国外某钛铁矿砂矿设计方案研究

陈名洁，周苏阳，孙明俊

(中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

1 前言

国内钛铁矿砂矿较为少见，较少地分布在广东和海南沿海一带，因此对于设计来说可参考的实例并不常见。本文根据国外某钛铁矿砂矿的矿石性质，并依据矿石选矿试验结果，结合作者多年的设计经验，对国外某钛铁矿砂矿进行系统分析，研究其选别工艺流程，为进行类似砂矿石的工艺设计提供借鉴。

2 矿石性质

某钛铁矿矿床主要有用矿物是钛铁矿、锆英石以及磁铁矿，还有少量金红石、白钛石、铌铁矿、褐铁矿和赤铁矿等金属矿物。脉石矿物主要为石英、长石、石榴子石、电气石、黑云母等。

此砂矿的特点是半固结，原矿粒度较细，不用经过破碎和磨矿作业，单体解离度较高。砂矿含泥量较高、重矿物含量稍低、有价值的重矿物占总重矿物的比例高，钛铁矿和锆石含量较高。重砂分析结果见表1。原矿化学分析结果见表2，TiO2含量为3.07%，ZrO2含量为0.16%。原矿物相分析结果见表3，钛铁矿中的钛占有率为72.78%。从表1～表3可见，此钛铁矿砂矿是以钛铁矿为主，并伴生有锆石、金红石、磁铁矿等，具有一定的开采价值。

表1 重砂分析结果

表2 原矿化学分析结果 %

表3 原矿物相分析结果 %

3 选矿试验

在进行选矿试验之前，预先对矿石性质初步研究判断，主要从矿石的密度、磁性、导电性以及可浮性多方面进行系统分析，为试验提供指导。

3.1 重磁电和表面特性分析

砂矿中主要以钛铁矿和锆石矿为主，另外还含有磁铁矿、金红石、褐铁矿、赤铁矿、长石、石英、独居石、电气石、云母、石榴子石等。其中矿物的重、磁、电基本特性见表4。

表4 重、磁、电特性分析表

3.1.1 密度特性分析

主要重矿物锆英石的密度在4.5～4.8g/cm3，钛铁矿的密度为4.72g/cm3，独居石密度为4.83～5.3g/cm3；主要脉石轻矿物：长石密度2.55～2.6g/cm3，石英密度2.65～2.66g/cm3，云母密度2.7～3.1g/cm3。因此通过重选可将石英、长石、云母等轻脉石矿物与钛铁矿、锆英石、独居石等重矿物分开。

3.1.2 磁性分析

矿石比磁化系数从强至弱依次为磁铁矿>钛铁矿>褐铁矿>含铁金红石>电气石>独居石，而锆英石、金红石、石英、长石磁性很弱或者无磁性。在磁感应强度1.8～2.0T下，非磁性产品主要为锆英石、金红石和石英、长石等，而磁性产品主要含有磁铁矿、钛铁矿、独居石、石榴子石、电气石以及稀土矿物。因此可用强磁选使磁铁矿、钛铁矿、独居石等进入磁性产品，而从非磁性产品中回收锆英石。同时在弱磁场条件下，通过弱磁选分离出其中的磁铁矿，使钛铁矿品位得到进一步富集。

3.1.3 电性分析

因为锆英石、长石、云母、石英等是非导体，而钛铁矿和金红石是导体，在一定电场强度下，导电性产品中主要是钛铁矿、金红石等含钛矿物，而非导电性产品中是锆英石、长石、石英和云母。因此可用电选作为精选除去钛铁矿或锆英石精矿中的杂质，以得到高品位的产品。

3.1.4 可浮性分析

钛铁矿、锆英石和金红石都是氧化矿，在采用脂肪酸类阴离子捕收剂时，三者均具有一定的可浮性，但锆英石与另外两者相比，其可浮性更优。其原理是由于钛铁矿和金红石表面以负电荷为主，与脂肪酸类阴离子捕收剂的疏水基团不发生或发生极弱的吸附作用。而锆英石表面有+3/2的正电荷，且其正电荷在最外层，因而锆英石的表面非常有利于与脂肪酸阴离子捕收剂相互作用，故锆英石的可浮性明显优于金红石和钛铁矿。因此，只要能控制好矿浆的pH值，就能将锆英石浮选分离出来，而金红石和钛铁矿则基本上被抑制作为浮选的尾矿，而浮选的尾矿再经过进一步磁选后即可将金红石和钛铁矿分离。

脂肪酸类油酸或者油酸钠通常作为锆英石的捕收剂；矿浆pH调整剂以Na2CO3为主；抑制剂为水玻璃。在加入水玻璃的强碱性矿浆介质中，采用脂肪酸阴离子捕收剂有利于锆英石的浮选。

3.2 试验流程

因为钛铁矿砂矿的矿物组成复杂，有用矿物种类多，单一采用某一选矿方法从多种有用金属矿物中得到合格的精矿品位和高的回收率是不可能实现的，需要采用联合选别流程才可使目的矿物得到有效地分离。选择哪种流程更好取决于钛铁矿砂矿中有用矿物的嵌布粒度、品位、脉石成分、伴生矿物种类等多方面因素，因此，选择合理的工艺流程是本次研究的一项重要任务。

3.2.1 重选富集

砂矿中有用金属的含量较低，大量的是比重轻的石英、长石等脉石矿物。为节省选矿成本，降低设备装机量，提高选厂处理能力，应进行粗选预先抛尾，减少后续作业的矿量。重选是砂矿的主要选矿方法之一，用于砂矿的粗选抛尾和产品的富集。国外大部分钛锆砂矿的粗精矿都是采用重选获得。采用重选法的优点是显而易见的，粗粒的钛铁矿用重选法回收可得到较高指标，成本低、利于环保。

重选常用于第一段原矿的富集抛尾和第二段精矿的提纯，如独居石和锆英石精矿。第一段重选常用摇床或螺旋选矿机，其目的是抛去石英砂，使重矿物含量达到90%左右。第二段重选一般采用摇床，其操作十分严格，目的是尽可能地抛去石英、电气石及长石等脉石，使重矿物含量达到97%以上。

摇床和螺旋选矿机均是重选厂的主要设备，螺旋选矿机与摇床相比，设备处理量大，常用于重选的粗选作业，可节省能源，节约投资，减少运营成本。而摇床设备一般多用于精选段作业。

某试验单位采用螺旋选矿机和摇床进行了粗选抛尾试验，其试验流程见图1。试验结果表明，矿样经螺旋选矿机+摇床的粗选抛尾可达到如下指标：抛尾量在90%以上，重选精矿品位TiO233.68%、ZrO21.74%，钛、锆回收率分别为81.65%和80.93%。

图1 重选粗选抛尾试验流程图

3.2.2 重选精矿的弱磁选

原矿含有钛磁铁矿以及少量磁铁矿强磁性矿物，经过重选后的重矿物由于强磁性矿物的存在，会对强磁选过程造成非常不利的影响，如产生磁团聚，包裹钛铁矿、赤铁矿或褐铁矿，故无法降低钛铁矿中Fe2O3杂质含量。为了消除强磁性矿物对后续强磁选的严重影响，在强磁选前用弱磁场除去强磁性铁是十分必要的。试验结果表明：在0.12T的磁感应强度下可把铁矿物除去，且钛的损失率也较低。此时铁矿物产率为5%，若不将其在强磁选前去除，会严重影响强磁选的顺利进行，由此可看出强磁选前除铁是合理的。

3.2.3 强磁选

采用重选不能使钛铁矿与密度相近的(钛)磁铁矿、独居石、其它铁矿物、锆英石等矿物分离。但是钛铁矿与(钛)磁铁矿、独居石、锆英石等的比磁化系数以及导电率差异较大，磁铁矿是强磁性矿物，钛铁矿是较强磁性矿物，独居石为弱磁性矿物，而锆英石属非磁性矿物。故可利用它们之间的磁性及电性差异将钛铁矿与强磁性磁铁矿和非磁性矿物锆英石等分离，从而进一步富集钛铁矿。

根据对粗精矿矿物性质的研究结果，钛铁矿、锆石及金红石之间有较大的磁性差异，因此适合利用湿式强磁选机在不同磁场强度下将重选后的矿物进行磁性分组[1]。分别得出以钛铁矿为主和以锆石为主的物料，磁性强弱不同的磁性矿物均得到相对富集，各组分中矿物百分含量重新分配。以钛铁矿为主的物料干燥后经磁选可得钛铁矿精矿，钛精矿TiO2含量45.12%，回收率69.22%。选钛尾矿有待进一步用重选、浮选和磁选富集。选钛磁选流程见图2。钛铁矿全流程试验结果见表5。

图2 选钛磁选试验流程图

3.2.4 选钛尾矿的综合回收

选钛尾矿含有锆英石，应对其进行回收研究。单一的重选、磁选或浮选方法很难获得满足工业要求的精矿产品，需要多种方法联合使用。本试验研究就是将重选、磁选和浮选结合起来，试验流程见图3，锆的综合回收试验结果见表6。

(1)重选。由于选钛尾矿常夹带有石英、长石等脉石矿物，它们与锆英石在密度上有较大差异，可考虑用摇床对其进一步分选。摇床重选是保证锆英石品质的重要环节，其目的是尽可能多地除去石英、电气石和长石等脉石。重选锆精矿品位40.56%。

(2)浮选。由于湿式强磁选机夹杂的原因，强磁选的非磁性产品经摇床重选富集后，其主要矿物是锆英石、钛铁矿，金红石以锆英石为主，脉石矿物含量不高。浮选目的是分离锆英石和钛矿石，进一步富集锆英石。浮选后的锆精矿品位56.31%。

(3)磁选。进入浮选粗精矿主要为锆英石、钛铁矿及金红石，它们之间有较大的磁性差异，其中钛铁矿的磁性较强，锆英石、金红石都是非磁性矿物，因此可通过磁选来分离。磁选后的锆精矿品位大于63.00%。

图3 锆英石回收流程图

表6 锆的综合回收试验结果 %

3.2.5 工艺流程及指标

图4 钛铁矿砂矿分选流程图

通过以上一系列试验研究，提出了以湿式作业为主的钛铁矿砂矿的选矿工艺流程，即选用“钛矿重选—磁选联合流程”和“钛尾矿重选—浮选—磁选联合选锆流程”进行钛铁矿的选矿和锆英石的综合回收试验，分选流程如图4，综合试验结果见表7。试验结果表明：经重选、磁选后，可获得含TiO245%以上、回收率69.22%的钛精矿；选钛尾矿经重选—浮选—磁选，可获得含ZrO263.00%以上、TiO2<1.0%、回收率为39.90%的锆英石精矿。全流程还可综合回收铁作为副产品销售。

表7 钛铁矿砂矿最终试验结果 %

4 结论

(1)根据该钛铁矿砂矿的矿石特点，如各矿物的重、磁、电和表面性质存在差异，对此矿石的选矿工艺进行了一系列研究，制定了可有效分选各有用矿物的工艺流程。方案研究表明，其工艺流程是可行的，获得了较为满意的结果。经重选、磁选后，可获得含TiO245.00%以上，回收率为69.22%的的钛精矿；选钛尾矿经重选—浮选—磁选，可获得含ZrO263.00%以上、TiO2<1.0%，回收率为39.90%的锆英石精矿。还可综合回收铁作为副产品销售。

(2)研究的流程特点是以湿法为主，避免了干、湿作业多次重复交替使用，工艺简单易行，综合利用程度高，设备、基建投资较少，易于工业化。

(3)选矿厂产出的尾矿主要含石英砂，可作为基建用料，也可回填，排放水无毒，可用于灌溉农田或循环利用，可实现无尾生产，不污染环境。

(4)由于原料性质所致，钛精矿品位只能达到45.00%。这是因为虽然大部分钛铁矿结晶较好，平整、洁净，多为角砾状，但也有一部分结晶较差，含有一些杂质，影响了钛精矿品位。钛精矿中杂质存在的形式有：钛铁矿颗粒表面和裂隙中有杂质被膜，沿锆英石的裂缝空洞吸附有杂质离子，锆英石颗粒有杂质的细小包裹体以星点状吸附或嵌入，钛精矿中包含有少量铁矿物杂质。这些杂质是难以用物理选矿方法来去除的，从而影响钛铁矿精矿的品质。

(5)没有进行电选试验研究，可根据实际需要在项目开发前进行补充电选试验，与浮选试验进行综合对比，测算项目的经济性，为项目提供可靠的设计依据。