黃會(huì)春 陳祿政 熊 濤 賴啟威

(1.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院,云南 昆明 650093;2.贛州金環(huán)磁選科技裝備股份有限公司,江西 贛州 341000)

鈦是一種非常重要的戰(zhàn)略材料,因其強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫和良好的生物適應(yīng)性,廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療器械、戶外裝備等行業(yè)[1]。我國(guó)鈦資源儲(chǔ)量豐富,主要以鈦鐵礦形式存在[2-4],其中,攀枝花地區(qū)釩鈦磁鐵礦資源占全國(guó)鈦鐵礦總儲(chǔ)量的90%以上[5-6]。近年來,我國(guó)對(duì)鈦精礦的需求劇增,每年進(jìn)口鈦精礦超過300萬t,年增長(zhǎng)超過15%;因此,提高攀西地區(qū)鈦鐵礦資源利用率,對(duì)保障我國(guó)鈦鐵礦的穩(wěn)定供應(yīng)具有重要意義。

目前,攀西地區(qū)選鐵尾礦的TiO2品位一般為4%～11%,主要通過SLon強(qiáng)磁選—浮選流程回收其中的鈦鐵礦,全流程TiO2回收率35%左右[7-8],生產(chǎn)1 t TiO2品位47.50%的鈦鐵礦精礦,約產(chǎn)生17 t的尾礦。根據(jù)攀枝花釩鈦產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)[9],2022年攀西地區(qū)鈦鐵礦精礦產(chǎn)量為511萬t,同比增長(zhǎng)了35.5%,占國(guó)內(nèi)總產(chǎn)量的80.7%;與此對(duì)應(yīng),選鈦過程產(chǎn)生8 000多萬t TiO2品位5.0%左右的尾礦,其中品位3.5%左右的TiO2以鈦鐵礦形式存在,相當(dāng)于損失約300萬t的鈦鐵礦。通常,這些尾礦直接排入尾礦庫,造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和生態(tài)環(huán)境安全問題。

SLon立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)具有處理能力大、背景磁場(chǎng)強(qiáng)度高,運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn),是迄今分選攀西鈦鐵礦的關(guān)鍵技術(shù)裝備[10-12]。鑒于當(dāng)前攀西選鈦尾礦TiO2品位普遍較高的現(xiàn)狀,本文對(duì)攀西某礦業(yè)公司選鈦尾礦開展了SLon強(qiáng)磁選新工藝試驗(yàn)研究,旨在進(jìn)一步降低選鈦尾礦的TiO2品位,提高鈦精礦的產(chǎn)量和TiO2回收率。

1 試樣性質(zhì)

試樣取自攀西地區(qū)某選鈦廠的尾礦(以下簡(jiǎn)稱試樣),主要有用礦物為鈦鐵礦和鈦磁鐵礦,脈石礦物主要為榍石和硅酸鹽礦物。試樣化學(xué)成分分析結(jié)果見表1,鈦化學(xué)物相分析結(jié)果見表2,粒度篩分分析結(jié)果見表3。

表1 試樣化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Main chemical compositions analysis results of the sample %

表2 試樣鈦化學(xué)物相分析結(jié)果Table 2 Chemical titanium phase analysis results of the sample %

表3 試樣粒度篩分分析結(jié)果Table 3 Size-by-size analysis results of the sample

由表1、表2可以看出,選鈦尾礦試樣TiO2品位4.77%,Fe品位10.10%。Cu、Co、Ni、Cr等共伴生元素含量偏低,有害元素P、S含量偏高。TiO2主要賦存于鈦鐵礦中,分布率為67.97%;其次分布于榍石和硅酸鹽中,分布率為27.23%,該部分為脈石礦物,為鈦的合理損失;少量分布于鈦磁鐵礦、金紅石物相中。

從表3可以看出,+0.15 mm粒級(jí)產(chǎn)率達(dá)到50.67%,TiO2分布率為44.14%。-0.019 mm微細(xì)粒級(jí)產(chǎn)率達(dá)到24.78%,TiO2分布率達(dá)到35.22%,該粒級(jí)TiO2品位最高,為6.78%,遠(yuǎn)高于其他粒級(jí),說明該尾礦粗細(xì)分布極不均勻。如何提高+0.15 mm和-0.019 mm粒級(jí)鈦回收率將是主要的研究方向。磨礦粒度過粗,粗粒級(jí)單體解離不完全,高梯度磁選機(jī)一次選別難以達(dá)到理想指標(biāo);微細(xì)粒級(jí)產(chǎn)率高,采用低的磁感應(yīng)強(qiáng)度難以回收。

2 選鈦試驗(yàn)研究

2.1 SLon-100周期式脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)條件探索試驗(yàn)

2.1.1 粗選條件試驗(yàn)

考慮到部分試驗(yàn)物料粒度偏粗,為避免磁介質(zhì)堵塞,所以粗選試驗(yàn)采用3.0 mm棒介質(zhì),固定給礦量200 g/次,脈動(dòng)沖次250 r/min、脈動(dòng)沖程8 mm、礦漿流速5.0 cm/s,分析磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)粗選指標(biāo)的影響,試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 粗選磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Effect of magnetic induction on roughing performance

由表4可以看出,提高磁感應(yīng)強(qiáng)度,精礦TiO2回收率在不斷上升,但TiO2品位隨之下降。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到1.2 T時(shí),精礦TiO2品位僅5.52%,尾礦TiO2品位與精礦TiO2品位相差不大,說明此時(shí)高梯度磁選效果差。因此,粗選磁感應(yīng)強(qiáng)度選擇0.7 T,此時(shí)精礦產(chǎn)率28.98%,TiO2品位8.26%,TiO2回收率51.37%。

為了進(jìn)一步提高粗選TiO2回收率,為后續(xù)分選創(chuàng)造條件,對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度0.7 T條件下獲得的磁選粗選尾礦進(jìn)行篩析,以查明各粒級(jí)TiO2回收情況,結(jié)果見表5。

由表5可知,-0.019 mm粒級(jí)TiO2品位最高,達(dá)5.85%,高于試樣TiO2平均品位,且TiO2分布率達(dá)42.24%。這主要是,高梯度磁選粗選采用3.0 mm棒介質(zhì),為了獲得一定富集比的粗選精礦,選擇的磁感應(yīng)強(qiáng)度較低(0.7 T),這導(dǎo)致磁捕獲力不足以捕獲超微細(xì)粒鈦鐵礦。因此,后面增加掃選作業(yè)。

2.1.2 粗選尾礦掃選試驗(yàn)

粗選尾礦中+0.15 mm粒級(jí)TiO2品位僅2.00%左右,因此,首先對(duì)粗選尾礦進(jìn)行0.15 mm篩分,篩上物料直接作為尾礦丟棄,篩下物料進(jìn)行掃選以回收細(xì)粒級(jí)鈦鐵礦。由于掃選的給礦粒度較細(xì),因此選擇2.0 mm棒介質(zhì),固定給礦量200 g/次,脈動(dòng)沖次250 r/min,脈動(dòng)沖程8 mm,礦漿流速5.0 cm/s 進(jìn)行掃選條件優(yōu)化試驗(yàn),結(jié)果見表6。

由表6可以看出,提高磁感應(yīng)強(qiáng)度,TiO2作業(yè)回收率逐漸升高,但精礦品位下降較快。為保證后續(xù)綜合精礦品位,選擇掃選磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8 T,此時(shí)掃選精礦作業(yè)產(chǎn)率為30.01%,TiO2品位6.96%,TiO2作業(yè)回收率51.19%,TiO2品位與粗選精礦較接近。

2.1.3 粗選、掃選合并精礦的精選試驗(yàn)

為進(jìn)一步提高精礦TiO2品位,對(duì)粗選精礦進(jìn)行擦洗磨礦2 min,確保0.15 mm粒級(jí)的通過率達(dá)到100%。隨后將其與掃選精礦合并,形成綜合精礦,以提高礦物的單體解離度,并降低表面浮選藥劑對(duì)磁選過程的影響。固定給礦量200 g/次,磁選介質(zhì)為2.0 mm棒介質(zhì),脈動(dòng)沖次250 r/min,脈動(dòng)沖程8 mm,礦漿流速5.0 cm/s,對(duì)綜合精礦進(jìn)行精選試驗(yàn),結(jié)果見表7。

表7 綜合精礦的精選試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Cleaning results of combined concentrate from roughing and scanvanging processes

由表7可以看出,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.7 T時(shí),最終鈦精礦TiO2品位達(dá)到15.69%,TiO2作業(yè)回收率76.86%,尾礦品位降低至2.97%?？梢?通過精礦再磨后,SLon磁選機(jī)獲得了良好的精選指標(biāo)。

2.2 全流程試驗(yàn)

采用上述小型探索條件試驗(yàn)的技術(shù)參數(shù),進(jìn)行SLon-500磁選機(jī)擴(kuò)大連選流程驗(yàn)證試驗(yàn),試驗(yàn)前,先將+2 mm粒級(jí)礦物采用圓筒隔渣篩進(jìn)行除雜,試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程見圖1,最終鈦精礦化學(xué)成分分析結(jié)果見表8,產(chǎn)品粒度分析結(jié)果見表9。

圖1 全流程試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程Fig.1 Quantity and quality results for whole process test

表8 鈦精礦化學(xué)成分分析結(jié)果Table 8 Chemical composition analysis results of titanium concentrate %

表9 鈦精礦篩析結(jié)果Table 9 Size-by-size analysis results of titanium concentrate

從表8和圖1可知,半工業(yè)試驗(yàn)連選流程可獲得產(chǎn)率16.15%、TiO2品位15.52%、TiO2回收率55.33%的最終鈦精礦,綜合尾礦TiO2品位控制在2.50%以下。表8表明,鈦精礦S、P等有害元素含量低,脈石礦物主要是輝石、橄欖石、綠泥石等含F(xiàn)e元素硅酸鹽礦物。由表9可以看出,SLon磁選機(jī)對(duì)微細(xì)粒鈦鐵礦實(shí)現(xiàn)了有效回收。

3 結(jié) 論

(1)攀西地區(qū)某礦業(yè)公司選鈦尾礦TiO2品位4.77%、Fe品位10.10%。其中,鈦鐵礦TiO2分布率67.98%,鈦磁鐵礦中TiO2分布率3.48%,是回收的目的礦物。該尾礦粒度分布不均,粒級(jí)越細(xì),TiO2品位和分布率越高;尤其是-0.019 mm粒級(jí)TiO2品位高達(dá)6.78,TiO2分布率為35.10%。

(2)試驗(yàn)礦樣經(jīng)過-2.0 mm隔渣后,采用SLon強(qiáng)磁機(jī)粗選,提前丟廢低品位的粗粒級(jí)。粗選精礦磨礦至-0.15 mm全通過,粗選尾礦直接丟棄低品位的+0.15 mm粒級(jí),而-0.15 mm粒級(jí)進(jìn)行掃選回收。粗選精礦與掃選精礦合并進(jìn)行精選,半工業(yè)試驗(yàn)獲得了產(chǎn)率16.15%、TiO2品位15.52%、TiO2回收率55.33%的最終鈦精礦,實(shí)現(xiàn)了對(duì)選鈦尾礦中微細(xì)粒鈦鐵礦的有效回收。

(3)SLon磁選機(jī)粗選—粗精礦磨礦—粗選尾礦分級(jí)、細(xì)粒級(jí)掃選—精選全磁選新工藝,具有處理量大、生產(chǎn)成本低、適應(yīng)性強(qiáng)等技術(shù)優(yōu)點(diǎn),可以從攀西地區(qū)選鈦尾礦中有效回收細(xì)粒級(jí)鈦鐵礦資源,因此具有十分重要的推廣應(yīng)用價(jià)值。