鐘森林，謝寶華*，王豐雨，梁燾茂，張超達(dá)

（1.廣東省科學(xué)院資源利用與稀土開發(fā)研究所,廣東 廣州 510651；2.稀有金屬分離與綜合利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510651；3.廣州粵有研礦物資源科技有限公司,廣東 廣州 510651）

0 引言

鈦及其合金具有強(qiáng)度高、密度小、耐高溫、耐腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在航天航空工業(yè)、海洋工程、熱能工程、化工和石化工業(yè)、冶金工業(yè)、汽車工業(yè)、建筑業(yè)、醫(yī)療及日常生活等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，被稱為“太空金屬”、“海洋金屬”[1?2]。世界上具有開采價(jià)值的鈦礦有原生礦（巖漿鈦礦）和鈦砂礦兩種，原生礦主要有鈦鐵礦、鈦磁鐵礦和鈦赤鐵礦等不同類型的共生礦[3]。我國正處在國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的階段，對(duì)鈦資源的需求呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)，近年來，我國鈦、鐵等礦產(chǎn)進(jìn)口量居高不下，研究開發(fā)鈦礦資源的回收利用技術(shù)具有重要的意義[4?5]。

我國原生鈦鐵礦主要分布于攀枝花-西昌地區(qū)以及河北承德地區(qū)，鈦鐵礦選礦普遍采用重選-磁選-浮選、重選-電選、單一浮選、磁選-浮選流程[6?8]。國外某地含豐富的鈦鐵礦資源，為開發(fā)利用該資源，尋求經(jīng)濟(jì)、合理的工藝流程，筆者針對(duì)該鈦鐵礦石開展了多元素分析、礦物組成分析、鈦的分布情況等一系列工藝礦物學(xué)研究，該礦石主要可回收礦物為鈦鐵礦，脈石礦物主要為角閃石、長(zhǎng)石和綠泥石；因角閃石中含鈦鐵礦或磁鐵礦包裹體，使角閃石磁性增強(qiáng)，采用常規(guī)磁選工藝難以獲得高品位的鈦精礦；根據(jù)該礦石性質(zhì)特點(diǎn)，原礦先粗磨后經(jīng)強(qiáng)磁選拋尾，既提高精選入選品位，又減少精選再磨礦量，粗精礦再磨后，采用新型高效浮鈦捕收劑YTB 進(jìn)行浮選精選，取得了較好的試驗(yàn)指標(biāo)。

1 礦石性質(zhì)及試驗(yàn)方法

1.1 礦石性質(zhì)

礦石性質(zhì)是開展選礦試驗(yàn)的基礎(chǔ)，試驗(yàn)前對(duì)原礦進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究，原礦多元素分析結(jié)果見表1，采用MLA 自動(dòng)礦物定量測(cè)定該樣品各礦物含量，測(cè)定結(jié)果見表2。由表1、2 可見，該礦中有用礦物主要為鈦鐵礦，其次為少量金紅石，脈石礦物主要為角閃石和長(zhǎng)石，其次為綠泥石、金云母、石英、高嶺土等。

結(jié)合掃描電鏡和顯微鏡觀察，礦石中鈦鐵礦粒度主要分布范圍在0.03～0.32 mm，屬細(xì)、微細(xì)粒嵌布類型，呈自形、半自形粒狀鑲晶集合體或單晶充填于角閃石縫隙中；金紅石粒度較細(xì)，大多小于0.074 mm，屬微細(xì)粒嵌布類型，常與鈦鐵礦伴生或連生，呈不規(guī)則粒狀分布在鈦鐵礦邊緣；榍石嵌布粒度介于鈦鐵礦與金紅石之間，主要粒度分布范圍在0.02～0.32 mm，屬細(xì)、微細(xì)粒嵌布類型，多與鈦鐵礦連生，沿鈦鐵礦裂隙充填交代，呈粒狀分布在鈦鐵礦邊緣或呈微脈狀充填于鈦鐵礦縫中；磁鐵礦嵌布粒度也較細(xì)。

采用掃描電鏡能譜儀對(duì)鈦鐵礦化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)，本樣品中鈦鐵礦有三種類型：其一，正常鈦鐵礦，一般呈自形、半自形粒狀嵌布在角閃石中，TiO2含量在52.6% 左右；其二，F(xiàn)eTiO3-Fe2O3固溶體分解，鈦鐵礦中析出赤鐵礦片晶或赤鐵礦包裹體，見圖1，這種鈦鐵礦含鈦量偏低而含鐵量高，TiO2含量在48%～50%，F(xiàn)eO 含量49%以上；其三，富鈦鈦鐵礦，鐵因氧化作用而流失，含TiO2量在53%以上最高達(dá)57%。從礦石中提取鈦鐵礦單礦物進(jìn)行分析，TiO2含量為51.25%。

圖1 鈦鐵礦中赤鐵礦片晶Fig.1 Hematite lamellae in ilmenite

鈦在各礦物中的分配見表3，原礦中65.01%的鈦賦存于鈦鐵礦中，4.40%賦存于榍石中，1.06%賦存于金紅石中，微量賦存于磁鐵礦與褐鐵礦中。此外，17.69% 以微細(xì)包裹體的形式賦存于角閃石中，其余賦存于石英、長(zhǎng)石、綠泥石、高嶺土等脈石礦物中?？梢?，鈦的賦存較為分散，理論回收率只有65.01%。

表3 鈦在主要礦物中的分配Table 3 Phase analysis of titanium in run-of-mine

1.2 試驗(yàn)方法

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 磁選粗選試驗(yàn)

原礦經(jīng)磨礦后采用SSS-Ⅰ-145 高梯度磁選機(jī)進(jìn)行一次磁選試驗(yàn)，得到粗精礦和尾礦。分別進(jìn)行了磨礦細(xì)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)。

2.1.1 磁選粗選磨礦細(xì)度試驗(yàn)

將原礦磨礦至不同細(xì)度后，在0.5 T 磁場(chǎng)強(qiáng)度條件下進(jìn)行磁選粗選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 磁選粗選磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Results of grinding fineness condition test in rough magnetic separation

由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著磨礦細(xì)度增加，磁選精礦鈦品位越高，但回收率隨之降低，并且在磨礦細(xì)度?0.074 mm 含量超過60%后，精礦回收率快速下降；選擇?0.074 mm 占60%為最佳磨礦細(xì)度。

2.1.2 磁選粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)

在?0.074 mm 占60% 的磨礦細(xì)度下進(jìn)行磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

我和老陳彼此心知肚明，誰都沒提警察來找我的事。三杯酒下去，老陳才變得自在了一些。我給老陳倒上酒，問他前些日子電視上報(bào)道的那起車禍的事，抓到那個(gè)肇事者沒有。老陳一愣，說那個(gè)死者家屬啊，正在尋找目擊者呢。現(xiàn)在的人啊，肯管閑事的不多了。

圖3 粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Results of magnetic field intensity condition test in rough magnetic separation

由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的升高，精礦TiO2回收率升高，品位逐漸降低，綜合考慮精礦品位和回收率，選用0.5 T 為磁選粗選最佳磁場(chǎng)強(qiáng)度。

在磨礦細(xì)度為?0.074 mm 占60%，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.5 T 條件下，磁選粗選獲得TiO2品位25.31%，回收率57.02%的粗精礦。

2.2 磁選精選試驗(yàn)

為獲得合格鈦精礦產(chǎn)品，對(duì)粗精礦進(jìn)行兩段磁選精選試驗(yàn)，分別進(jìn)行了粗精礦再磨礦細(xì)度和精選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖4。

圖4 粗精礦再磨磁選精選試驗(yàn)流程Fig.4 Flow chart of regrinding–cleaner magnetic separation test

2.2.1 粗精礦再磨細(xì)度條件試驗(yàn)

粗精礦經(jīng)再磨礦至不同細(xì)度后，進(jìn)行磁選精選試驗(yàn)，精選Ⅰ和Ⅱ的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.5 T，再磨細(xì)度條件試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 粗精礦再磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Results of regrinding fineness condition test in cleaner magnetic separation

隨著再磨細(xì)度增加，精礦品位越高，回收率越低，當(dāng)磨至?0.074 mm 占90%后，精礦品位提高不明顯，為獲得較高品位精礦，粗精礦最佳再磨細(xì)度選取?0.074 mm 占90%。

2.2.2 粗精礦精選磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)

將粗精礦再磨至?0.074 mm 占90% 細(xì)度下進(jìn)行精選磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)，精選Ⅰ和精選Ⅱ采用相同的磁場(chǎng)強(qiáng)度，結(jié)果見圖6，精選磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，磁性產(chǎn)品的TiO2品位越低，回收率越高；當(dāng)精選Ⅰ，精選Ⅱ磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.1 T 時(shí)，可取得TiO2品位為46.54%，對(duì)粗精礦回收率為42.60%（對(duì)原礦回收率為24.29%）的鈦精礦。

圖6 精選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Results of background magnetic field intensity test in cleaner magnetic separation

2.3 浮選精選試驗(yàn)

浮選試驗(yàn)給礦為粗選精礦，采用硫酸和水玻璃為調(diào)整劑，YTB 為自研浮鈦鐵礦捕收劑，對(duì)再磨礦至?0.074 mm 占90%的粗精礦進(jìn)行浮選精選試驗(yàn)，流程見圖7，并分別考察YTB 和水玻璃用量對(duì)浮選效果的影響。

圖7 浮選條件試驗(yàn)流程Fig.7 Flow chart of flotation condition test

2.3.1 捕收劑YTB 用量試驗(yàn)

粗精礦磨礦至?0.074 mm 占90%，為確定合適的捕收劑YTB 用量，在硫酸用量1 000 g/t，水玻璃用量600 g/t 條件下進(jìn)行了YTB 用量條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖8。

圖8 捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.8 Results of dosage of YTB collector condition test

由圖8 可知，隨著捕收劑用量增加，粗選鈦精礦回收率增加，而品位一直下降，當(dāng)YTB 用量達(dá)到2 200 g/t 后，回收率增加較少，確定YTB 最佳用量為2 200 g/t。

2.3.2 水玻璃用量試驗(yàn)

水玻璃對(duì)脈石礦物有較好的抑制作用，同時(shí)有利于礦漿的分散，在粗精礦磨礦至?0.074 mm 占80%，硫酸用量為1 000 g/t，YTB 用量2 200 g/t 的條件下進(jìn)行水玻璃用量條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖9。

圖9 水玻璃用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.9 Results of dosage of water glass condition test

由圖9 可知，隨著水玻璃用量增加，粗選鈦精礦品位逐步增加，而回收率先增加后下降，當(dāng)水玻璃用量達(dá)到600 g/t 時(shí)，精礦TiO2回收率最大，繼續(xù)增加水玻璃用量，精礦品位有小幅提升，但精礦回收率大幅下降。綜合考慮，選擇600 g/t 為水玻璃最佳用量條件。

2.3.3 浮選閉路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)確定捕收劑和水玻璃用量的基礎(chǔ)上開展實(shí)驗(yàn)室小型閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)流程見圖10，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 全流程閉路試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of closed-circuit flotation test

圖10 全流程閉路試驗(yàn)流程Fig.10 Flow chart of closed-circuit flotation test

從表4 試驗(yàn)結(jié)果可知，原礦粗磨后經(jīng)磁選取得粗精礦，粗精礦再磨經(jīng)一粗一掃兩精選浮選閉路試驗(yàn)，可以獲得產(chǎn)率8.74%，TiO2品位47.41%，回收率50.32%的鈦精礦。

3 結(jié)論

1）原礦中有用礦物主要為鈦鐵礦，其次為少量的金紅石，脈石礦物主要為角閃石、長(zhǎng)石和綠泥石。鈦的賦存狀態(tài)查定表明，鈦鐵礦中鈦占總鈦65%左右，金紅石中鈦占原礦總鈦的1%，硅酸鹽礦物-榍石中的鈦占原礦總鈦的4%～5%。以微細(xì)包裹體存在于角閃石、綠泥石、長(zhǎng)石等脈石礦物中的鈦占原礦總鈦的30%左右，鈦的理論回收率只有65.01%，鈦鐵礦單礦物分析結(jié)果表明，鈦精礦的理論品位為TiO251.25%。

2）角閃石中含鈦鐵礦或磁鐵礦包裹體，這些包裹體包含于角閃石中，引起角閃石磁性增強(qiáng)，并與鈦鐵礦磁性相近或相同，影響磁選分離富集鈦鐵礦。

3）在磨礦細(xì)度為?0.074 mm 占60%，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.5 T 條件下，磁選粗選獲得TiO2品位25.31%，回收率57.02%的粗精礦。

4）對(duì)粗精礦采用兩段磁選精選只能獲得TiO2品位46.54%，回收率24.29%的鈦精礦；采用磨礦-磁選-粗精礦再磨-浮選一粗二精一掃工藝流程，可以獲得TiO2品位為47.41%、回收率50.32% 的鈦精礦。