攀枝花、白马钒钛磁铁矿铁精矿提质的难点研究

2022-11-04李韦韦勇3

现代矿业 2022年10期

陈碧李韦韦王勇3

（1.攀钢集团矿业有限公司设计研究院；2.钒钛资源综合利用国家重点实验室）

经过50多年的开发利用，攀枝花矿区朱兰钒钛磁铁矿采矿进入了深部开采阶段，矿石品位下降、结晶粒度变细、难磨选矿石占比增大，导致铁精矿产率及质量下降。白马矿区的白马选矿厂自2007年试生产以来，矿石性质也有所变化，原工艺系统的适应性正在下降。

针对钢铁系统入料TFe品位提高1个百分点，则焦比降低2个百分点、高炉利用系数提高3个百分点，而目前攀枝花铁精矿TFe品位在53.8%左右，白马选矿厂铁精矿TFe品位在55.5%（白马提质铁精矿TFe品位57%左右）。因此，钢铁公司对铁精矿提质有着强烈的要求。

1 成矿岩体差异

攀西地区的钒钛磁铁矿［1］产生在基性岩、基性岩-超基性岩体中，基性岩、基性岩-超基性岩体都属于硅不饱和岩，Si O2含量小于45%，造岩成分富Ca、Mg、Al，少K、Na。攀枝花地区的钒钛磁铁矿产于攀枝花层状基性岩——辉长岩中，矿床分为9个矿带，其中下部暗色层状辉长岩相的Ⅷ矿带为主要矿层。白马含矿基性-超基性（包括橄榄岩、橄辉岩、辉橄岩、纯橄榄岩等）层状岩体I级韵律旋回的中下部。白马岩体的成矿与攀枝花岩体有所不同，钒钛磁铁矿主要赋存在岩体下部的层状超基性形岩和橄榄辉长岩、橄长岩内，形成大规模的浸染状和条带状矿石；矿石基性较攀枝花重，橄榄石含量较攀枝花岩体高。白马矿区矿石主要特征为三高三低，即铁钛比高、钛磁铁矿含铁高、含钒高，原矿及钛磁铁矿含钛低、钛铁矿理论品位低。

2 影响钒钛磁铁矿铁精矿品位的重要因素

钛磁铁矿矿物名称的由来，是由于主晶磁铁矿中有大量的含有钛成分的固溶体分离物（客晶矿物）：钛铁片晶、钛铁晶石、镁铝尖晶石。铁精矿品位是一个不稳定的变数，基本因素由两方面决定。

2.1 钛磁铁矿客晶矿物的类别和含量影响

客晶矿物一般粒度0.005～0.05 mm，少数可达0.1 mm；如果是片晶，厚一般0.000 5～0.001 mm。客晶矿物含量随矿石品级增高而增多，从Fe1至Fe4（将矿石划分为4个工业等级，Fe1为富矿，TFe品位＞45%；Fe2为中矿，TFe品位30%～45%；Fe3为贫矿，TFe品位30%～20%；Fe4为表外矿，TFe品位20%～15%），客晶矿物含量从45%降至22%，贫矿中钛磁铁矿客晶矿物较少，矿物含铁量较高。钛磁铁矿中客晶矿物含量见表1，客晶矿物种类见表2。

由表1、表2可知：白马矿区的客晶矿物含量较攀枝花矿少，种类也有区别。

2.2 钛磁铁矿物理性质

钛磁铁矿是本矿山生产铁精矿的唯一回收矿物，要想获得高品位铁精矿，就必须提高精矿中钛磁铁矿的含量，减少其他矿物的夹杂和贫连生的进入。这一目标的实现与钛磁铁矿及其伴生矿物的物理性质相关。

攀枝花钒钛磁铁矿中的强磁性矿物除了钛磁铁矿，还有部分磁黄铁矿。磁黄铁矿的化学式为Fe1-xS，S含量不是36.4%，而是39%～40%，分为单斜晶系与六方晶系，单斜晶系的磁黄铁矿具有铁磁性，属于强磁性矿物；六方晶系为顺磁性，属于弱磁性矿物。单斜晶系的磁黄铁矿进入铁精矿，必然影响铁精矿品质。钛铁矿、普通辉石、普通角闪石、橄榄石等均为弱磁性矿物，中拉长石、黄铁矿等均为非磁性矿物［3］。

钛磁铁矿与磁铁矿性质类似，属铁磁性矿物。影响钛磁铁矿磁性特征的因素除了矿物的电子构型和磁结构，还与钛、钒、铬、银、镁、钴、镍等的含量有关，这些成分的存在使钛磁铁矿的比磁化系数比磁铁矿低，而比饱和磁化强度、矫顽力等比磁铁矿高。主要工艺矿物的物理性质见表3。

由表3可知：钛磁铁矿的密度与钛铁矿、硫化矿物的差别很小，采用重选不能实现钛磁铁矿与钛铁矿、硫化矿物的有效分离，但比磁化系数差别很大，因此，利用矿物的磁性差异可富集钛磁铁矿，可能有极少数单斜晶系的磁黄铁矿进入铁精矿，这正是攀枝花钒钛磁铁矿含硫较高的原因。

3 铁精矿提质难点

钛磁铁矿的基底矿物是磁铁矿，由于成矿时物理、化学条件的变化，少量钛、钒、铝等以类质同象或以微细钛铁矿、尖晶石等固溶体分离矿物状态出现在钛磁铁矿中，这部分固溶体分离矿物粒度从不足1 μm至30 mm，通过细磨可以大量去除，但类质同象杂质则无法去除，这部分不纯的磁铁矿理论含铁最高可达66%左右，明显低于纯磁铁矿的含铁量。参照鞍山式铁精矿的品位与理论品位的差值，结合现场钒钛磁铁矿的情况，可以判断现场生产的铁精矿品位难以超过62%。

对于攀枝花的钒钛磁铁矿石，工艺矿物分钛磁铁矿、钛铁矿、硫化物、脉石四大类；总体来说，钛磁铁矿次生和表生变化弱，但普遍存在，仅不同矿区不同地段强弱差异较大，有绿泥石化、磁赤铁矿化、褐铁矿化现象；磁赤铁矿属于强磁性矿物，是钛磁铁矿氧化成赤铁矿的中间产物，只出现在强风化矿中，绿泥石化的钛磁铁矿进入铁精矿，影响铁精矿品位，绿泥石化程度不同，影响精矿的程度也不同。

对钛磁铁矿的矿物学分析表明，传统工艺矿物学得到的钛磁铁矿纯矿物的含铁量即为理论铁品位，采用单矿物法测定的钛磁铁矿精矿的理论铁品位见表4。

由表4可知：白马铁精矿的理论品位下限较攀枝花高。

4 铁精矿提质试验

为给生产提供依据，笔者课题组开展了攀枝花、白马矿石铁精矿提质试验，经过七阶段磨选，获得的铁精矿主要工艺矿物含量及单体解离度见表5。

由表5可知：铁精矿中钛磁铁矿的含量均超过97%，且基本单体解离。

攀枝花、白马精矿-38μm均达到90%以上，前者七阶段磨选精矿产率为32.45%、TFe品位57.30%、回收率为62.94%；后者七阶段磨选精矿产率24.61%、TFe品位59.58%、回收率58.69%。

通过试验与现场生产比较，现场铁精矿钛磁铁矿含量一般在95%左右，脉石矿物与细泥的夹杂现象较普遍，部分钛磁铁矿绿泥石化，客晶矿物较原矿少，说明通过磨矿，部分客晶矿物与钛磁铁矿分离。

5 现场铁精矿分析

取攀枝花生产的铁精矿和白马2个流程的铁精矿（其一为两阶段磨选铁精矿，简称白马1#；其二为塔磨后再选精矿，简称白马2#，白马1#精矿磨矿后再选成白马2#精矿），这3种精矿筛析结果见表6，主要矿物含量及单体解离度见表7，主要化学成分分析结果见表8。

由表6可知：攀枝花铁精矿+0.074 mm粒级产率最高，-0.038 mm粒级产率最低，TFe品位也最低；白马2#精矿+0.074 mm粒级产率最低，-0.038 mm粒级产率最高，TFe品位也最高。因此，要提高精矿铁品位，钛磁铁矿单体解离是关键，理论上磨矿细度越高解离度越高，但磨矿粒度太细会影响另一种有用矿物钛铁矿的回收，造成资源浪费，所以适度、选择性磨矿［5］是关键。

由表7可知：攀枝花铁精矿的钛磁铁矿含量及单体解离度最低，白马2#精矿钛磁铁矿含量最高，回收效果较理想，且钛铁矿、脉石含量均低于白马1#精矿。

由表8可知：白马2#精矿TFe品位最高，同时V2O5含量也最高，TiO2含量最低；攀枝花铁精矿正好相反，这与白马铁矿高铁、高钒、低钛有关；白马1#精矿经过再磨再选成白马2#精矿，Ti O2、Si O2、Al2O3、MgO含量都有所下降，V2O5含量随铁品位升高而升高，对钒的提取有利，这也是攀枝花钒钛磁铁矿的特征。