钛含量极低复杂难选的钒钛磁铁矿选铁尾矿回收钛铁矿研究

.钛含量极低复杂难选的钒钛磁铁矿选铁尾矿回收钛铁矿研究摘 要 从钒钛磁铁矿选铁尾矿回收钛铁矿是我国获得钛精矿的主要途径，大多属于辉长岩型矿物，选钛原料的TiO2含量为7%-12%，采用“重选干式磁选”或采用“强磁强磁浮选”流程获得钛精矿。白马矿区以辉长岩型和橄辉岩型结合的矿带，脉石矿物的磁性与钛铁矿相近、比重升高相差小，并且选钛原料的TiO2含量为3%-4%。针对矿石的特点，较为详细介绍研究情况极其指标，提出了适合白马矿区钛含量极低复杂难选的钒钛磁铁矿选铁尾矿回收钛铁矿的“强磁重选磨矿分级强磁浮选”的选钛工艺。关键词 钛铁矿 辉长岩 橄榄辉长岩 橄榄石 强磁 重选 浮选1 前言攀枝花、红格、白马、太和铁矿并称“攀西四大钒钛磁铁矿区”，这些矿区除白马铁矿正在建设钛精矿回收生产线外，其它矿区在回收钛磁铁矿的同时，均回收了钛铁矿。钒钛磁铁矿选铁后，尾矿作为选钛的原料，大部分TiO2的含量在8.5%-12%之间，少量在7%-8.5%之间，基本上属于辉长岩型矿石，绝大部分采用“强磁强磁浮选”工艺获得钛精矿，少量对粗粒级钛铁矿采用“重选干式磁选”工艺获得钛精矿，选钛后的尾矿大部分厂矿TiO2的含量在6.0%-7.5%之间，少量厂矿的选钛尾矿TiO2的含量在5.5%-8.0%之间。攀钢新白马矿业有限责任公司选矿厂目前已经形成处理原矿15,500Kt/a，铁精矿5,000Kt/a的生产能力，选铁尾矿量10,500Kt/a，尾矿中TiO2含量在3.0%-4.0%之间，平均为3.7%，目前正在新建钛精矿生产线。2 矿石性质2.1 矿物组成（1） 矿物成份，见表1【1】。（2）工艺矿物定量，见表2【2】。(3) 不同矿区的矿石类型，见表3【3】。表1 矿物成份表 类别主次金属矿物非金属矿物氧化物硫化物主要钛磁铁矿、钛铁矿磁黄铁矿、黄铁矿中拉长石、橄榄石、普通辉石。次要磁铁矿、 磁赤铁矿、褐铁矿。黄铜矿、镍黄铁矿。黑云母、普通角闪石、蛇纹石、绿泥石、伊丁石、异剥辉石。少量金红石、白钛石、赤铁矿、钙钛矿。方黄铜矿、紫硫镍矿、兰辉铜矿、马基诺矿、斑铜矿、墨铜矿。绢云母、透闪石、黝帘石、石英、锆石、绿帘石、钠长石、榍石、方解石、磷灰石、尖晶石 表2 选钛原料矿物组成表（单位：重量）矿物名称脉石硫化物钛铁矿钛磁铁矿总量重量86.912.595.55.0100.00表3 不同矿区的矿石类型矿区矿段矿石类型攀枝花兰家火山辉长岩朱家包包辉长岩尖包包辉长岩白马及及坪橄榄辉长岩田家村橄榄辉长岩太和辉长岩红格北矿区辉长岩辉石岩橄榄岩南矿区辉长岩辉石岩橄榄岩2.2 主要矿物工艺特性（1）钛磁铁矿在白马矿区，钛磁铁矿是主要含铁的工业矿物，亦是钛、钒、铬、镓等有益组分的载体。钛磁铁矿由主晶矿物磁铁矿和各种出溶物钛铁矿、尖晶石、钛铁晶石组成复合矿物，系固溶体分解作用所形成。铁精矿中钛磁铁矿定量数据相关因素加权计算，铁精矿理论TFe含量59.62。 （2）钛铁矿钛铁矿是主要含钛的工业矿物，本矿区的钛铁矿还含有钪等微量元素。白马矿区的钛铁矿含MgO 2.27，CaO 0.02，是四大矿区中含镁最低，钛精矿中杂质少。钛精矿的理论品位是钛铁矿单矿物平均含钛量，经测试为TiO2 51.12。粒状钛铁矿嵌布特征简单，与其他矿物接触界线平直，易于解离成单体。（3）硫化物硫化物的矿物种类很多，主要是磁黄铁矿，占硫化物总数的80以上。其次为黄铜矿、黄铁矿、镍黄铁矿等，其他矿物含量很少。（4）脉石矿物根据岩石的矿物组成及化学成分的差异，整个白马岩体自下往上可分为六个岩相带，即橄长岩相带、斜长橄辉岩斜长橄榄岩相带、橄榄辉长岩相带、含磷灰石橄榄辉长岩橄长岩相带、斑点状黑云母化辉长岩相带、辉长岩似斑状橄榄辉长岩相带。脉石矿物主要由斜长石、橄榄石、辉石（普通辉石、透辉石、异剥辉石）组成。结晶程度好，多为半自形-自形晶，少数为他形晶。呈单体或集合体出现，粒度较大，一般为15mm。脉石矿物间隙常被铁钛氧化物充填，形成典型的海绵陨铁结构。在脉石与铁钛氧化物接触处往往形成黑云母化、绿泥石化、蛇纹石化、高岭石化以及伊丁石化。总脉石中主要成份铁、钛含量为：TFe 9.83，TiO2 0.57。斜长石：主要是拉长石。一般为自形半自形柱状或板状，粒度粗大，沿001解理完全，常与橄榄石、辉石等密切共生，形成集合体。与铁、钛氧化物接触界线平坦，易于解离。拉长石除少数有铁钛氧化物的细小包体外，一般比较干净。与铁钛氧化物接触处常形成黑云母、角闪石、纤维状绿泥石等反应边。蚀变现象普遍，有绢云母化、高岭土化、绿帘石、黝帘石化等。在风化过程中最终转变为高岭石。橄榄石：橄榄石一般呈自形晶半自形晶柱状。多数呈单体与拉长石成集合体产出。粒度一般为0.3mm0.6mm，最大可超过1.5mm。橄榄石蚀变后往往析出磁铁矿，因此橄榄石的磁性增强，在磁选过程中进入铁精矿。橄榄石的比磁化系数变化较大，在强磁选钛时会有一部分橄榄石进入钛精矿。橄榄石本身硬度较大，解理不显著，但由于沿橄榄石的边缘或裂隙不同程度地被蛇纹石、伊丁石交代，橄榄石的某些物理性质发生了变化，因此易破碎成细小颗粒。辉石：主要为普通辉石、透辉石、异剥辉石。一般呈半自形、他形晶与拉长石、橄榄石紧密共生形成集合体产出。解理和裂隙较发育，沿解理常含有铁钛氧化物片晶，因而形成各种形式的环带构造。蚀变现象普遍，常变化为角闪石、绿泥石、黑云母等。辉石类矿物解理和裂理发育，加工过程中易于破碎。中拉长石图1【4】 白马原矿中的中拉长石橄榄石图2【5】 白马原矿中的橄榄石辉石图3【6】 白马原矿中的辉石绿泥石伊丁石化的橄榄石图4 7橄榄石伊丁石化2.3 主要矿物的物理性质 （1）主要矿物的磁性 攀枝花钒钛磁铁矿中的钛磁铁矿、部分磁黄铁矿为强磁性矿物，钛铁矿、普通辉石、普通角闪石、橄榄石等为弱磁性矿物（电磁性），中拉长石、黄铁矿等为非磁性矿物。常采用比磁化系数来衡量矿物的磁性，单位：K（106C.G.S.Mcm3g）。 钛磁铁矿与磁铁矿性质相同，属铁磁性物质。比磁化系数 3176078000钛铁矿为弱磁性矿物。及及坪比磁化系数 279.70田家村比磁化系数 250.9全区混合样比磁化系数 268 硫化物中的黄铁矿为非磁性矿物，其比磁化系数很小。磁黄铁矿有两种，一类磁性强，一般磁铁可吸引，其比磁化系数大于1100，另一类为弱磁性，比磁化系数在300左右。黄铁矿属于抗磁性矿物，其比磁化系数在5左右。 脉石矿物中斜长石为非磁性矿物，其他均为电磁性矿物，其中，按磁性大小的顺序为，橄榄石普通辉石普通角闪石。同一种矿物中由于内部铁钛氧化物包体及分离析出物数量的不同，其磁性差异较大，随铁的含量增加而增强。橄榄石比磁化系数 136.32792.97 平均值288.59中拉长石比磁化系数 1.8114.97平均值5.07总脉石比磁化系数 26.66132.20 平均值48.31（2）主要矿物的比重 白马全矿区矿石平均比重 3.53 钛磁铁矿平均比重 4.83 钛铁矿平均比重 4.63 硫化物平均比重： 黄铁矿 4.91 磁黄铁矿 4.55 脉石： 普通辉石 3.33 中拉长石 2.68橄榄石 3.452.4 选钛技术难点（1）选铁尾矿中钛铁矿的含量较低，为3%-4%，为四大矿区中最低的，较攀钢密地选钛厂和四川龙蟒矿冶有限公司的选钛后总尾矿还低2-3个百分点。四大矿区选铁尾矿中钛含量和分布率情况见表48，四大矿区原矿和选铁尾矿中元素含量情况见表59。表4 四大矿区选铁尾矿中钛含量和分布率情况（%）矿物攀枝花矿区白马矿区太和矿区红格矿区含量分布率含量分布率含量分布率含量分布率钛磁铁矿3.565.075.014.171.971.661.151.23钛铁矿14.5286.225.574.3118.9190.0520.0490.01硫化物1.202.590.831.53脉石80.728.7186.9111.5278.298.2977.288.76由表4可看出，白马矿区选铁尾矿中钛铁矿含量和分布率是四大矿区中最低的。表5 四大矿区原矿和磁尾中元素含量情况（%）矿区名称元素含量TFeTiO2SCaOMgOSiO2Al2O3V2O5攀枝花矿区原矿31.8010.550.606.536.3621.159.050.32磁尾13.409.750.430.09白马矿区原矿26.626.090.374.048.8827.5511.140.25磁尾12.573.700.42红格矿区原矿22.179.460.449.759.2529.776.250.20磁尾13.3010.680.32太和矿区原矿25.6911.220.2426.120.20磁尾12.4310.590.05由表5可看出，白马矿区原矿和磁选尾矿中TiO2品位都是最低的。（2）选铁尾矿中矿物组成复杂，含有较多橄榄石，在脉石与铁钛氧化物接触处往往形成黑云母化、绿泥石化、蛇纹石化、高岭石化以及伊丁石化。脉石矿物与目的矿物比重相近，比磁化系数相近，所以选矿富集钛铁矿时部分很可能进入钛精矿而导致选别难度加大。3 选矿试验研究主要指标对白马选矿厂的选铁尾矿进行了多次回收钛铁矿试验研究工作。针对白马铁矿选铁尾矿中钛铁矿品位低，TiO2含量为3.70%（文中的品位均为TiO2的含量）在脉石与铁钛氧化物接触处往往形成黑云化、绿泥石化、蛇纹石化、高岭石化以及伊丁石化的特点，并结合攀钢密地选钛厂采用“强磁+强磁+浮选”流程进行扩能改造的成功经验，拟采用“原矿分级+强磁+重选+强磁+浮选”流程对白马选铁尾矿中的钛铁矿进行回收流程研究。3.1 原矿情况表6 原矿全粒级筛析结果粒级（mm）产率（%）品位（TiO2,%）金属分布率（TiO2,%）+23.70 2.172.16 2-0.835.45 1.592.34 0.83-0.3814.00 1.676.32 0.38-0.259.75 3.218.46 0.25-0.184.70 3.854.890.18-0.154.85 4.35.630.15-0.123.20 4.433.83 0.12-0.106.05 4.747.750.10-0.0748.85 4.8111.50 -0.07439.45 4.4247.11合计100.00 3.70100.00 由表4可看出，原矿钛品位为3.70%， -0.074mm目含量39.45%，随着粒级变细，钛的品位有升高的趋势，由此判断可通过磨矿进一步提高其单体解离度。3.2 一段强磁试验根据钒钛磁铁矿选铁尾矿回收钛铁矿的经验，拟采取“强磁-强磁-浮选”的原则流程进行流程研究。选钛原料经原矿处理流程：浓缩隔粗粗细分级脱铁后，进行一段强磁试验研究。由表7可看出，粗粒级（0.15mm筛孔尺寸高频筛分级）矿物，通过一段强磁选别得到产率51.03%、TiO2品位6.04%、TiO2回收率83.99%的精矿，尾矿TiO2品位为1.20%。由表8可看出，细粒级通过一段强磁选别得到产率33.29%、TiO2品位9.65%、TiO2回收率70.45%的精矿，尾矿TiO2品位为2.02%。3.3 二段强磁试验从表9看出，白马矿通过两段强磁（矿物经磨矿分级处理后，单体解离度达到95%左右）后获得的精矿品位在11%左右，相当于攀枝花矿区和红格矿区选厂的原矿品位，不能满足钛铁矿浮选要求（攀钢密地选钛厂达到21%左右，龙蟒矿冶公司达到30%左右），达不到浮选钛铁矿的基本要求（浮选钛铁矿原料含TiO2原则上高于20%，最低不能低于15%），务必寻找新的工艺提高浮选原料的TiO2含量。表7 粗粒级一段强磁试验结果矿区产 品产率（%）品位（TiO2，%）回收率（TiO2，%）白马矿精 矿51.03 6.04 83.99 尾 矿48.97 1.20 16.01 原 矿100.00 3.67 100.00 攀枝花矿精 矿50.5516.5085.54尾 矿49.452.8514.46原 矿100.009.75100.00红格矿精 矿41.2420.5082.89尾 矿58.762.9717.11原 矿100.0010.20100.00说明：白马矿指白马选矿厂选铁尾矿，经过原矿处理后，粗粒级矿物一段强磁试验指标。攀枝花矿指攀钢密地选钛厂粗粒级矿物一段强磁生产考查指标。红格矿指龙蟒矿冶公司二选厂粗粒级矿物一段强磁生产考查指标。表8 细粒级一段强磁试验结果矿区产 品产率（%）品位（TiO2，%）回收率（TiO2，%）白马矿区精 矿33.299.6570.45尾 矿66.712.02 29.55原 矿100.00 4.56 100.00攀枝花矿区精 矿48.2817.8084.92尾 矿49.452.9515.08原 矿100.0010.12100.00红格矿区精 矿42.3922.5084.49尾 矿57.613.0415.51原 矿100.0011.29100.00说明：白马矿指白马选矿厂选铁尾矿，经过原矿处理后，细粒级矿物一段强磁试验指标。攀枝花矿指攀钢密地选钛厂细粒级矿物一段强磁生产考查指标。红格矿指龙蟒矿冶公司二选厂细粒级矿物一段强磁生产考查指标。表9 二段强磁试验结果矿区产 品产率（%）品位（TiO2，%）回收率（TiO2，%）白马矿区精 矿53.6911.0783.48尾 矿46.312.5426.52原 矿100.00 7.12100.00攀枝花矿区精 矿66.3521.5486.61尾 矿33.654.6713.39原 矿100.0016.50100.00红格矿区精 矿64.1330.2590.57尾 矿35.875.639.43原 矿100.0021.42100.00说明：白马矿指白马选矿厂选铁尾矿，经过原矿处理后，对粗细粒级矿物一段强磁精矿按照原矿比例混合后，0.18mm的筛孔尺寸高频筛控制，磨矿细度-200目48%后进行二段强磁试验的指标。攀枝花矿指攀钢密地选钛厂粗粒级一段强磁精矿经磨矿分级，0.18mm的筛孔尺寸高频筛控制，磨矿细度-200目44%后，二段强磁的生产指标。红格矿指龙蟒矿冶公司二选厂粗细粒级一段强磁精矿经磨矿分级，0.15mm的筛孔尺寸高频筛控制，磨矿细度-200目65%后，二段强磁的生产指标。3.4 一段强磁精矿重选试验指标从表9可看出，白马矿通过：“强磁磨矿分级强磁”获得精矿品位在11%左右，达不到钛铁矿浮选的基本品位，与攀枝花矿和红格矿相比与选铁尾矿的TiO2差不多。为此考虑在一段强磁作业后增加重选作业。3.4.1 粗粒级螺旋溜槽重选试验将粗粒级一段强磁精矿在南非马泰螺旋溜槽进行重选试验，试验采用一次粗选两次扫选流程，矿浆浓度为35%，粗选分带为4cm，扫分带为3cm，扫分带为2cm，试验流程见图5，试验结果见表10。表10 粗粒级重选螺旋溜槽试验结果产品产率（%）品位（TiO2，%）回收率（TiO2，%）精矿20.55 14.12 48.02扫10.62 10.1217.79 扫4.63 8.42 6.45 尾矿64.20 2.6127.74 原矿100.00 6.04 100.00 表11 粗粒级重选螺旋溜槽综合试验结果产品产率（%）品位（TiO2，%）回收率（TiO2，%）精矿35.80 12.19 72.26 尾矿64.20 2.61 27.74 原矿100.00 6.04 100.00 由表10和11可看出，粗粒级一段强磁精矿通过重选选别，粗选得到产率20.55%、TiO2品位14.12%、TiO2回收率48.02%的精矿；扫得到产率10.62%、TiO2品位10.12%、TiO2回收率17.79%的精矿；扫得到产率4.63%、TiO2品位8.42%、TiO2回收率6.45%的精矿；重选流程得到总产率35.80%、TiO2品位12.19%、TiO2回收率72.26%的精矿。图5 粗粒级重选螺旋溜槽试验流程3.4.2 粗粒级螺旋溜槽精选试验图6 粗粒级重选螺旋溜槽精选试验流程表12 粗粒级重选螺旋溜槽精选试验结果产品产率（%）品位（TiO2，%）回收率（TiO2，%）精矿19.2820.15 64.32尾矿80.722.6735.68原矿100.00 6.04 100.00 从表12看出，对粗粒级一段强磁精矿，采用图6的工艺，即重选采用一段螺旋粗+一段螺旋精选+两段螺旋扫选+一段强磁扫选工艺，精矿品位可提高到20.15%，回收率64.32%。3.4.3 细粒级一段强磁精矿离心重选试验根据条件试验结果，将细粒级一段强磁精矿在SLon-400离心机上进行粗选和扫选试验。试验流程见图7，试验结果见表13。图7 细粒一段强磁精矿离心重选试验流程表13 离心重选试验结果产品产率（%）品位（TiO2，%）回收率（TiO2，%）粗精48.63 14.15 71.93 扫精12.18 8.85 11.27粗精+扫精60.8113.0983.20尾矿39.19 4.10 16.80给矿100.00 9.65 100.00 由表13可看出，细粒级一段强磁精矿经过一次离心粗选，可得到产率48.63%、TiO2品位14.15%、TiO2回收率71.93%的粗精矿；离心粗选尾矿再经过离心扫选，可得到精矿产率12.18%、TiO2品位8.85%、TiO2回收率11.27%的扫选精矿。将离心机粗精矿和扫精矿合并得到总产率60.81%、TiO2品位13.09%、TiO2回收率83.20%的离心重选精矿。从表13看出，细粒级一段强磁精矿经过离心选矿机试验结果来看，精矿品位提高幅度不大，尾矿品位高，该流程不可取。3.5 二段强磁试验将细粒级一段强磁精矿和粗粒重选精矿合并，经过磨矿分级，采用0.18mm和0.15mm组合筛网，-200目55%控制粒度进行二段强磁试验。表14 粗粒螺旋精选和细粒一段强磁精矿合并后二段强磁试验结果产品产率（%）品位（TiO2，%）回收率（TiO2，%）精矿66.5416.50 85.24尾矿33.465.6814.76原矿100.00 12.88100.00 从表14看出，粗粒螺旋精选+细粒一段强磁精矿混合后，通过磨矿分级作业进行二段强磁试验，最终强磁精矿品位达到16.50%，二段强磁作业的回收率为85.24%.强磁尾矿品位5.68%偏高，拟通过重选作业的强磁进行再回收。3.6 浮选试验表15 浮选试验结果产品产率（%）品位（TiO2，%）回收率（TiO2，%）浮选精矿25.5446.68 72.25硫钴粗精矿4.6311.253.16浮选尾矿69.835.8124.59原矿100.00 16.50100.00 通过表14看出，浮选作业，钛精矿的品位为46.68%，达到商品钛精矿的质量标准（含TiO246.00%），浮选作业的回收率为72.25%。浮选药剂来看，采用常规辉长岩的浮选药剂，同时需要增加适量的抑制剂。4 结论（1） 推荐流程详见图8。（2） 对于白马矿区的钛含量极低复杂难选的钒钛磁铁矿选钛尾矿，选铁尾矿中矿物组成复杂，含有较多橄榄石，脉石矿物与目的矿物比重相近，比磁化系数相近，所