鈦鋯粗精礦精選工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

鈦鋯礦物作為重要的非鐵金屬資源，廣泛應(yīng)用于航空航天、化工、涂料、電子等多個(gè)領(lǐng)域[1]，鈦鋯資源在全球范圍內(nèi)分布不均，主要集中在澳大利亞、南非、加拿大等國家。中國作為世界上最大的鈦鋯礦產(chǎn)資源消費(fèi)國，鋯礦儲(chǔ)量約為50萬t，占全球總儲(chǔ)量的0.71%；鈦鐵礦全球占比32.86%，但主要為低品位難分選的釩鈦磁鐵礦，資源稟賦較差。國內(nèi)資源供給嚴(yán)重不足，大量依賴進(jìn)口，其中鋯對外依存度超過90%，鈦精礦對外依存度也超過60%[2]。鋯礦品位方面，全球主要的鋯礦資源國其鋯礦品位多在5%~10%，而中國則多小于1%，整體品位較低[3]；中國鈦鐵礦平均品位一般為5%~10%，金紅石平均品位一般為1%~5%，遠(yuǎn)低于全球主要鈦礦資源國鈦礦品位[4]。

國外鈦鋯精選廠主流工藝技術(shù)為，粗選廠獲得的重礦物（HMC）直接烘干后通過干式滾筒磁選、電選分離出鈦精礦、鈦礦和白鈦石混合精礦、金紅石精礦以及非磁非導(dǎo)電性礦，非磁性非導(dǎo)電性礦物給入濕式重選分離出石英、藍(lán)晶石、十字石等較輕礦物，重選精礦脫水烘干后再經(jīng)過干式強(qiáng)磁選、電選獲得鋯英砂精礦。國內(nèi)鈦鋯精選廠通常采用濕式永磁中強(qiáng)磁磁選機(jī)分離出鈦粗精礦，鈦粗精礦烘干后給入干式磁選精選獲得鈦精礦，濕式磁選尾礦給入螺旋溜槽或搖床進(jìn)行重選獲得鋯中礦和金紅石中礦，鋯中礦和金紅石中礦烘干后， 分別進(jìn)入鋯英石干選系統(tǒng)和金紅石干選系統(tǒng)進(jìn)行精選，鋯英石干選系統(tǒng)和金紅石干選系統(tǒng)設(shè)備配置基本一樣，通常配置為一段中磁磁選，三段高壓滾筒電選，一段強(qiáng)磁磁選和一段板式靜電電選。

國外的精選技術(shù)存在烘干能耗高、干濕交替等問題，國內(nèi)精選廠濕選、干選工序基本都是間斷生產(chǎn)，生產(chǎn)連續(xù)性差，物料轉(zhuǎn)運(yùn)成本高，濕選分離精度低，大量的干選中尾礦需要集中堆存再集中濕選后再干選。隨著鈦鋯資源礦物粒度逐漸變細(xì)，礦物表面性質(zhì)越來越復(fù)雜，目前的精選技術(shù)存在的問題暴露更明顯，國內(nèi)外的精選技術(shù)分選精度、分選效率均受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，不僅精礦品位難于保證，精礦回收率也不高。因此針對鈦鋯精選廠存在的問題，本研究從工藝、設(shè)備方面著手，開發(fā)出一套高效、環(huán)保的鈦鋯粗精礦精選工藝，提高鈦鋯粗精礦的選礦效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗和環(huán)境影響，促進(jìn)鈦鋯行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1、新工藝的提出與理論基礎(chǔ)

鈦鋯粗精礦精選主要是利用礦物粒度、密度、磁性、導(dǎo)電性等差異進(jìn)行分離[5]，鈦鋯粗精礦中通常含有鈦鐵礦、金紅石、白鈦石、鋯英石、獨(dú)居石、石榴石、藍(lán)晶石、電氣石、十字石等多種礦物，成分復(fù)雜，多種礦物具有相近的密度、磁性，增大了分離提純的難度，而鈦鋯粗精礦分選效率及產(chǎn)品質(zhì)量主要由干選決定，制約干選的主要原因是電選，電選是金紅石和鋯英石提質(zhì)的重要技術(shù)手段[6]，而影響電選分離的因素除了電選機(jī)自身性能外，還受到物料粒度、品位、礦物導(dǎo)電性差異的影響，其中礦物導(dǎo)電差異是決定金紅石和鋯英石能否有效分離并獲得合格精礦的關(guān)鍵，礦物導(dǎo)電性主要由自身性質(zhì)決定，但礦物表面性質(zhì)往往決定了導(dǎo)體與非導(dǎo)體分離提純效率。

通過對國內(nèi)多家鈦鋯精選廠生產(chǎn)工藝考察，生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)跟蹤，以及生產(chǎn)所用鈦鋯粗精礦組分的分析，提出了從裝備、工藝兩方面開展技術(shù)研究，生產(chǎn)裝備方面的技術(shù)路線為：優(yōu)化淘汰低效率設(shè)備，開發(fā)或引進(jìn)大處理量、高效率裝備；工藝技術(shù)方面技術(shù)路線為：深度清潔，強(qiáng)化濕選，增精加掃，提質(zhì)保收，減組降雜，創(chuàng)優(yōu)干選給料，提高干選分離提純效率，減少干濕交替。

2、精選工藝技術(shù)研究

2.1高效磁選設(shè)備應(yīng)用研究

鈦鋯砂礦礦物種類多，組分復(fù)雜，不同礦地同一種礦物磁性等性質(zhì)差異較大，國內(nèi)多數(shù)精選廠通常無穩(wěn)定單一的礦源，多為進(jìn)口不同國家不同礦地的鈦鋯粗精礦進(jìn)行生產(chǎn)，在濕式磁選作業(yè)通常采用永磁磁選機(jī)來進(jìn)行鈦鐵礦的分離，由于永磁磁選機(jī)的局限性導(dǎo)致磁選作業(yè)很難適應(yīng)不同礦地礦石的選別，因此根據(jù)確定的“優(yōu)化淘汰低效率設(shè)備，開發(fā)或引進(jìn)大處理量，高效率裝備”的技術(shù)路線，開展了SLon立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)在鈦鋯粗精礦精選廠的應(yīng)用研究。

2.1.1磁選工藝的優(yōu)劣勢分析

國內(nèi)外鈦鋯精選廠多采用永磁滾筒式中強(qiáng)磁磁選機(jī)進(jìn)行鈦鋯粗精礦中磁性礦物的初步分離，雖然永磁磁選機(jī)具有不需持續(xù)激磁，無功耗，其磁系不需能源和冷卻系統(tǒng)，且結(jié)構(gòu)緊湊簡單，重量輕，占地面積少等優(yōu)點(diǎn)[7]，但是其具有單位面積處理能力低，磁場強(qiáng)度不可調(diào)，適應(yīng)性低等缺點(diǎn)，在鈦鋯砂礦中，不同礦地同一礦物的磁性往往差異較大，采用永磁磁選機(jī)很難適應(yīng)不同礦地磁性物的有效分離，國內(nèi)鈦鋯精選廠大多數(shù)都是進(jìn)口不同國家，不同礦地的粗精礦進(jìn)行加工，傳統(tǒng)設(shè)備難以適應(yīng)不同礦源的分選需求，會(huì)出現(xiàn)磁選分離效果差，磁性礦物分離不徹底，對重選、電選等作業(yè)造成影響，從而導(dǎo)致鈦鋯精選廠處理能力小，分選效果差，生產(chǎn)效率低的情況，干式交替選別次數(shù)多，能耗高等問題。這些局限性嚴(yán)重制約了鈦鋯粗精礦選礦效率的進(jìn)一步提升。SLon立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)具有處理能力大，富集比高，背景場強(qiáng)高，磁場可調(diào)，精礦夾帶少，操作維護(hù)簡單，對給礦粒度、濃度和品位波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[8-10]，適用于國內(nèi)不同礦地磁性礦物磁性差異大的鈦鋯精選廠使用。

2.1.2磁選分離試驗(yàn)研究

對不同礦地的鈦鋯粗精礦開展Slon立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)和永磁磁選機(jī)的對比試驗(yàn)研究，本次試驗(yàn)采用國內(nèi)主要鈦鋯精選廠使用的磁場強(qiáng)度為0.7T永磁磁選機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)流程如圖1，對比試驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1可知，不同礦地鈦鐵礦磁性存在較大差異，永磁磁選機(jī)適應(yīng)性能差，而Slon立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選可根據(jù)礦石磁性進(jìn)行磁場強(qiáng)度的調(diào)整，從而獲得良好的磁性礦物回收效果。本研究通過一系列試驗(yàn)，對SLon高梯度立環(huán)磁選工藝的多個(gè)操作參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，包括磁場強(qiáng)度、磁選機(jī)的轉(zhuǎn)速、給礦濃度和給礦速率等。通過單因素和多因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定了最佳的工藝參數(shù)組合，以實(shí)現(xiàn)對鈦鋯毛砂中不同磁性礦物的高效分選。

2.2強(qiáng)力擦洗－脫泥－濕磁－重選聯(lián)合新工藝研究

2.2.1原礦性質(zhì)

原礦取自澳洲某海濱砂礦粗精礦，化學(xué)多元素分析結(jié)果見表2，原礦鈦物相分析結(jié)果見表3。

由表2可知，原礦中主要有價(jià)礦物為ZrO₂、TiO₂及稀土氧化物（REO）；脈石礦物主要為SiO₂，其次為Al₂O₃、Cr₂O₃、MgO和CaO。由表3可知，原礦中鈦礦主要以鈦鐵礦和金紅石為主。試驗(yàn)首先對礦砂進(jìn)行強(qiáng)力擦洗，以去除表面礦泥，隨后通過脫泥環(huán)節(jié)進(jìn)一步減少礦泥的干擾。經(jīng)過擦洗和脫泥后的礦砂，再進(jìn)入濕磁和重選流程，以提高鈦鋯礦物的回收率和精礦品位。

2.2.2擦洗試驗(yàn)

礦物的表面性質(zhì)對電選分離影響很大，在放大鏡下觀察，礦物表面緊密吸附有礦泥，尤其鋯英表面存在致密涂層。在鋯英石顆粒上出現(xiàn)的表面涂層主要由水合氧化鐵和氫氧化物（褐鐵礦）、粘土和膠體二氧化硅的混合物組成，這些混合涂層使不導(dǎo)電的鋯英石顆粒具有較強(qiáng)的導(dǎo)電性，從而降低了鋯英石顆粒與金紅石顆粒的導(dǎo)電性差異，增加了靜電分離的難度，降低靜電分離效率，為此開展清潔表面試驗(yàn)，以消除礦泥及鋯英石表面涂層，為重選和電選的高效分離創(chuàng)造條件。消除礦泥及涂層可采用化學(xué)試劑處理法與物理擦洗法，由

于化學(xué)試劑存在腐蝕性及會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生污染，試驗(yàn)選擇物理擦洗法處理目的礦物。進(jìn)行了不同固液比、攪拌速度、擦洗機(jī)類型等試驗(yàn)，最終選用多面體擦洗機(jī)，在固液比為2∶1，轉(zhuǎn)速300r/min，擦洗時(shí)間2h的條件下能獲得良好的擦洗效果。擦洗前的鋯英表面情況見圖2，擦洗后見圖3。

由圖2和圖3可以看出，擦洗前礦物表面清潔度差，擦洗后礦物表面清潔度好，鋯英石表面致密涂層明顯減少。

2.2.3濕式全流程試驗(yàn)

在確定好礦石表面處理工藝后，將擦洗后得到的試驗(yàn)樣品進(jìn)行磁選-重選聯(lián)合試驗(yàn)，通過大量的試驗(yàn)，獲得了良好的濕選指標(biāo)，濕式全流程工藝流程見圖4，結(jié)果見表4。

由表4可知，通過濕選后，鈦精礦中TiO₂含量為51.41%，回收率為74.64%，ZrO₂含量為1.22%；鋯英石精礦1和鋯英石精礦2中ZrO₂含量分別為62.45%和59.92%，回收率分別為63.51%和2.65%；金紅石精礦中TiO₂含量為65.74%，回收率為4.14%。按照重選閉路經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，鋯英石精礦中ZrO₂的重選作業(yè)回收率可達(dá)到98.33%，金紅石精礦中TiO₂重選作業(yè)回收率達(dá)到50.69%。

2.3聯(lián)合新工藝工業(yè)應(yīng)用研究

廣東某鈦鋯精選廠濕選一直采用：“螺旋洗礦機(jī)-永磁磁選-搖床”組成的濕選系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中存在擦洗強(qiáng)度低，礦物表面清潔差，鈦鐵礦磁選選不凈、搖床分帶不清，搖床精礦、搖床中礦品位不高，處理能力低等問題，將“強(qiáng)力擦洗-脫泥-濕磁-重選聯(lián)合”新工藝應(yīng)用于生產(chǎn)，取得了良好指標(biāo)。原工藝流程見圖5，新工藝流程見圖6，新舊工藝生產(chǎn)指標(biāo)對比見表5。

由表5可知，與舊工藝相比，新工藝的處理量提高了1.52倍，鈦精礦TiO₂品位提高了3.79%，由47.44%增加至51.23%，回收率提高了15.83%，由54.08%提高至69.91%；鋯英石精礦ZrO₂品位提高了9.48%，由52.16%增加至61.64%，回收率提高了12.51%，由72.77%增加至85.28%，鋯英石精礦中TiO₂含量由17.46%降至7.59%；金紅石精礦TiO₂品位提高了11.75%，由51.62%增加至63.37%，金紅石精礦中ZrO₂含量由14.69%降至12.11%。采用新工藝，精礦產(chǎn)品品位均得到提高，提前分離出與鋯英石密度更接近的鈦鐵礦，減少重選給料組分及給料量，提高重選效率，為鋯英石與金紅石創(chuàng)造良好的分離條件，有效提高干選分選效率并降低能耗。

3、結(jié)語

1）根據(jù)鈦鋯粗精礦精選廠普遍存在的問題，從磁選設(shè)備與處理工藝兩方面開展了研究。磁選設(shè)備方面，用SLon立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)取代了永磁滾筒強(qiáng)磁磁選機(jī)；工藝方面，研發(fā)了“強(qiáng)力擦洗－脫泥－濕式磁選－重選”聯(lián)合新工藝技術(shù)，并成功應(yīng)用于生產(chǎn)上，取得了良好的技術(shù)指標(biāo)；

2）采用聯(lián)合新工藝，鈦精礦、鋯英石及金紅石精礦產(chǎn)品品位均得到提高，并提前分離出與鋯英石密度更接近的鈦鐵礦，減少了重選給料組分及給料量，提高了重選效率，為鋯英石與金紅石創(chuàng)造了良好的分離條件，有效提高了干選分選效率并降低能耗；

3）金紅石精礦中的ZrO₂含量降低了2.58%，金江石與鋯英石兩者分離是試驗(yàn)難點(diǎn)，仍需深入研究。

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