攀西某钒钛铁精矿提质降杂试验研究

李 硕，陈福林*，蔡先炎，黄立雨，王志杰，吴 宁，黄 延

（1.钒钛资源综合利用国家重点实验室,四川 攀枝花 617000；2.攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司,四川 攀枝花 617000；3.攀钢集团新白马矿业有限责任公司,四川 攀枝花 617000）

0 引言

钒钛磁铁矿是一种富含铁、钛、钒的典型铁矿资源，目前已被列为我国重要的战略矿产资源。采用钒钛磁铁矿炼铁的主要途径与我国钢铁工业生产生铁的主体流程相同，均为采矿-选矿-烧结（球团）-高炉工艺[1-5]。钒钛磁铁矿经选矿获得的钒钛铁精矿由于TiO2含量高，在烧结与高炉冶炼过程中受硅钙比和炉渣TiO2含量要求限制，在炼铁过程中高炉入炉TFe 品位仅为50.5%～51.5%，炼铁过程燃料比为540～570 kg/t，远高于普通铁矿炼铁水平[5-7]。在国家大力发展低碳经济的大环境下，随着国内煤炭和进口铁矿石价格居高不下，世界钢铁价格大幅下跌，倒逼钢铁企业必须采取有效措施降低生铁成本。攀钢几十年的实践已证明，在高炉冶炼钒钛铁精矿的过程中，提高钒钛铁精矿TFe 品位是提升高炉入炉TFe 品位、降低高炉炼铁燃料比的一项重要手段[8]，可有效降低企业生铁生产成本，推动实现低碳发展。

近年来，各地的专家学者[9]在钒钛铁精矿提质降杂方面积极开展学术研究。在提质工艺研究方面，吴雪红[10]开展了七段阶磨阶选研究，陈超等[11-12]探索了细磨深选、粗细粒级分别分选、复合力场分选以及磨矿-磁选-浮选的提铁降杂工艺，谢美芳[13]、刘志雄[14]等分别研究了磁浮联合提质工艺；在提质设备研究方面，陈超等[11]研究了新型提铁降杂磁选机、磁选柱、磁场筛等新型设备，李国平等[15]研究了SXCT 湿式高频谐波磁场磁选机的提铁降杂能力，池冬瑞等[16]开展了新型复合力场精选机（浮电磁精选机）的提质研究。以上研究虽在一定程度上提高了钒钛铁精矿的品位，但提质的幅度并不大，且未说明提质降杂的实质。笔者在总结分析不同提质方法及设备优劣势的基础上，以攀西某典型钒钛铁精矿为研究对象，着重研究并介绍了三种不同提质新工艺和磁选设备对钒钛铁精矿提质降杂效果的影响，为攀西钒钛铁精矿实现TFe 品位较大幅度的提升提供了新的思路。

1 矿样性质

本研究所用钒钛铁精矿样品来自于攀西某典型钒钛磁铁矿采选企业，该企业将采回的TFe 品位为27%左右的钒钛磁铁矿矿石先经破碎和弱磁抛尾，再经半自磨磨矿和直线筛筛分，筛下产品进行一段弱磁粗选，粗选精矿再由球磨机磨矿后进行两段弱磁精选，最终得到TFe 品位约为55.5%的钒钛铁精矿，即本研究试验所用样品。试样经自然晾晒、低温烘干混匀后，再用Zeiss Sigma 500 扫描电子显微镜+Bruker 能谱仪+AMICS 自动矿物分析系统、Zeiss Axio Imager M2 m 矿物光学显微自动分析系统、WHⅡ多层振筛机以及化学分析设备对其化学成分、矿物组成、粒度组成及主要化学成分沿粒度分布规律等性质进行了研究，分析结果见表1～3，矿物嵌布特征见图1。矿样中的Ti 元素主要分布于钛磁铁矿中，占比90.37%，其余分布于粒状钛铁矿和榍石中，占比分别为7.47%和2.16%。

图1 矿物嵌布特征照片Fig.1 Photographs of mineral embedding characteristics

表1 矿样主要化学成分分析结果Table 1 Chemical composition analysis results of the sample %

表2 矿物组成及含量Table 2 The mineral composition and contents of the sample %

表3 矿样粒度分析及主要化学成分沿粒度分布规律Table 3 Particle size analysis and distribution of main chemical components along particle size

由表1～3 及图1 可知，样品中TFe 品位达到了55.88%，且Fe 含量随颗粒粒度的降低而逐渐升高，当颗粒粒度＜0.074 mm 时，粒级TFe 品位达到了56.5%以上，提质过程中可按0.074 mm 进行分级；样品中主要杂质元素的化学成分为TiO2、SiO2、Al2O3、MgO 和CaO；主要脉石矿物为绿泥石、蛇纹石、镁铝尖晶石，主要杂质矿物为粒状钛铁矿；大部分钛铁矿及镁铝尖晶石以网格状、针状、絮状（图1（a））、细脉状和条带状（图1（b））镶嵌于钛磁铁矿基底形成客晶矿物，粒度普遍小于5 μm，磨矿解离难度较大；矿样中90.37%的Ti 元素分布于钛磁铁矿中，其余分布于粒状钛铁矿和榍石中；粗粒级脉石多且多以连生体存在（+0.10 mm，图1（c）），细粒级脉石少且多以单体形式存在（-0.10 mm，图1（d））。

以上研究结果表明，若要提升铁精矿样品的TFe 品位，需要采用合理的分级磨矿工艺，先降低样品颗粒粒度，提升有用矿物与脉石矿物、杂质矿物的单体解离度，再采用磁选设备对铁精矿样品进行提质降杂研究。因此，笔者结合前期研究成果，分别开展了三种不同提质工艺流程试验和提质磁选设备种类试验，并对提质前后铁精矿中主要化学成分和主要矿物的变化情况进行了对比研究。

2 提质试验及结果讨论

2.1 提质工艺试验

在实验室采用GMT-6 型高频脉冲脱磁器、KM-800-4 S 型高频旋振筛、XCRS-Φ400×300 型电磁湿法鼓式磁选机等主要设备，将钒钛铁精矿按图2～4所示的流程分别开展了“预先分级-粗粒再磨磁选”“预先分级-粗粒再磨磁选-细粒磁选”“深度磁选-分级-粗粒再磨磁选”3 种不同提质工艺的对比试验，结合铁精矿样品工艺矿物学分析结果和生产实际，在筛分时按0.074 mm 进行分级，筛上产品磨矿细度控制在-200 目（0.074 mm）＞95%，粗选磁场强度定为0.2 T 确保提质回收率，精选磁场强度定为0.16 T 提升提质精矿品位，试验结果见表4。

图2 “预先分级-粗粒再磨磁选”工艺流程Fig.2 "Preliminary classification-coarse grain grinding magnetic separation" process

图3 “预先分级-粗粒再磨磁选-细粒磁选”工艺流程Fig.3 "Preliminary classification-coarse grain grinding magnetic separation-fine magnetic separation" process

图4 “深度磁选-分级-粗粒再磨磁选”工艺流程Fig.4 "Deep magnetic separation-classification-coarse particle grinding magnetic separation" process

表4 提质工艺试验结果Table 4 The results of improving processes test

由表4 可知，三种工艺流程皆可获得TFe 品位显著提高的混合铁精矿（铁精矿1+铁精矿2，下同）：①“预先分级-粗粒再磨磁选-细粒磁选”的分磨分选工艺提质效果最佳，混合铁精矿TFe 品位提升了3.36 个百分点，其Fe 金属损失也最高（为2.37%）；②“预先分级-粗粒再磨磁选”工艺最简单，Fe 金属损失最小（为1.51%），但混合铁精矿TFe 品位提高幅度最小（提高2.3 个百分点）；③“深度磁选-分级-粗粒再磨磁选”工艺的混合铁精矿TFe 品位提升幅度（提高2.79 个百分点）和Fe 金属损失（为1.93%）均较适中。鉴于“预先分级-粗粒再磨磁选-细粒磁选”工艺的尾矿1 和尾矿2 中TFe 品位皆较低，且尾矿磁性铁含量极少，综合考虑认为该工艺提质效果最佳。

2.2 磁选设备种类试验

按“预先分级-粗粒再磨磁选-细粒磁选”工艺流程开展了试样的磁选设备种类试验，磁选设备采用电磁湿法鼓式磁选机、SXCT0503 型高频谐波磁场磁选机（150 mT 和250 mT 各1 台）及JYFCXZ10 型磁选柱，试验结果见表5。

表5 磁选设备种类试验结果Table 5 The results of magnetic separation equipment type tests

由表5 可知，实验室条件下，三种磁选设备对钒钛铁精矿矿样TFe 品位提升能力排序为电磁湿法鼓式磁选机≈高频谐波磁选机＞磁选柱，尾矿TFe品位高低排序为电磁湿法鼓式磁选机≈高频谐波磁选机＜磁选柱。三种磁选设备均不能有效降低混合铁精矿中TiO2含量，与图1 中钛铁矿客晶因嵌布于钛磁铁矿中难以通过再磨使其解离，无法通过磁选分离达到降低TiO2含量的结果相符。

2.3 提质过程主要成分变化规律

按“预先分级-粗粒再磨磁选-细粒磁选”工艺流程，对以电磁湿法鼓式磁选机为磁选设备所得混合铁精矿和原矿（提质前钒钛铁精矿）的主要化学成分和矿物组成进行了对比分析，结果分别见表6、7。

表6 提质前后铁精矿主要化学成分变化Table 6 Changes of main chemical compositions of iron concentrate before and after improving quality %

表7 提质前后铁精矿主要矿物成分变化Table 7 Changes of main mineral compositions of iron concentrate before and after improving quality %

由表6、7 可知：①混合铁精矿中TiO2和V2O5随TFe 品位的升高分别升高了0.24 和0.028 个百分点，S 降低0.1 个百分点，主要脉石组分降幅SiO2＞CaO＞MgO＞Al2O3，不利于高炉炼铁的碱金属Na2O 和K2O 均降低50%左右；②经提质后混合铁精矿中钛磁铁矿含量大幅增加，磁黄铁矿小幅降低，粒状钛铁矿与脉石矿物的含量显著下降（累计降低6.92 个百分点）；③提质后混合铁精矿中TiO2品位虽有提升，但TFe/TiO2较提质原矿提高了0.20个百分点（增幅3.44%），且碱金属含量显著降低，表明该铁精矿提质降杂效果较佳。

3 结论

1）影响该钒钛铁精矿TFe 品位的主要杂质元素化学成分为TiO2、SiO2、Al2O3、MgO 和CaO，粒状钛铁矿及脉石组分占比高达14.26%，具有较大的提质降杂空间；TFe 和主要脉石化学成分沿粒度分布差异较大，粗粒级脉石多与钛磁铁矿连生，细粒级脉石少且以单体为主；Ti 元素主要分布于钛磁铁矿，提质过程铁精矿TiO2降低困难。

2）针对该矿样开展了“预先分级-粗粒再磨磁选”“预先分级-粗粒再磨磁选-细粒磁选”“深度磁选-分级-粗粒再磨磁选”3 种提质工艺对比试验，以及电磁湿法鼓式磁选机、高频谐波磁选机、磁选柱3 种设备对比试验。以电磁湿法鼓式磁选机为主要磁选设备，采用“预先分级（0.074 mm）-粗粒再磨（-0.074 mm 占96.50%）磁选-细粒磁选”工艺的提质效果最优，获得的提质混合铁精矿中TFe 品位为59.24%、回收率为97.63%，提质使铁精矿的TFe 品位提高了3.36 个百分点，效果较佳。

3）该钒钛铁精矿经提质后TiO2和V2O5品位小幅升高，S 小幅降低，SiO2、CaO、MgO、Al2O3显著降低，钛磁铁矿含量显著提升，粒状钛铁矿以及绿泥石、蛇纹石、钙长石、镁铝尖晶石等脉石组分显著降低（累计降低6.92 个百分点），TFe/TiO2较提质原矿提高了0.2 个百分点（增幅3.44%）。

4）钒钛铁精矿提质的本质为通过磨矿和磁选，降低铁精矿中的粒状钛铁矿以及脉石矿物的含量，提升钛磁铁矿在精矿中的占比，从而实现铁精矿中TFe 品位的提升。