印尼海滨砂矿与攀西钒钛磁铁矿选铁差异性研究

2022-07-08王洪彬刘志雄祝勇涛

钢铁钒钛 2022年3期

王洪彬，刘志雄，祝勇涛，陈碧，张旺

（1.攀钢集团矿业有限公司设计研究院,四川攀枝花 617063；2.钒钛资源综合利用国家重点实验室,四川攀枝花 617000）

0 引言

钒钛磁铁矿是一种由铁、钒、钛和多种有价金属元素共生组成的复合型矿产资源[1]，主要分为原生岩矿型和次生砂矿型两种矿床类型。岩矿型钒钛磁铁矿主要分布于俄罗斯、南非和中国等；砂矿型钒钛磁铁矿主要为海滨砂矿，在印度尼西亚、马来西亚、澳大利亚、新西兰等近海国家分布广泛[2]，海滨砂矿是指在海滨地带由河流、海浪、潮汐及海流共同作用下，由砂质沉积物中的重矿物碎屑富集而形成的矿床[3]。国内钒钛磁铁矿主要分布在攀西的攀枝花、红格、白马、西昌太和四大矿区[4]，攀西钒钛磁铁矿利用普遍采用“先选铁后选钛”的原则流程[5]，并已逐步形成“两段阶磨阶选”选铁和“强磁-强磁-浮选”选钛的成熟工艺流程[6]。除新西兰北海岸的含钒钛海滨砂矿通过重选获得含钒钛的铁精矿后，采用回转窑预还原-电炉法得到小规模利用外，其他尚未得到利用[7]。

近年来我国钒、钛、铁等矿产进口量居高不下[8]，伴随着我国“一带一路”国际合作的深入开展[9]，许多钢铁生产企业越来越关注国外的铁矿资源，特别是与我国邻近的印度尼西亚海滨砂矿成为关注的重点。印尼海滨砂矿主要分布在爪哇岛南部沿海，西苏门答腊、南加里曼丹和南苏拉威西，探明储量约21 亿t，但开发利用较少。笔者以TFe 品位接近的攀西某钒钛磁铁矿干抛尾矿作为对比样，进行印尼海滨砂矿和攀西钒钛磁铁矿的选铁对比试验研究，从选铁流程指标、选铁成本和精矿质量上分析其差异性，以便为今后利用印尼海滨砂矿资源提供数据支撑和技术支持。

1 试样性质研究

1.1 试样元素分析

试样为印尼某海滨砂矿（以下简称“印尼矿”），属细砂状；对比样为攀西某钒钛磁铁矿干抛尾矿（以下简称“攀西矿”），属大块状，将其破碎至−3 mm，其化学多元素分析结果见表1。

表1 试样化学多元素分析结果Table 1 Results of chemical multi-element analysis of samples %

从表1 可看出，印尼矿和攀西矿中有价元素均为铁和钛，其中印尼矿TFe 含量18.36%、TiO2含量3.18%，攀西矿TFe 含量15.48%、TiO2含量6.13%；印尼矿的V2O5含量0.186%，高出攀西矿约1/2；印尼矿的MgO 含量18.34%，为攀西矿的3 倍，而Al2O3含量3.80%，约为攀西矿的四分之一；印尼矿有害元素S 含量0.016%，较攀西矿低很多。

1.2 试样粒度筛析

从表2 可看出，印尼矿细且较均匀，0.4 mm 以上粒级产率4.21%；攀西矿粗且不均匀，2 mm 以上粒级产率18.97%。印尼矿TFe 和TiO2品位都随粒度变细呈逐渐提高的趋势；攀西矿TFe 和TiO2品位都随粒度变细呈逐渐提高然后下降的趋势。印尼矿TFe 和TiO2金属主要分布在0.125～0.25 mm 的中间粒级，其分布率分别为92.74%、91.64%；攀西矿TFe 和TiO2金属主要分布在0.4～2 mm 的较粗与0.074 mm 以下的较细粒级，其分布率分别为66.20%、65.01%。

表2 试样全粒级筛析结果Table 2 Results of full size sieve analysis

1.3 矿物组成赋存

试样矿物组成及单体解离度测定结果如表3 所示。从表3 可看出，印尼矿中钛磁铁矿含量22.42%，较攀西矿的9.53%高12.89 个百分点；印尼矿中钛铁矿、硫化物、脉石含量都较攀西矿低，分别低4.24、1.53 和5.42 个百分点。印尼矿中钛磁铁矿、钛铁矿、脉石的单体解离度分别为82.92%、60.89%、84.27%，较攀西矿分别高51.66、33.97、5.08 个百分点，表明攀西矿下步选铁试验需要加大磨矿。

表3 主要矿物含量及单体解离度测定结果Table 3 Determination results of main mineral content and monomer dissociation degree

镜鉴结果表明，印尼矿中钛磁铁矿以圆粒状为主，嵌布粒度0.003～0.31 mm，大部分以单体呈现（见图1（a）），部分呈圆粒状稀疏嵌布于脉石中（见图1（c））。攀西矿中钛磁铁矿以半自形晶与钛铁矿连生，嵌布粒度0.03～0.70 mm，单体很少（见图1（b）），大部分的钛磁铁矿品质不高，含杂质较多，微细粒级的与钛铁矿一起嵌布在脉石中形成包裹体（见图1（d））。

图1 印尼矿、攀西矿中钛磁铁矿赋存状态Fig.1 Occurrence of titanomagnetite in Indonesian and Panxi ores

2 试验方案

印尼矿粒度0.9 mm 以下，其钛磁铁矿嵌布粒度0.003～0.31 mm，大部分以单体呈现，部分以圆粒状包裹于脉石中；攀西矿粒度3 mm 以下，其钛磁铁矿嵌布粒度0.03～0.70 mm，单体较少。因此，本着“能抛早抛、能收早收”的原则，拟在实验室对印尼矿和攀西矿分别采用“一段磨选”、“两段阶磨阶选”原则流程进行钛磁铁矿的高效回收[10]，其设备为XMQ350×160 mm 锥形球磨机、XCRS-Ø400×240 mm电磁湿法多用鼓形磁选机。

3 试验结果及分析

3.1 流程指标差异

3.1.1 磨选试验

根据攀西钒钛磁铁矿选铁经验及条件试验确定两种矿石的磨选试验参数：磨矿浓度75%，印尼矿磁场强度96 kA/m，攀西矿一段、二段磁场强度分别为240 kA/m 与96 kA/m。试验结果见表4～6。

表4 印尼矿磨选试验结果Table 4 Test results of Indonesian mine grinding

从表4 可看出，随着磨矿细度−0.074 mm 含量增加，精矿产率和回收率逐渐降低，精矿中TFe 和TiO2品位逐渐提高；当磨矿细度−0.074 mm 含量80.60%时，可获得产率13.84%、TFe 品位54.27%、TiO2品位10.64%、TFe 回收率40.84% 的精矿，此时尾矿TFe 品位12.76%；综合考虑成本、精矿品位和回收率等，确定印尼矿磨矿细度为−0.074 mm 含量80.60%。

从表5 可看出，随着磨矿细度−0.074 mm 含量增加，精矿产率和回收率逐渐降低，精矿中TFe 和TiO2品位逐渐提高；当磨矿细度−0.074 mm 含量35.40%时，可获得产率21.12%、TFe 品位36.39%、TiO2品位9.42%、TFe 回收率49.65%的精矿，此时尾矿TFe 品位9.88%；综合考虑成本、精矿产率和回收率，确定攀西矿一段磨矿细度为−0.074 mm 含量35.40%。

表5 攀西矿一段磨选试验结果Table 5 Test results of primary grinding in Panxi mine

从表6 可看出，随着磨矿细度−0.074 mm 含量增加，精矿产率和回收率逐渐降低，精矿中TFe 和TiO2品位逐渐提高；当磨矿细度−0.074 mm 含量90.00%时，可获得产率54.08%、TFe 品位54.15%、TiO2品位10.35%、TFe 回收率80.47% 的精矿，此时尾矿TFe 品位15.47%；综合考虑成本、精矿产率和回收率，确定攀西矿二段磨矿细度为−0.074 mm含量90.00%。

表6 攀西矿二段磨选试验结果Table 6 Test results of secondary grinding in Panxi mine

3.1.2 差异性分析

将攀西矿较佳磨矿细度下的一段磨选和二段磨选指标计算汇总，并与印尼矿进行流程与指标的比较，比较结果见表7。

表7 流程与指标比较结果Table 7 Comparison of processes and indicators %

从表7 可看出，印尼矿采用一段磨选流程，在磨矿细度−0.074 mm 含量80.60% 时获得TFe 品位54.27%的精矿，而攀西矿需要“破碎+两段阶磨阶选”流程、在二段磨矿细度−0.074 mm 含量90.00%时获得TFe 品位54.15% 的精矿，印尼海滨砂矿不破碎、少磨矿的特点体现明显。在精矿TFe 品位基本相同的情况下，印尼矿尾矿TFe 品位12.59%，较攀西矿的10.49%高1.10 个百分点，分析认为是呈圆粒状稀疏嵌布于脉石中的少部分铁矿物在选别时进入尾矿导致；印尼矿尾矿TiO2品位1.98%，较攀西矿的5.59%低3.61 个百分点，从历来的钛精矿市场行情看无回收钛铁矿价值。

3.2 选铁成本差异

根据印尼矿与攀西矿的选铁流程指标，结合两矿尾矿处理实际情况及攀西矿选铁工序成本价格，对印尼矿和攀西矿进行了选铁成本估算对比，结果见表8。

表8 选铁成本估算结果Table 8 Estimated results of iron selection cost

从表8 可看出，因印尼矿较攀西矿不需要破碎、二段磨矿及尾矿处理单位成本低等原因，导致印尼矿单位原矿成本较攀西矿低5.63 元，同时因选比的差异加剧印尼矿单位精矿成本较攀西矿低80.63 元。因此，不考虑原料采运成本的前提下，在原矿品位接近、精矿TFe 品位相当的情况下，印尼矿的选铁成本低于攀西矿。

3.3 精矿质量差异

为掌握铁精矿中元素含量情况，对印尼铁精矿和攀西铁精矿进行了化学多元素分析，结果见表9。

表9 精矿化学多元素分析结果Table 9 Results of chemical multi-element analysis of concentrate %

从表9 可看出，印尼精矿和攀西精矿中有价元素铁、钛、钒的含量相当；印尼精矿的造渣元素（CaO+MgO+Al2O3+SiO2）=12.71%，较攀西精矿的11.63%高1.08 个百分点；印尼精矿有害元素S 含量0.042% 较攀西精矿低0.218 个百分点，但Cl 含量较攀西精矿高0.012 个百分点，能降低冶炼脱硫成本，同时需特别关注Cl 元素对高炉的腐蚀。