氧化硅相去除規(guī)律的研究相對(duì)較少。本文以鈦精礦為原料，通過(guò)研究不同重選因素下SiO2含量及TiO2回收率的變化規(guī)律，降低SiO2含量，提高鈦精礦的品位。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原理

搖床重力分選[15-16]是利用床面的機(jī)械搖動(dòng)和橫向水流的聯(lián)合沖洗，通過(guò)斜面水流的作用及搖床的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，礦物顆粒在床面上產(chǎn)生彌散和分層現(xiàn)象，使礦物顆粒按其密度和粒徑的不同沿不同方向運(yùn)動(dòng)，從而在床面的不同部位沉積，實(shí)現(xiàn)不同組分礦相顆粒分離。

1.2 試驗(yàn)方法

以攀西地區(qū)預(yù)處理過(guò)的鈦精礦為原料，具體成分見(jiàn)表1。取礦樣300 g置于棒磨機(jī)(型號(hào)XMB-Φ240×300)中，磨礦濃度為50.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，轉(zhuǎn)速為300 r/min，磨礦時(shí)間分別設(shè)置為0 min、1 min、2 min、4 min、6 min、8 min；然后將研磨之后不同粒徑分布的礦粉置于選礦搖床(型號(hào)LY-1100)中，沖程分別設(shè)置為15 mm、18 mm、21 mm、24 mm，沖次為150 times/min，試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

圖1 搖床重選試驗(yàn)流程圖Fig.1 Flow chart of gravity concentration treatment

表1 礦樣化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Chemical composition in the raw material

2 結(jié)果與討論

2.1 磨礦時(shí)間對(duì)礦粉粒徑分布的影響

圖2為粒徑(-200目)分布與磨礦時(shí)間的關(guān)系曲線，由圖可知，隨著磨礦時(shí)間的增加，-200目鈦精礦占比逐漸增加。當(dāng)研磨時(shí)間為0 min時(shí)，-200目鈦精礦的占比為40.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)；當(dāng)研磨時(shí)間為4 min時(shí)，-200目鈦精礦的占比為80.0%；當(dāng)研磨時(shí)間為8 min時(shí)，-200目鈦精礦的占比為83.0%；隨著研磨時(shí)間的繼續(xù)增加，-200目鈦精礦占比的增加量逐漸減小，從礦物本身的物化性質(zhì)看，該礦石屬于中等硬度礦石，因此隨著研磨時(shí)間的延長(zhǎng)，棒磨機(jī)的磨礦效率銳減，棒磨機(jī)的磨損程度也會(huì)增加，因此綜合考慮研磨時(shí)間8 min為宜。

圖2 粒徑(-200目)分布與磨礦時(shí)間的關(guān)系曲線Fig.2 Relationship between the particles (-200 mesh)distribution and grinding time

2.2 沖程對(duì)重選分離的影響

沖程作為決定床面運(yùn)動(dòng)速度和加速度的關(guān)鍵因素，對(duì)礦物的粒徑分布會(huì)產(chǎn)生顯著影響[17]。圖3為SiO2/TiO2與搖床沖程的關(guān)系，由圖可知，隨著沖程的增大，SiO2品位和TiO2回收率均呈逐漸增大的趨勢(shì)。當(dāng)沖程為15 mm時(shí)，SiO2的品位由2.46%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)降低至1.07%，去除率為56.50%，TiO2的回收率為38.60%。當(dāng)沖程為18 mm時(shí)，SiO2的品位由2.47%降低至1.42%，去除率為42.51%，TiO2的回收率為50.30%；當(dāng)沖程為24 mm時(shí)，SiO2的品位由2.55%降低至1.62%，去除率為36.47%，TiO2的回收率為53.23%；通過(guò)沖程結(jié)果的對(duì)比分析可知，沖程越小，越有利于SiO2含量的降低，但是沖程越小，TiO2的回收率則越小。從提高鈦精礦純度的角度，沖程越小越好；從回收率的角度，沖程越大則越好。以上結(jié)果表明搖床的沖程對(duì)鈦鐵礦與脈石礦物的分離有一定的影響，從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的角度，沖程增大，水流的垂直分速以及由此產(chǎn)生的上浮力也增大[16]，保證較粗較重的顆粒能夠松散，從而有利于鈦精礦料的富集。

圖3 SiO2/TiO2與搖床沖程的關(guān)系Fig.3 Relationship between the SiO2/TiO2and shaker stroke

2.3 顆粒粒徑分布對(duì)重選效果的影響

圖4為不同粒徑組分占比條件下鈦精礦重選后的產(chǎn)率，通過(guò)對(duì)比分析可知，隨著-200目顆粒占比的增大，重選處理后鈦精礦的產(chǎn)率顯著減小，相應(yīng)的中礦和尾礦的產(chǎn)率增大。當(dāng)-200目顆粒占比70.5%時(shí)，鈦精礦的產(chǎn)率為48.25%；而當(dāng)-200目顆粒占比85.5%時(shí)，鈦精礦的產(chǎn)率為14.64%，產(chǎn)率降低了69.66%。從產(chǎn)率的角度，細(xì)粒徑占比越小，鈦精礦的產(chǎn)率越高，顆粒粒徑占比70.5%時(shí)，鈦精礦的產(chǎn)率最高。隨著-200目顆粒占比的增加，中礦的產(chǎn)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鈦精礦和尾礦。

圖4 不同粒徑組分下各組分的產(chǎn)率Fig.4 Yield of each component under differentparticle proportions

圖5為不同粒徑組分占比下TiO2的品位，由圖可知，經(jīng)過(guò)重選分離，TiO2品位產(chǎn)生顯著的梯度分布，鈦精礦>中礦>尾礦。相較于原礦，鈦精礦中TiO2的品位顯著提升。當(dāng)-200目顆粒占比70.5%時(shí)，鈦精礦中TiO2的品位由48.48%增加到49.21%，增長(zhǎng)率為1.50%；當(dāng)-200目顆粒占比85.5%時(shí)，鈦精礦中TiO2的品位由48.28%增加到50.32%，增長(zhǎng)率為4.23%。通過(guò)以上結(jié)果表明,當(dāng)-200目顆粒占比85.5%時(shí)，重選對(duì)TiO2的品位提升效果最好。

圖5 不同粒徑組分下TiO2品位Fig.5 TiO2 content under different particle proportions

圖6為不同粒徑組分占比時(shí)SiO2的品位，由圖可知，經(jīng)過(guò)重選分離，SiO2品位產(chǎn)生顯著的梯度分布，鈦精礦<中礦<尾礦。相較于原礦，鈦精礦中SiO2的品位顯著降低。當(dāng)-200目顆粒占比70.5%時(shí)，鈦精礦中SiO2的含量由2.47%減小到1.55%，去除率為37.25%；當(dāng)-200目顆粒占比85.5%時(shí)，鈦精礦中SiO2的含量由2.58%減小到0.93%，去除率為63.95%。通過(guò)以上結(jié)果表明，給礦粒度組成對(duì)搖床分選效果有較大影響，給礦粒度組成越窄，搖床重力分選效果越好[18]。當(dāng)-200目顆粒占比85.5%時(shí)，重選后SiO2的含量最低可降至0.93%。

圖6 不同粒徑組分下SiO2品位Fig.6 SiO2 content under different particle proportions

圖7為不同粒徑組分占比時(shí)TiO2的品位和回收率，由圖可知，隨著-200目顆粒占比的增加，TiO2品位逐漸增加，而TiO2的回收率呈逐漸減小的趨勢(shì)。當(dāng)-200目顆粒占比為70.5%時(shí)，TiO2的回收率為48.97%；而當(dāng)-200目顆粒占比為85.5%時(shí)，TiO2的回收率為15.26%；兩者相差了33.72%。因此從回收率的角度，細(xì)粒徑的顆粒占比越少，越有利于提高TiO2的回收率。

圖7 不同粒徑組分占比下TiO2品位和回收率Fig.7 Content and recovery rate of TiO2 underdifferent particle proportions

3 結(jié) 論

(1)隨著磨礦時(shí)間增加，-200目鈦精礦粒徑占比逐漸增加。當(dāng)研磨時(shí)間為8 min時(shí)，-200目鈦精礦粒徑的占比為83.0%。

(2)隨著沖程的增大，SiO2品位和TiO2回收率均呈逐漸增大的趨勢(shì)。當(dāng)沖程為15 mm時(shí)，SiO2的品位由2.46%降低至1.07%，去除率為56.50%，TiO2的回收率為38.60%。沖程越小，越有利于SiO2含量的降低。

(3)經(jīng)過(guò)重選分離，細(xì)粒徑占比越小，鈦精礦的產(chǎn)率越高，-200目顆粒粒徑占比70.5%時(shí)，鈦精礦的產(chǎn)率最高,為48.25%。TiO2品位：鈦精礦>中礦>尾礦,SiO2品位：鈦精礦<中礦<尾礦。當(dāng)-200目顆粒占比85.5%時(shí)，重選后SiO2的含量最低可降至0.93%。