钛矿物的种类繁多, 但现阶段具有利用价值的只有少数几种矿物, 主要是钛铁矿和金红石, 其次是白钛矿、锐钛矿、板钛矿、钙钛矿。全球钛资源分布较广, 30多个国家拥有钛资源, 主要分布在中国、澳大利亚、南非、加拿大和印度等国。我国钛资源量丰富, 占世界钛资源量的32%, 位居世界第一位, 全国20多个省(区、市)都有钛矿资源。我国钛资源主要为钛铁矿型钛资源, 其储量约占我国钛资源总量的98%^[1-3]。我国钛铁矿资源虽然丰富, 但存在着原矿品位低、矿物组成复杂、嵌布粒度细等特点, 使得钛铁矿资源开发利用难度大, 经济效益差。目前, 我国钛铁矿选矿工艺主要有磁选—浮选联合工艺^[4-6]、重选—磁选—电选联合工艺^[7]、重选—浮选联合工艺^{[8, 9]}、重选—磁选联合工艺^[10]等, 实际生产中, 这些工艺未能发挥很好效果, 存在着选别指标差、生产成本高、工艺流程复杂、药剂用量大造成环境影响等问题, 其根本原因是未能根据不同地区钛铁矿资源特点, 有针对性的加强预选工艺研究, 从而未能获得最佳全工艺流程。

本文针对我国攀枝花地区钛品位极低的原生钛铁矿, 陕西某地钛理论品位低的复杂难选原生钛铁矿, 云南某地含泥量大、钛铁矿钙镁含量高的冲积型钛铁矿分别进行了选矿试验研究, 建立起以重选、磁选或其联合工艺为预选工艺的选矿工艺体系。重选、磁选或其联合工艺预选, 可预先大量抛尾、丢脉, 为后续精选提供优质原料, 降低精选难度, 简化精选工艺, 减少药剂用量带来的环境污染, 在钛铁矿选矿全工艺中起到至关重要的作用。

原矿为攀枝花地区某钒钛磁铁矿型原生钛铁矿表外矿, 是选别磁铁矿后的尾矿, 该地区钛铁矿资源特点是原矿TiO₂品位低, 矿物组成复杂。该矿原矿主要元素分析结果见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 原矿主要元素分析结果  /% Table 1 The main element analysis results of the run-of-mine ore

表 1 原矿主要元素分析结果  /% Table 1 The main element analysis results of the run-of-mine ore 元素 TiO2 TFe V2O5 S SiO2 Al2O3 CaO MgO 含量 5.82 16.78 0.18 0.13 39.65 11.45 5.36 14.23

由表 1可知, 原矿TiO₂品位极低, 仅5.82%, 制约了此类资源的开发利用。

原矿经MLA分析测定, 矿样中主要有用矿物为钛铁矿, 含量为9.58%, 其次为钛磁铁矿, 含量为1.81%, 主要脉石矿物为斜长石、橄榄石、钛普通辉石、绿泥石、角闪石, 含量分别为24.62%、17.17%、17.05%、11.68%、7.09%, 其次是石英、褐铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿等脉石。原矿中矿物种类多且含量大, 多种矿物与钛铁矿可浮性相近, 比磁化系数相近, 使得此类资源分选难度大。原矿粒度筛分分析结果见表 2。

表 2(Table 2)

表 2 原矿粒度筛分分析结果  /% Table 2 The screening analysis results of the run-of-mine ore

表 2 原矿粒度筛分分析结果  /% Table 2 The screening analysis results of the run-of-mine ore 粒级/mm 产率 TiO2品位 TiO2分布率 +1.00 6.04 2.76 2.92 +0.40 17.86 3.86 11.85 +0.25 13.50 4.49 13.40 +0.074 38.16 6.84 44.85 -0.074 24.44 6.42 26.98 合计 100.00 5.82 100.00

由表 2可知, 原矿中矿物主要粒度集中在-1.00+0.074 mm之间, 产率为69.52%, TiO₂分布率为70.10%, 其粒度较粗, 适宜采用溜槽类重选设备进行粗选。

原矿为陕西某县的钒钛磁铁矿型原生钛铁矿, 是选别磁铁矿后的尾矿。该矿资源区别与其他地区原生钛铁矿资源, 其特点是钛铁矿含赤铁片晶, 致使钛铁矿钛理论品位低。

原矿化学分析测得TiO₂品位为9.78%, 全铁品位13.56%, CaO品位7.86%, MgO品位7.68%, S品位0.42%, P品位0.86%, SiO₂品位38.16%, Al₂O₃品位11.21%。由原矿主要元素分析结果可知, 此类矿样钛品位较好, 达到9.78%。原矿主要矿物组成结果见表 3。

表 3(Table 3)

表 3 原矿主要矿物组成结果  /% Table 3 The main minerals contains of the run-of-mine ore

表 3 原矿主要矿物组成结果  /% Table 3 The main minerals contains of the run-of-mine ore 矿物名称 钛铁矿 黄铁矿 钛磁铁矿 方解石 榍石 钛赤铁矿 角闪石 绢云母 磷灰石 石英 辉石 斜长石 绿帘石 绿泥石 其他 含量 14.17 0.77 0.37 1.46 3.15 0.53 3.38 5.24 4.32 0.72 26.54 17.88 1.96 18.60 0.93

由表 3可知, 其矿物组成复杂, 脉石种类多且含量大, 特别是3.15%的榍石, 其与钛铁矿可浮性相近, 造成该矿选别难度大。

经工艺矿物学研究测定, 此类矿样钛分散严重, 钛铁矿中的钛分布率为68%, 且其品位仅47.92%, 榍石中的钛分布率达到了11.47%, 角闪石、绿泥石类磁性物中的钛分布率为14.96%。此类矿物的理论品位低, 仅为47.92%, 是影响其有效开发利用的重要因素。

原矿为云南某县冲积型钛铁砂矿, 是钛铁砂矿型钛铁矿资源, 其特点是含泥量大, 钙镁含量高。原矿多元素分析结果见表 4, 矿物组成结果见表 5。

表 4(Table 4)

表 4 原矿主要元素分析结果  /% Table 4 The main element analysis results of the run-of-mine ore

表 4 原矿主要元素分析结果  /% Table 4 The main element analysis results of the run-of-mine ore 元素 TiO2 TFe V2O5 S SiO2 Al2O3 CaO MgO 含量 11.81 18.18 0.15 0.039 30.51 21.10 0.48 4.34

表 5(Table 5)

表 5 原矿主要矿物组成结果  /% Table 5 The main minerals contains of the run-of-mine ore

表 5 原矿主要矿物组成结果  /% Table 5 The main minerals contains of the run-of-mine ore 矿物名称 钛铁矿 白钛石 钛磁铁矿 赤铁矿 黄铁矿 石英 长石 褐铁矿 蛭石 角闪石 钛辉石 方解石 绿帘石 锆石 其他 含量 10.95 0.24 4.26 0.20 0.21 4.52 1.97 71.60 6.00 0.15 0.01 0.01 0.01 0.03 0.04

由表 4、表 5结果可知, 原矿TiO₂品位11.81%, 品位较好。原矿中含71.60%的褐铁矿, 对选别效果造成较大影响。但该矿区别于原生钛铁矿, 其钙、镁主要为附着在钛铁矿表面或附存在钛铁矿微细裂缝中的脉石矿物中, 该类钛铁矿需经降钙镁后才能获得优质的精矿产品, 因此, 该矿钙镁含量高亦会对选别效果造成较大影响。

经工艺矿物学研究, 原矿中钛铁矿主要粒度范围为0.02~0.32 mm之间, 粒度较均匀, 属细粒较均匀嵌布类型。钛在主要矿物中的赋存状态结果表明, 钛主要分布在钛铁矿、褐铁矿泥、钛磁铁矿中, 其分布率分别为55.35%、34.03%、6.08%。

攀枝花某地原生钛铁矿采用常规的全浮选、磁选—浮选联合工艺均存在着生产成本高问题, 使得此类资源难以得到开发利用。根据原矿粒度特征及工艺矿物学特点, 研究采用以大处理量低生产成本的圆锥选矿机为主的重选预选工艺, 通过圆锥选矿机重选预选抛掉70%以上的尾矿, 将TiO₂品位提高到10.0%以上, 后经磁选—浮选工艺可以达到低成本高效回收此类资源的目的。圆锥选矿机为主的预选工艺流程见图 1, 试验结果见表 6。

图 1(Fig.1)

图 1 圆锥选矿机为主的重选预选工艺流程图 Fig.1 Flow sheet of the gravity preconcentration process

表 6(Table 6)

表 6 圆锥选矿机为主重选预选工艺试验结果  /% Table 6 Result of the gravity preconcentration process

表 6 圆锥选矿机为主重选预选工艺试验结果  /% Table 6 Result of the gravity preconcentration process 产品 产率 TiO2品位 TiO2回收率 圆锥粗精矿 27.04 13.76 63.92 预选尾矿 72.96 2.88 36.08 合计 100.00 5.82 100.00

试验结果表明, 通过以圆锥选矿机为主, 螺旋溜槽组为辅的重选预选工艺, 可以抛掉72.96%的尾矿, 有效的抛掉了影响后续磁选、浮选的角闪石、绿泥石、辉石、橄榄石等脉石矿物, 抛尾效果显著。此预选工艺采用的重选设备处理量大, 分选浓度高, 无动力消耗, 生产成本低, 成功解决了常规的磁选预选工艺、浮选预选工艺高成本的技术难题, 为此类资源的高效开发奠定了基础。

圆锥粗精矿经后续的磁选—浮选精选常规工艺(工艺流程见图 2), 可最终获得TiO₂品位47.45%、回收率41.51%的钛铁矿精矿产品。

图 2(Fig.2)

图 2 圆锥粗精矿精选工艺流程图 Fig.2 Cleaning flow sheet of the cone concentrate

根据陕西某地原生钛铁矿工艺矿物学特点, 及矿物间的磁性差异, 在多工艺试验对比后, 研究采用分段强磁选预选工艺进行粗选, 其工艺流程见图 3, 试验结果见表 7。

图 3(Fig.3)

图 3 高梯度强磁选为主的磁选预选工艺流程图 Fig.3 Flow sheet of stages of HGMS preconcentration process

表 7(Table 7)

表 7 高梯度强磁选为主的磁选预选工艺试验结果  /% Table 7 Result of the stages of HGMS preconcentration process

表 7 高梯度强磁选为主的磁选预选工艺试验结果  /% Table 7 Result of the stages of HGMS preconcentration process 产品 产率 TiO2品位 TiO2回收率 高梯度强磁选粗精矿 20.68 29.56 62.50 次铁精矿 1.31 16.13 2.16 预选尾矿 78.01 4.43 35.34 合计 100.00 9.78 100.00

高梯度强磁选为主的粗选—磨矿—精选的两段预选工艺, 即有效的保证了TiO₂的回收率, 也达到了降低磨矿量, 降低生产成本的目的, 可获得TiO₂品位29.56%、回收率62.50%的优质高梯度强磁选粗精矿。此预选工艺较常规的一段高梯度强磁选预选工艺、浮选预选工艺, 能有效的分离出影响浮选的榍石、钛赤铁矿等脉石矿物, 为后续浮选精选的简单化和有效化奠定了基础。

高梯度强磁选粗精矿经后续浮选常规工艺(工艺流程见图 4), 可获得TiO₂品位47.23%、回收率45.25%的钛铁矿精矿。

图 4(Fig.4)

图 4 高梯度磁选粗精矿精选工艺流程图 Fig.4 Cleaning flow sheet of the HGMS concentrate

针对云南地区冲积型钛铁砂矿的资源特点, 多工艺试验对比结果表明, 磁选—重选联合预选工艺为该类矿石的最佳预选工艺。磁选—重选联合预选工艺流程图见图 5, 试验结果见表 8。

图 5(Fig.5)

图 5 磁选—重选联合预选工艺流程图 Fig.5 Flow sheet of magnetic-gravity preconcentration process

表 8(Table 8)

表 8 磁选—重选联合预选工艺试验结果  /% Table 8 Result of the magnetic-gravity preconcentration process

表 8 磁选—重选联合预选工艺试验结果  /% Table 8 Result of the magnetic-gravity preconcentration process 产品 产率 TiO2品位 TiO2回收率 预选粗精矿 10.36 48.46 45.89 次铁精矿 2.82 15.50 4.00 预选尾矿 86.82 6.31 50.11 合计 100.00 10.94 100.00

试验结果表明, 磁选—重选联合预选工艺, 实现了多级脱泥、富集的目的, 并强化及实现了钛铁矿多级降钙镁的效果; 获得的预选粗精矿TiO₂品位48.46%、回收率45.89%, 钙镁品位合量为0.76%, 可直接作为精矿产品使用, 也可以经酸洗进一步降低钙镁品位合量, 提高钛铁矿产品等级。此预选工艺可直接获得精矿产品, 且绿色、环保, 为此类资源的有效开发奠定了技术基础。

本文对攀枝花地区原矿TiO₂品位仅5.82%的复杂难选原生钛铁矿, 陕西地区原矿TiO₂理论品位仅47.92%的难选原生钛铁矿, 云南地区含泥量大、高钙镁的钛铁砂矿几种典型钛铁矿进行了预选工艺研究, 采用了以重选、磁选、或其联合工艺为主的适宜的绿色、环保的预选工艺, 为各类钛铁矿资源的高效开发奠定了基础。