莫桑比克某锆英石磁电选矿工艺研究①

张建文，王海东，龚文勇，张 华，马崇振，廖 乾

（1.中南大学 资源加工与生物工程学院，湖南 长沙410083；2.长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙410012）

世界锆资源主要赋存于海滨砂矿矿床中，只有少部分赋存于残积砂矿和原生矿中［1］。锆资源中主要矿物是锆英石，它们多与钛铁矿、独居石、金红石、磷钇矿和锡石等矿物共生。世界上锆英石资源主要分布在澳大利亚、南非、莫桑比克、美国、乌克兰、斯里兰卡、肯尼亚、印度尼西亚和塞拉利昂等地，其中澳大利亚、南非和莫桑比克这三个国家锆英石资源最为丰富［2－3］。中国的海滨砂矿主要分布于海南、福建以及山东一带。我国海滨砂矿和海底矿产资源储量丰富，是宝贵的矿产资源［4］。

目前，锆英石的选矿主要有重选-磁选、单一浮选、磁选-浮选和磁选-电选等［5－7］。莫桑比克某海滨砂矿矿床中锆英石资源储量巨大，锆石矿物单体解离度和含量高［8－9］。本文在来样工艺矿物学研究基础上，对粗选得到的重砂粗精矿采用磁选-电选联合工艺进行锆英石精选，取得了较好的试验指标。

1 矿石性质

经显微镜镜下鉴定、X 射线衍射分析和扫描电镜分析综合研究表明，莫桑比克某海滨砂矿矿样中锆矿物主要为锆石，钛矿物为钛铁矿，铁矿物为赤铁矿，其他矿物种类多但含量较少，包括有石英、独居石、石榴石、角闪石、磁铁矿、假象赤铁矿和电气石等。来样为黑色掺杂不同浅色颗粒的砂样，粒度较为均匀，主要分布在0.04～0.2 mm 之间。原矿化学多元素成分分析结果见表1。由表1 可知，原矿中主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3、ZrO2和SiO2等。原矿主要矿物组成及含量见表2。原矿除有细小包裹物外，锆英石基本呈单体产出，粒度总体较钛铁矿略细小，但较为均匀，一般在0.04～0.1 mm 之间。能谱微区成分分析表明，锆英石组成较为纯净，除ZrO2和SiO2外，含有少量的HfO2、TiO2和FeO。

表1 原矿化学多元素分析结果(质量分数)/%

表2 原矿中主要矿物组成及含量(质量分数)/%

2 试验结果与讨论

2.1 试验方案

由工艺矿物学研究结果可知，锆石矿物基本呈单体产出，虽粒度总体较钛铁矿细小，但较为均匀，因此锆石选矿不需要磨矿，而且锆石矿物粒度比较适合采用电选和磁选工艺。能谱微区成分分析结果表明，锆石组成较为纯净，说明理论上锆英石可以通过选矿富集到ZrO2品位65%以上的精矿产品。

根据莫桑比克某海滨砂矿来样性质，并结合海滨砂矿的国内外选矿生产实践经验，确定粗选（磁选-重选）-干燥-精选（磁选-电选）的选矿原则流程。通过磁选、重选等粗选作业获得的重砂粗精矿干燥后在精选车间进行锆英石的精选。

2.2 粗选试验

粗选方案是控制海滨砂矿项目建设投资与生产成本的关键。本文确定的粗选流程为湿式弱磁选-湿式中磁选-螺旋溜槽-摇床重选。其中湿式弱磁选作用是去除磁铁矿、钛磁铁矿等强磁性矿物，湿式中磁选试验目的为尽可能多地选出合格的钛铁矿精矿，同时减轻后续重选和磁电选工艺流程的负担。螺旋溜槽和摇床是海滨砂矿分选中的关键重选设备。螺旋溜槽的作用是除去大量的石英、角闪石、石榴石等脉石矿物，它具有结构简单、处理量大、运行成本低等突出优点。摇床重选的好坏是决定能否生产出合格锆英石精矿的关键，其作用为选出不含石英、角闪石和石榴石等脉石矿物的摇床精矿，为锆英石精选提供合格的给料。摇床具有富集比高、选别效率高、电耗低等优点，其主要缺点是占地面积大、耗水量大和单机处理能力低。粗选试验流程如图1 所示，粗选试验结果见表3。

图1 粗选试验流程

表3 粗选试验结果

从表3 结果可知：

1）通过粗选试验（磁选-重选）可获得用于分选一级锆精矿的摇床精矿，产率12.80%、ZrO2品位30.15%、回收率54.87%，摇床精矿中TiO2含量为14.93%。摇床精矿中主要含锆英石矿物，其次为钛铁矿，独居石和金红石等矿物。

2）粗选还可获得用于分选次级锆精矿的摇床中矿，产率15.10%、ZrO2品位19.32%、回收率41.48%，摇床中矿中TiO2含量为29.86%。摇床中矿主要为钛铁矿，其次为锆英石、独居石和金红石等矿物。

2.3 精选试验

选择适合的磁、电选精选设备和确定合理的工艺参数是选出合格锆英石精矿的关键。磁选-电选联合工艺是近年来分选锆英石的发展方向与主要应用领域，它具有节能环保、生产效率高、运行和维护成本低、性能稳定、处理量大和自动化程度高等优点。电选设备采用长沙矿冶研究院研制的具有自主知识产权的YD 圆筒电选机、CRIMM 筛板电选机和弧板电选机，专门用于海滨砂矿中锆英石与钛铁矿、金红石等的分离。

精选选锆试验的给料中含有锆英石、钛铁矿、金红石和独居石等矿物，其中钛铁矿为中等磁性、导体矿物，独居石为弱磁性、非导体矿物，金红石为非磁性、导体矿物，而锆英石为非磁性、非导体矿物，因此可通过磁选和电选联合流程将锆英石与其他具有磁性差异和导电性差异的矿物高效分离。在条件试验基础上，进行了选锆全流程开路试验，摇床精矿和摇床中矿磁电选锆试验流程如图2 所示，试验结果分别见表4 和表5。

图2 磁-电精选试验流程

表4 摇床精矿磁-电选试验结果

表5 摇床中矿磁-电选试验结果

表4 和表5 表明，摇床精矿经过磁-电选全流程选锆精选试验，获得的锆英石精矿产率4.49%、ZrO2品位65.56%、回收率41.86%，锆精矿中TiO2品位为0.22%，达到国家一级锆英石精矿的质量标准要求；摇床中矿经过磁-电选精选试验，选出的锆英石精矿产率3.71%、ZrO2品位64.65%、回收率34.22%，锆精矿中TiO2品位为0.29%，达到国家三级锆英石精矿的质量标准要求。锆英石精矿中ZrO2综合回收率达到76.08%。摇床中矿经磁-电选精选后所得精矿ZrO2品位未达到一级锆精矿要求，镜下观察锆精矿中还有少量石英等脉石矿物，因此在摇床重选时要精细化操作，尽可能减少进入摇床中矿的脉石含量。

3 结 语

1）原矿中ZrO2品位为7.01%。锆石基本呈单体产出，因此锆石选矿不需要磨矿。矿物间磁性和导电性差异，为锆英石选矿采用磁选-电选联合流程奠定了基础。

2）摇床精矿和摇床中矿经过磁-电精选试验，获得的一级锆英石精矿ZrO2品位65.56%、回收率41.86%；选出的三级锆英石精矿ZrO2品位64.65%、回收率34.22%。锆英石精矿中ZrO2综合回收率达到76.08%。

3）莫桑比克某锆英石ZrO2品位高，粒度均匀，单体解离度高，通过磁选-电选联合精选，获得了较好的试验指标。研究结果可为合理开发利用莫桑比克某锆石资源提供借鉴和参考。