原生钛铁矿石选矿装备的应用进展与优化建议

2021-04-01罗荣飞王洪彬谭世国芳3

现代矿业 2021年6期

李金罗荣飞王洪彬谭世国林芳3

（1.攀钢集团矿业有限公司选钛厂；2.攀钢集团矿业有限公司设计研究院；3.钒钛资源综合利用国家重点实验室）

我国蕴含有丰富的钛资源，钛铁矿储量占我国钛资源的比例高达98%，其中原生矿又占钛铁矿总储量的97%，主要分布于四川攀西地区和河北承德地区，可回收利用的钛矿物主要为钛铁矿［1］。原生钛铁矿资源的特点是储量大且集中，适合规模开采，但脉石含量高，回收率低，可选性较差。钛铁矿因具有密度大、弱磁性和导电性等特点，其选矿方法有重选法、磁选法、浮选法和电选法及联合方法［2-5］。因攀西地区钒钛磁铁矿组成复杂，且嵌布粒度较细，目前大型选厂主要以强磁-浮选联合工艺对钒钛磁铁矿选铁尾矿中的钛铁矿进行回收。在确定了适宜的选矿工艺后，选择性能优良的装备是保证生产线顺行的根本。

笔者主要以攀西地区攀枝花、红格、太和、白马4大矿区为例，阐述钛铁矿主要选矿装备的应用情况及各自优缺点，同时探讨钛铁矿选矿装备的研究、优化方向。

1 钛铁矿选矿装备的应用

1.1 重选装备

重选法适用于粗粒级浸染和细粒级集合浸染的钛铁矿石的选矿，工业应用设备有螺旋溜槽、刻槽螺旋、摇床等，新型重选设备主要是旋转螺旋溜槽。单一重选选钛通常情况下可采用螺旋溜槽+摇床的工艺，获得TiO2品位＞46%的钛精矿；或采用螺旋溜槽获得品位在35%～40%的钛中矿。由于摇床占地面积大、耗水量大、回收率低等原因，已基本淘汰。

目前，在生产实践中，重选选钛设备通常与强磁-浮选工艺及干式强磁选工艺配套获得钛精矿。典型应用有：①攀枝花金江、安宁、高梁坪等工业园区中小型选钛厂采用螺旋溜槽获得Ti O2品位35%～40%的钛中矿，再将钛中矿烘干后进行干式强磁选，可获得TiO2品位＞46%的钛精矿合计近20万t/a；②攀枝花白马矿区某选厂采用湿式强磁粗、细粒分选—细粒强磁选精矿强磁精选+浮选—粗粒强磁选精矿重选工艺回收TiO2品位4%左右的低品位钛铁矿，重选采用380余台4头ϕ1 200 mm的螺旋溜槽，主要作用是抛除强磁选粗精矿中混杂的橄榄石；③西昌会理某选厂采用湿式强磁选—重选工艺选钛，获得TiO2品位＞46%的钛精矿5万t/a，重选采用ϕ1 200 mm和ϕ900 mm的刻槽螺旋共计300余台。

螺旋溜槽选钛优点是动力消耗小、操作简单、生产成本低，缺点是单台设备处理能力小、设备数量多、作业回收率低（尤其-320目细粒矿物），突出的缺点制约了其在生产中的大规模使用。

1.2 磁选装备

1.2.1 湿式强磁选装备

湿式强磁选选钛设备分高梯度磁选机和永磁筒式磁选机，工业应用又以前者为主。湿式立环脉动高梯度磁选机从20世纪90年代初开始在国内外的钛铁矿选厂推广使用，设备具有选矿效率高、磁介质不易堵塞、分选粒度范围较宽、可靠性高和能耗低的优点。近年来攀西地区大型选厂均采用强磁选—浮选工艺回收钛铁矿，强磁选作业将TiO2品位4%～12%的钛铁原矿富集至TiO2品位15%～25%后进入浮选选别。湿式立环脉动高梯度磁选机以赣州金环SLon强磁机为代表，攀西地区选钛厂使用转环直径1 500～4 000 mm的立环脉动高梯度磁选机超过200台。典型应用：①攀枝花密地选钛厂使用46台强磁选机，以SLon-2000型为主，少数为SSS型；②红格矿区龙蟒矿业二选厂使用40台ϕ2 000 mm机，其中SLon系列20台、抚顺隆基LGS-2000型20台；③米易安宁铁钛选厂采用14台ϕ3 000 mm机，以SLon系列为主；④西昌太和铁矿一段强磁选工序配置4台ϕ3 000 mm机、1台ϕ2 500 mm机，二段强磁选工序配置2台ϕ3 000 mm机用于精选、1台ϕ3 000 mm机用于扫选，其一段强磁选钛回收率达80%～83%，二段强磁选钛回收率90%以上；⑤目前国内处理量最大的为Slon-4000型强磁选机，实际处理能力达480～500 t/h，有2台应用于攀枝花某选厂尾矿钛铁矿再回收流程［6］。

高梯度强磁选机选钛在大量抛尾的同时可保证较高的作业回收率，但因钛辉石与钛铁矿磁性相近，从而导致强磁选精矿品位不高，故其通常作为粗选选钛设备。

1.2.2 干式强磁选装备

干式强磁选机通常应用于原生钛铁矿精选作业。攀西地区中、小型选钛厂普遍用干式强磁选机将TiO2品位35%～40%的重选钛中矿富集为Ti O2品位＞46%的钛精矿，干式强磁选作业回收率可达73%以上。目前，攀西地区干式强磁选机辊筒规格主要有ϕ400 mm×1 500 mm和ϕ380 mm×1 200 mm，单台最大处理量15 t/h，干式强磁选机第一辊除铁筒表面磁场强度159.24 kA/m、第二辊选钛筒表面磁场强度676.75 kA/m。

干式强磁选机作为原生钛铁矿精选设备，操作简单灵活、作业环境要求低、生产成本低、作业回收率高，但对入选Ti O2品位要求较高、对-200目细粒矿物回收效果差。由于干式强磁选机是永磁磁系，在给矿温度＞50℃时磁衰减加速，通常在使用8～10个月后选钛筒表面磁场强度降至557.32 kA/m左右，磁场强度低于557.32 kA/m时选钛指标明显变差。

1.3 浮选装备

浮选设备通常作为钛铁矿强磁选—浮选工艺的精选设备，攀西地区早期曾使用BF-1.2 m3浮选机和SF系列（4、10 m3）浮选机，现主要采用KYF型充气搅拌式浮选机，少数选厂保留JJF型机械搅拌式浮选机。典型应用：①攀枝花密地选钛厂采用XCF+KYF-16 m3型浮选机组选别粗粒级强磁选精矿、采用GF+JJF-8 m3型浮选机组选别细粒级强磁选精矿；②龙蟒二选厂采用XCF+KYF-24m3型浮选机组选别强磁选精矿，单组处理原矿达200 t/h，可生产钛精矿70 t/h，达到钛精矿60万t/a的生产能力；③西昌太和选厂主要运行2条XCF+KYF-16 m3型浮选线，浮选槽容积8 m3的浮选线作为备用，其选钛采用1粗2扫4精工艺流程，入浮TiO2品位约20%、-200目60%，选钛回收率约85%。

钛铁矿浮选效率高，浮选设备稳定可靠，但大量用药易污染环境，且成本高，工艺影响因素多，操作难度大。因此，钛铁矿浮选机在大规模生产中方能产生较好的效益。

1.4 电选装备

电选主要处理含钛辉石等非导电杂质的重选、磁选粗精矿，通常用于精选环节。电选对钛铁矿粒度要求较高，下限为0.045 mm，电选前需进行加温等预处理。20世纪80年代初至2008年，攀枝花密地选钛厂采用长沙矿冶研究院研制的YD系列电选机处理TiO2品位25%～30%的螺旋溜槽粗精矿，设备经不断改进，YD-3型电选机可获得Ti O2品位＞47.5%、作业回收率80%以上的钛精矿。YD-3型电选机主要工作参数：分选圆筒规格ϕ310 mm×2 000 mm，转速30～300 r/min，工作电压（40～60）kV，处理量3 t/h。

电选机作为原生钛铁矿的精选设备，作业回收率较高，对入选物料品位及粒度的要求也较高，单台设备处理量小，作业粉尘较大，因此，密地选钛厂在2008年的扩能改造中废除了电选工艺。2013—2016年，米易某选厂原生钛铁矿精选也采用过电选机，但因电选工艺本身的局限性和最终钛精矿指标不理想而停用。

钛铁矿重选、强磁选、浮选、电选装备各有优劣，湿式强磁选—浮选工艺配置下的装备选别资源储量大的原生钛铁矿相对更具优势。

2 钛铁矿选矿装备应用探索研究

针对现有钛铁矿选矿装备存在的问题，许多科技工作者对钛铁矿重选、磁选、浮选及辅助装备开展了相关研究。

2.1 重选装备

对攀枝花地区TiO2品位仅5.82%的原生钛铁矿石，刘建国等［7］采用以圆锥选矿机为主的重选设备进行预选，抛尾产率72.96%，TiO2品位提高到13.76%。对攀西地区微细粒级钛铁矿，王洪彬［8］进行了强化预富集研究，重选预富集采用离心选矿机、悬振锥面选矿机，并分别与浮选组成联合选别流程，结果表明，悬振锥面选矿机预富集精矿粒度更有利于后续浮选作业。

2.2 磁选装备

对陕西洋县某钒钛磁铁矿石，贾雪梅［9］等采用ZCLA选矿机进行粗粒抛尾，抛尾产率36.36%，抛尾Ti O2品位仅1.62%，显著减少了后续磨矿量。徐少华等［10］对SSS系列水平磁场高梯度磁选机进行选钛优化研究，获得了较好的选矿指标。夏常路等［11］采用GTS-B型湿式筒式磁选机对攀枝花某钛铁矿进行精选，TiO2品位42.48%的给矿，1次精选精矿TiO2品位46.35%、回收率88.88%。

2.3 浮选装备

范桂侠等［12］采用1粗1精浮选柱浮选流程处理攀枝花密地选钛厂细粒钛铁矿，获得了Ti O2品位48.11%、回收率82.00%的精矿，不仅选别效果优于现场同期浮选机，而且设备配置简洁。北矿机电科技有限责任公司开展了适应钛铁矿高浓度浮选的浮选机新型叶轮系统研究和攀枝花钛铁矿粗粒浮选机“浅槽化”实验室研究，充气搅拌式浮选机直流槽采用顶部旋转进气+新型叶轮系统，并在龙蟒选厂得到推广应用。