螺旋溜槽回收某细粒级钛铁矿的试验研究①

徐晓衣，王丰雨，张超达，谢宝华，梁焘茂

（1.稀有金属分离与综合利用国家重点实验室，广东 广州 510651；2.广东省矿产开发与综合利用重点实验室，广东 广州 510651；3.广东省科学院资源利用与稀土开发研究所，广东 广州 510651；4.广州粤有研矿物资源科技有限公司，广东 广州 510651）

钛金属是战略性稀有资源，有钢铁维生素之称，探索钛资源高效回收技术具有重要意义［1－4］。我国钛资源丰富，查明储量集中分布在四川攀枝花和河北承德，但优质钛矿资源少，多为伴生矿，以钒钛磁铁矿形式赋存，其中钛铁矿（FeTiO3）作为钛载体矿物，是典型“贫、细、杂”钛矿资源，综合回收利用难度大［5］。经过多年科技攻关，关于钒钛磁铁矿的选矿技术已逐渐成熟，目前，“强磁选-浮选”是回收钛矿物的最佳工艺［6－7］，但由于部分脉石具有弱磁性，强磁选工艺难以完全抛除，需其他选矿工艺协助作业，以达到提高浮选给矿钛品位的目的。螺旋溜槽是一种传统的重选设备，它利用不同矿物之间的密度差异来实现矿物分离富集，具有设备结构简单、投资和生产成本小等优点［8］。本文研究了螺旋溜槽回收钛资源的应用效果，以期为同类资源的回收利用提供参考。

1 矿石性质

原矿化学多元素分析结果见表1；采用矿物自动定量检测系统（MLA）测定了原矿矿物组成及含量，结果见表2；矿样粒度组成分析结果见表3。

表1 原矿化学多元素分析结果（质量分数）／%

表2 原矿矿物组成（质量分数）／%

表3 试样粒度组成分析结果

由表1～2可知，原矿中TiO2品位10.18%，钛矿物主要为钛铁矿，少量榍石和钛磁铁矿；脉石矿物主要为钛辉石、蛇纹石、绿泥石，少量角闪石和橄榄石，并含有极少量的石榴石、方解石和尖晶石等。

由表3可知，筛分样综合TiO2品位10.08%，矿石粒度越细，TiO2含量越高，矿样粒度集中分布在－0.104 mm粒级，属于细粒级钛铁矿，回收难度较大。

2 螺旋溜槽分选原理

矿浆均匀给入螺旋槽，槽内不同比重的矿物在水流动力、自身重力、离心力、摩擦力和浮力的合力作用下分层分带，矿浆在重力作用下沿螺旋溜槽呈螺旋线形向下流动，同时在离心力作用下向外缘扩展，内缘形成流层薄、流速低的层流流态，外缘形成流层厚、流速高的紊流流态，同时还伴随着二次环流（内外缘横向交换），矿浆从内缘至外缘依次按重矿物、轻矿物、矿泥逐渐分带，运动一圈后即出现分带现象，之后继续加强［9－10］。

螺旋溜槽的选矿过程大致经历三个阶段：第一阶段是矿粒群的松散分层，在槽面运动进程中重矿物先沉入下层，轻矿物浮在上层，竖向液流强化矿粒松散分层；第二阶段是轻重矿物颗粒分带，矿粒沿横向铺展成层，从边缘至中心轴依次为轻、中、重矿物；第三阶段分离运动达到平衡，不同比重的矿粒沿各自的轨道回旋下落，排矿低端的截取器沿横向矿带截取精、中、尾矿（见图1），至此完成整个分选过程［10］。

图1 螺旋溜槽分选原理示意

3 试验研究

3.1 重选试验

重选具有设备结构简单、生产成本低、污染小等优势，符合当前环保节能政策，重选可作为磁选或浮选前的预选流程，对有用重矿物进行早回收或对脉石矿物进行抛尾，减少后续流程处理量，降低能耗，将成为一种选矿流程发展趋势［11－12］。

原矿中钛辉石、绿泥石、蛇纹石、角闪石含量高，这些脉石矿物具有一定弱磁性，因此强磁选回收钛铁矿效果不理想，一部分脉石随钛铁矿一起进入钛粗精矿中，导致后续浮选药剂用量大、选别指标差；而脉石矿石比重远小于钛铁矿，依据矿石间密度差异，采用螺旋溜槽能够有效抛除这部分有害脉石矿物，优化后续浮选给料性质。

3.1.1 设备型号选择

固定给矿量400 kg／h、给矿浓度25%、相同接矿口宽度，采用一次粗选，考察不同型号螺旋溜槽对选钛效果的影响，结果见图2。其中GL型和LP型螺旋溜槽均为新型高效重选设备，均采用玻璃钢材料、一次整体成型工艺，槽面平整均匀，属国内首创，螺旋槽面复合有耐磨层，质量轻、耐腐蚀。由图2可知，LP900型螺旋溜槽选别效果较好，回收率接近，精矿品位高于GL型螺旋溜槽。后续采用LP900螺旋溜槽进行试验。

图2 不同型号螺旋溜槽重选试验结果

3.1.2 接矿口宽度

螺旋溜槽接矿口宽度过宽，精矿产率高、品位低，接矿口过窄，精矿产率低、回收率低，因此合理的接矿口宽度是螺旋溜槽分选矿物的关键。为确定螺旋溜槽精矿、中矿和尾矿产品适宜的产率，进行了粗选精矿接矿口宽度试验，结果见图3。由图3可知，随着精矿接矿口宽度逐渐加宽，精矿品位不断降低，回收率逐渐升高，当接矿口宽度2.5 cm时，粗选精矿TiO2品位19.26%、回收率33.98%，精矿品位和回收率较合理，故确定粗选精矿接矿口宽度2.5 cm。

图3 精矿接矿口宽度试验结果

3.1.3 扫选次数

螺旋溜槽扫选次数影响精矿产品指标。扫选次数少，回收率达不到要求，尾矿损失量大；扫选次数越多，回收率越高，但精矿品位低。扫选次数试验流程见图4，结果见表4。由表4可知，经过一粗二扫重选，获得的总精矿TiO2品位15.63%、回收率69.01%，尾矿TiO2品位6.18%、回收率30.99%。尾矿中TiO2含量较低，达到最大限度抛除脉石的目的，同时综合精矿TiO2品位也达到了浮选给矿要求。

图4 扫选次数试验流程

表4 选别次数试验结果

3.2 浮选试验

重选精矿含硫0.64%，硫会影响钛精矿质量，选钛之前需要先脱硫，一是保证钛精矿质量，二是矿产资源综合利用的需要，三是提升钛铁矿资源开发利用效益。采用硫酸作矿浆pH值调整剂，在pH＝4条件下，以水玻璃为抑制剂、YTB为捕收剂，经过一粗三精、中矿顺序返回的浮选闭路流程，得到了钛精矿品位46.35%、作业回收率69.95%、对原矿回收率48.27%的良好指标。浮选闭路流程见图5，结果见表5。其中捕收剂YTB为自主研发新药剂，目前在实验室试验阶段，其主要官能团为COO－。

图5 浮选试验流程

表5 浮选试验结果

4 结 语

1）原矿钛金属主要分布在－0.074 mm粒级。原料主要金属矿物为钛铁矿；主要脉石矿物钛辉石、蛇纹石、绿泥石、角闪石、橄榄石等具有一定磁性，因此强磁选回收钛铁矿效果不理想，采用螺旋溜槽抛除有害脉石矿物可优化后续浮选给料性质。

2）选用LP900型螺旋溜槽进行重选，经过一粗三扫重选，得到钛粗精矿TiO2品位提高约5个百分点、回收率达到60%以上，选别指标良好。

3）原矿TiO2品位10.18%，经过“重选-脱硫-浮钛”流程，得到的钛精矿TiO2品位46.35%、回收率48.27%。