彭程,周迎春,李國(guó)杰,吉榆師,喻連香,湯優(yōu)優(yōu)

1.海南國(guó)際資源(集團(tuán))股份有限公司，海南 ?？?570206；2.廣東省資源綜合利用研究所，廣東 廣州 510650

馬拉維鈦鐵礦資源豐富，主要圍繞馬拉維湖分布，但馬拉維鈦鐵礦經(jīng)螺旋溜槽重選—磁選聯(lián)合流程處理后得到的鈦粗精礦中鐵和鈦含量較低，難以滿足工業(yè)要求，達(dá)不到開采價(jià)值而未被有效利用。

本研究針對(duì)馬拉維鈦粗精礦進(jìn)行了詳細(xì)的工藝礦物學(xué)研究，在查明礦物組成、產(chǎn)出特征和磁性特征等礦物學(xué)特征基礎(chǔ)上，進(jìn)行了不同焙燒方式、冷卻方式和焙砂磁選等條件試驗(yàn)，最終確定還原焙燒—磁選工藝方案，獲取了合格的鈦精礦和鐵精礦。

1 鈦粗精礦物質(zhì)組成

試樣取自馬拉維濱湖砂礦通過螺旋溜槽重選—磁選工藝得到的鈦粗精礦；該鈦粗精礦化學(xué)多元素分析和礦物組成分析結(jié)果分別見表1和表2。

表1 鈦粗精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 /%

表2 鈦粗精礦礦物組成分析結(jié)果 /%

表1和表2分析結(jié)果表明，鈦粗精礦中有用元素主要為鈦和鐵，其他有用元素和雜質(zhì)含量較低；鐵和鈦元素集中在鈦鐵礦、鈦赤鐵礦和赤鐵礦中 。

圖1 鈦鐵礦中的赤鐵礦片晶

圖2 鈦鐵礦部分氧化蝕變?yōu)榘租伿?/p>

2 主要礦物的產(chǎn)出特征

2.1 鈦鐵礦

鈦鐵礦呈棱角～次棱角狀及自形～半自形晶粒結(jié)構(gòu)。大多數(shù)以單體顆粒形式存在。部分發(fā)生蝕變，蝕變礦石中以鈦鐵礦赤 鐵礦化為主，主要是由鈦鐵固溶分離和氧化蝕變作用導(dǎo)致，形成鈦鐵礦與赤鐵礦(圖1)的貧連生體，赤鐵礦在鈦鐵礦晶體顆粒中呈條帶狀、板狀、片狀及粒狀嵌布，且赤鐵礦含量變化比較大；少部分鈦鐵礦發(fā)生金紅石化，主要是鈦鐵礦表生風(fēng)化作用過程中鐵離子被淋濾后氧化蝕變形成白鈦石，白鈦石交代在鈦鐵礦邊緣(圖2)。少部分發(fā)生金紅石化；極少數(shù)鈦鐵礦中含薄板狀鈮鐵礦、微細(xì)粒鋯石等包裹體。

鈦鐵礦的能譜分析結(jié)果見表3。

表3 鈦鐵礦的能譜分析結(jié)果 /%

結(jié)果表明，鈦鐵礦化學(xué)成分穩(wěn)定，TiO2和FeO平均含量分別為48.84%和48.57%，其他成分類質(zhì)同象現(xiàn)象較少。

2.2 (鈦)赤鐵礦

鈦粗精礦中赤鐵礦和鈦赤鐵礦一般呈次圓狀，多為正常赤鐵礦，少數(shù)為鈦赤鐵礦，由鈦和鐵固溶分離形成的連晶或片晶，以赤鐵礦占主體(圖3)。 赤鐵礦、鈦赤鐵礦和鈦磁鐵礦的能譜分析結(jié)果見表4。

圖3 以赤鐵礦占主體鈦赤鐵礦

表4 其他主要礦物的能譜分析 /%

2.3 主要礦物的粒度特征和解離度

鈦粗精礦中的鈦鐵礦和(鈦)赤鐵礦粒度分析見圖4。

圖4 鈦粗精礦的粒度篩析結(jié)果

結(jié)果表明，鈦粗精礦中的鈦鐵礦和(鈦)赤鐵礦主要以中細(xì)粒為主，屬于易選范圍；鈦鐵礦和(鈦)赤鐵礦+0.080 mm粒級(jí)累計(jì)產(chǎn)率84.56%。鈦粗精礦的解離度按照大于0.150 mm和小于0.150 mm兩個(gè)粒級(jí)進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表5。

表5 主要礦物的解離度測(cè)定 /%

結(jié)果表明，粒度對(duì)鈦鐵礦和赤鐵礦解離度影響不大，且鈦鐵礦和赤鐵礦解離度高，鈦赤鐵礦解離度較低。

表6 鈦粗精礦中鐵和鈦元素在不同場(chǎng)強(qiáng)磁性產(chǎn)物中分布情況 /%

3 選礦工藝流程的確定

3.1 鈦鐵礦磁性分析

采用WCF-3電磁分選儀分析了鈦粗精礦中鐵和鈦礦物的磁性分布情況，結(jié)果見表6。

結(jié)果表明，鈦粗精礦中0.10～0.42 T場(chǎng)強(qiáng)為赤鐵礦、鈦赤鐵礦和鈦鐵礦的共存磁性段，隨著場(chǎng)強(qiáng)增加，TiO2含量增加，F(xiàn)e含量降低；0.42～0.52 T場(chǎng)強(qiáng)為脈石等其他礦物磁性段，TiO2和Fe含量均降低。

3.2 流程

由于赤鐵礦與鈦鐵礦磁性、密度和電性相似，導(dǎo)致鈦粗精礦中鐵、鈦分離困難，主要影響因素有：(1)赤鐵礦和鈦赤鐵礦存在共存磁性段，磁選難以分離鈦鐵礦和赤鐵礦單體；(2)鈦鐵礦與磁鐵礦或赤鐵礦共生形成貧連生體；(3)鈦鐵礦赤鐵化和鈦赤鐵礦單體的影響，鈦粗精礦采用一般的選礦方式難以分離鈦、鐵。

在馬拉維含難分離赤鐵礦的鈦鋯粗精礦工藝礦物學(xué)及分離新技術(shù)的研究[1]試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采取還原焙燒—磁選工藝將赤鐵礦和鈦赤鐵礦還原成為具強(qiáng)磁性的磁鐵礦和鈦磁鐵礦，利用磁鐵礦和鈦磁鐵礦場(chǎng)強(qiáng)與赤鐵礦和鈦鐵礦場(chǎng)強(qiáng)存在明顯差異[1]，采用弱磁選將磁鐵礦和鈦磁鐵礦等強(qiáng)磁性、含鐵量高的物質(zhì)單獨(dú)回收，達(dá)到高效分離鐵、鈦的效果。

4 試驗(yàn)結(jié)果及討論

4.1 焙燒方式對(duì)比試驗(yàn)

為了比較鈦粗精礦通過不同的焙燒方式焙燒后磁選回收效果，主要進(jìn)行了不焙燒、氧化焙燒和還原焙燒對(duì)比試驗(yàn)。(1)還原焙燒：礦樣40 g，裝入50 mL鎳坩堝中，加入5%還原炭粉混合均勻后，放入875 ℃馬弗爐中保溫15 min后，水淬脫炭。(2)氧化焙燒：礦樣40 g，裝入50 mL鎳坩堝中，放入800 ℃馬弗爐中保溫30 min后，水淬。然后分別采用筒式磁選在0.15 T磁場(chǎng)強(qiáng)度下進(jìn)行鈦、鐵礦物分離。試驗(yàn)結(jié)果見表7。

結(jié)果表明，鈦粗精礦直接濕式磁選，在0.15 T磁場(chǎng)強(qiáng)度下，鐵精礦產(chǎn)率僅為0.02%，說明鈦鐵混合粗精礦中基本不含強(qiáng)磁性礦物。鈦粗精礦通過氧化焙燒和還原焙燒后，礦物磁性均發(fā)生了改變：其中氧化焙燒得到的鈦精礦 TiO2品位僅43.08%，提高幅度很??；還原焙燒得到鈦精礦TiO2品位達(dá)到48.07%，TiO2回收率為80.25%，還原焙燒后的鈦、鐵礦物分選效果明顯優(yōu)于氧化焙燒效果。因此，以下試驗(yàn)焙燒方式均采用還原焙燒方式，不再采用氧化焙燒或氧化—還原焙燒方式。

表7 焙燒方式對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果 /%

4.2 冷卻方式對(duì)比試驗(yàn)

為了考察不同冷卻方式對(duì)還原效果的影響，采用40 g的鈦粗精礦在焙燒和磁選條件不變情況下，選擇了自然冷卻和水淬兩種方式進(jìn)行冷卻方式試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 還原焙燒的冷卻方式對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果 /%

結(jié)果表明：在保持還原氣氛下自然冷卻，冷卻時(shí)間較短，與水淬效果相差不大。為了還原焙燒后礦樣中礦物性質(zhì)盡量保持不變，本試驗(yàn)均采用水淬方式進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

4.3 還原焙燒條件對(duì)比試驗(yàn)

在鈦粗精礦精選分離試驗(yàn)[1]基礎(chǔ)上，固定其他試驗(yàn)條件不變，分別調(diào)整各還原焙燒的還原劑種類(表9)、還原劑用量(圖5)、還原溫度(圖6)和還原時(shí)間(圖7) 進(jìn)行條件對(duì)比試驗(yàn)，將礦樣從40 g擴(kuò)大至1.1 kg后進(jìn)行擴(kuò)大試驗(yàn)還原時(shí)間(圖8) 條件對(duì)比試驗(yàn)，水淬后分別用筒式磁選在0.15 T磁場(chǎng)強(qiáng)度下進(jìn)行鈦、鐵礦物分離。

表9 還原焙燒的還原劑種類試驗(yàn)結(jié)果 /%

圖5 炭粉用量試驗(yàn)結(jié)果

圖6 還原焙燒溫度試驗(yàn)結(jié)果

圖7 還原焙燒時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果表明，鈦粗精礦還原焙燒過程中，還原劑種類中炭粉、細(xì)粒無煙煤、粗粒無煙煤和褐煤粉的還原效果依次變差，同時(shí)隨著炭粉用量從2.5%增加到5%，鈦精礦品位升高；炭粉用量超過5%后，還原效果相差不大。 還原溫度在750 ℃到875 ℃區(qū)間，隨著還原溫度的提高，鈦精礦產(chǎn)率隨之降低，TiO2含量增高；當(dāng)溫度達(dá)到900 ℃時(shí)，鈦精礦產(chǎn)率又開始上升、TiO2含量開始降低，鈦鐵礦過還原現(xiàn)象生成了沒有磁性的富氏體FeO。在還原溫度為875 ℃條件下，還原時(shí)間從10 min到12.5 min時(shí)，鈦精礦產(chǎn)率降低、TiO2品位提升；當(dāng)還原時(shí)間超過12.5 min后，出現(xiàn)過還原現(xiàn)象。將礦樣從40 g擴(kuò)大到1.1 kg后，還原時(shí)間從10 min到55 min時(shí)，鈦精礦產(chǎn)率降低、TiO2品位提升；當(dāng)還原時(shí)間超過55 min后，出現(xiàn)過還原現(xiàn)象。 通過單因素條件試驗(yàn)確定了還原焙燒工藝參數(shù)：還原劑種類為炭粉，炭粉用量為5%，還原溫度為875 ℃，還原時(shí)間為12.5 min，擴(kuò)大試驗(yàn)還原時(shí)間為55 min 。

4.4 磁選條件對(duì)比試驗(yàn)

4.4.1 干式和濕式磁選對(duì)比試驗(yàn)

永磁筒式磁選機(jī)分為干式和濕式兩種，為了考察兩種磁選機(jī)對(duì)磁選的影響，其他條件不變情況下開展對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見表10。

表10 干式和濕式弱磁選機(jī)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果 /%

結(jié)果表明，干式和濕式弱磁選機(jī)分選本試驗(yàn)物料效果接近，但濕式永磁筒式弱磁選機(jī)具有處理能力大、磁選成本低、容易操作維護(hù)、生產(chǎn)環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，因此，后續(xù)試驗(yàn)采用濕式磁選。

4.4.2 磁選機(jī)型對(duì)比試驗(yàn)

固定還原焙燒條件，采用順流和逆流兩種不同濕式鼓筒磁選機(jī)型對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見表11。

結(jié)果表明：逆流式滾筒磁選機(jī)和順流式滾筒磁選機(jī)的磁選的效果差別不大，從能耗和處理量能力角度考慮，試驗(yàn)采用順流型磁選機(jī)進(jìn)行。

表11 磁選機(jī)機(jī)型試驗(yàn)結(jié)果 /%

4.4.3 掃選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)

固定還原焙燒條件進(jìn)行鈦粗精礦焙燒后水淬，采用濕式筒式磁選通過一次粗選(0.15 T)和一次掃選磁選，采用不同掃選磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見表12。

表12 掃選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果 /%

結(jié)果表明，0.15 T場(chǎng)強(qiáng)條件下磁選所獲得的非磁產(chǎn)品中含少量鈦磁鐵礦或鈦赤鐵礦連生體，其磁性主要分布于0.3～0.45 T磁場(chǎng)強(qiáng)度之間，掃選磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.45 T時(shí)，可獲得TiO2含量49%以上鈦精礦，因此，本次試驗(yàn)選擇掃選磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.45 T。

4.5 鐵粗精礦磨礦細(xì)度試驗(yàn)

MLA及顯微鏡檢測(cè)結(jié)果表明，鐵精礦中主要礦物為磁鐵礦和鈦磁鐵礦，其中鈦磁鐵礦大多以包裹或連生微細(xì)粒的形式存在，導(dǎo)致鐵精礦中Fe含量較低。對(duì)還原焙燒—兩次磁選工藝中弱磁鐵粗精礦和中磁鐵精礦合并，對(duì)合并鐵粗精礦進(jìn)行磨礦—弱磁選—中磁選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表13。

表13 合并鐵粗精礦磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果 /%

結(jié)果表明，鐵粗精礦通過再磨磁選，鐵精礦品位可提高7.27百分點(diǎn)，次鈦精礦回收率為23.76%。

4.6 全流程擴(kuò)大試驗(yàn)

在鈦粗精礦試料擴(kuò)大試驗(yàn)中，還原溫度875 ℃，炭粉用量5%，進(jìn)行了還原時(shí)間試驗(yàn)(圖8)，最終確定擴(kuò)大試驗(yàn)還原時(shí)間為55 min。還原焙燒后磁選流程為一次粗選(0.15 T)和一次掃選(0.45 T)，試驗(yàn)流程見圖9，試驗(yàn)結(jié)果見表14。

圖8 擴(kuò)大試驗(yàn)中還原時(shí)間對(duì)鈦精礦的影響

圖9 全流程試驗(yàn)

表14 全流程試驗(yàn)結(jié)果 /%

4.7 產(chǎn)品分析

4.7.1 鈦精礦產(chǎn)品分析

鈦精礦產(chǎn)品的化學(xué)分析結(jié)果見表15，鏡下礦物觀察見圖10，礦物物相分析結(jié)果見表16。

表15 鈦精礦的化學(xué)分析 /%

圖10 掃描電鏡下的鈦精礦

表16 鈦精礦礦物組成分析結(jié)果 /%

鈦精礦的化學(xué)分析結(jié)果表明，鈦精礦各雜質(zhì)含量均滿足人造金紅石、鈦鐵合金和高鈦渣五級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)要求, 滿足鈦白用二級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)二類產(chǎn)品要求。物相分析結(jié)果結(jié)合顯微鏡觀察表明，鈦精礦主要是磁性脈石礦物影響鈦精礦品位提高，鈦精礦產(chǎn)品中鈦鐵礦含量高達(dá)92.869%，赤鐵礦和鈦赤鐵礦含量低至0.634%，少數(shù)富鐵鈦鐵礦白鈦石化，脈石可見石榴石，還可見角閃石與鈦鐵礦連生。

4.7.2 鐵精礦產(chǎn)品分析

鐵精礦產(chǎn)品的化學(xué)分析結(jié)果見表17。

表17 鐵精礦的化學(xué)分析 /%

結(jié)果表明，鐵精礦各成分含量均滿足燒結(jié)用鐵礦粉一級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)要求。由顯微鏡下分析可知，鐵精礦中主要含部分鈦磁鐵礦而影響鐵精礦品位。

5 結(jié)論

(1) 鈦粗精礦主要含鐵和鈦兩種有用元素，主要礦物是鈦鐵礦、鈦赤鐵礦和赤鐵礦，其含量分別為79.49%、11.09%和5.24%，解離度分別為84.87%、91.00%和10.76%，脈石礦物主要為石榴石、角閃石、輝石和石英等。

(2)鈦鐵礦中鈦、鐵固熔分離和氧化還原蝕變導(dǎo)致鈦鐵礦赤鐵礦化，部分形成鈦赤鐵礦。鈦鐵礦赤鐵礦化中的赤鐵礦片晶定向分布，鈦赤鐵礦中以赤鐵礦占主體，為鈦鐵礦與赤鐵礦固熔體分離形成的連晶或片晶，也可見微細(xì)粒鈦鐵礦呈定向排列。鈦鐵礦、赤鐵礦和鈦赤鐵礦通過常規(guī)的磁選、電選和重選等選礦方法均難以有效分離。

(3)根據(jù)鐵鈦礦物以上礦物性質(zhì)特點(diǎn)，試驗(yàn)針對(duì)TiO2含量42%左右的鈦粗精礦進(jìn)行了詳細(xì)的條件試驗(yàn)，優(yōu)化出了較佳還原條件和磁選條件，采用還原焙燒—磁選工藝流程選別，使鈦粗精礦中鈦鐵礦與鈦赤鐵礦和赤鐵礦有效分離。試驗(yàn)結(jié)果：鈦精礦中TiO2含量49.10%，回收率為77.57%。鐵粗精礦(焙砂經(jīng)弱磁粗選和中磁掃選得到的產(chǎn)品合并)再磨至-0.045 mm占90%時(shí)，磁選可得到鐵精礦 ，其Fe含量56.71%、回收率19.16%。