ZCLA選礦機(jī)在畢機(jī)溝釩鈦磁鐵礦尾礦綜合回收鐵、鈦中的應(yīng)用

于元進(jìn) 曾尚林 曾維龍

(1.洋縣釩鈦磁鐵礦有限責(zé)任公司；2.長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司)

ZCLA選礦機(jī)在畢機(jī)溝釩鈦磁鐵礦尾礦綜合回收鐵、鈦中的應(yīng)用

于元進(jìn)1曾尚林2曾維龍2

(1.洋縣釩鈦磁鐵礦有限責(zé)任公司；2.長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司)

畢機(jī)溝尾礦庫堆存大量釩鈦磁鐵礦尾礦，其鐵、鈦礦物含量相對較高，具有很高的再回收利用價(jià)值。采用ZCLA選礦機(jī)進(jìn)行1次粗粒濕式預(yù)先拋尾，可得到尾礦產(chǎn)率為39.16%，精礦鐵、鈦回收率分別為82.95%、93.22%的指標(biāo)。ZCLA精礦弱磁選回收鐵礦，強(qiáng)磁選—重選回收鈦鐵礦工藝流程，可獲得鐵精礦全鐵品位為56.90%和鈦精礦TiO2品位為44.48%的合格產(chǎn)品，開創(chuàng)了一種釩鈦磁鐵礦尾礦庫綜合利用的新工藝。

釩鈦磁鐵礦尾礦 綜合回收 ZCLA選礦機(jī) 預(yù)先拋尾 磁選 重選

鈦是重要的戰(zhàn)略金屬，鈦由于具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、使用溫度范圍大、性能可調(diào)性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航天與航海中[1]。我國鈦資源主要賦存于釩鈦磁鐵礦、鈦鐵礦和金紅石礦中，釩鈦磁鐵礦中鈦資源占總儲量的95%，鈦鐵礦中鈦資源占總儲量的5%，主要分布在云南、海南、廣東、廣西等地，金紅石礦儲量較少，主要分布在湖北、河南、山西等地。

低品位釩鈦磁鐵礦原礦TiO2品位低，回收難度大，大多民營企業(yè)僅回收釩鈦磁鐵礦中的磁鐵礦，將鈦鐵礦作為尾礦排放到尾礦庫中，造成鈦資源的大量浪費(fèi)。本文以陜西畢機(jī)溝釩鈦磁鐵礦尾礦為原料，引進(jìn)新型ZCLA重磁拉選礦機(jī)“以下簡稱ZCLA選礦機(jī)”對該尾礦進(jìn)行預(yù)選拋尾，對釩鈦磁鐵礦尾礦鐵、鈦資源進(jìn)行綜合回收及工藝探索。

1 尾礦工藝礦物學(xué)研究

陜西畢機(jī)溝釩鈦磁鐵礦尾礦全鐵品位為13.5%、TiO2品位為5.21%，可回收的目的礦物主要是鈦鐵礦，金屬礦物主要是鈦鐵礦，次為假象赤鐵礦和褐鐵礦；脈石礦物以斜長石和角閃石居多，次為輝石、黑云母、絹云母、綠泥石、磷灰石和榍石等。粒度組成及鈦金屬粒級分布見圖1，鈦鐵礦單體解離度情況見表1。

由圖1可知，該尾礦-0.074 mm粒級含量僅為19.28%，沒有大于3 mm的物料，粒級主要為0.045～0.45 mm，其金屬分布率達(dá)70.70%。

圖1 粒度組成及鈦金屬粒級分布

表1 選鐵尾礦中鈦鐵礦的解離度 %

單體連生體>3/43/4～1/21/2～1/4<1/4合計(jì)54.218.77.86.313.0100.00

由表1可知，該尾礦呈單體形式產(chǎn)出的鈦鐵礦僅為54.2%，其余部分呈富連生體或貧連生體形式產(chǎn)出，欲充分回收尾礦樣中的鈦鐵礦，必須使鈦鐵礦與脈石礦物達(dá)到充分解離，工藝礦物學(xué)研究表明，需再磨礦，磨礦細(xì)度需達(dá)到-0.074mm占80%～90%。

2 試驗(yàn)研究

2.1 工藝流程的選擇

鈦鐵礦與其他礦物在密度、磁性、電性等各種性質(zhì)上均存在一定差異。因此，對于含鈦礦石的選礦，重選、磁選、電選和浮選等選礦方法均可使用[2-3]。

由于該釩鈦磁鐵礦選鐵尾礦已堆放在尾礦庫中，如果將該尾礦重新采掘、運(yùn)輸?shù)竭x礦廠進(jìn)行加工，面臨掘、運(yùn)輸成本高和選鈦后尾礦無地存放的問題。長沙礦冶研究院聯(lián)合設(shè)備廠家研發(fā)的ZCLA選礦機(jī)，對-10mm的釩鈦磁鐵礦能夠鐵、鈦同時(shí)回收，且為永磁結(jié)構(gòu)、能耗小、處理量大、重量輕、不需要安裝基礎(chǔ)，可在采砂船上應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。為此，擬將ZCLA選礦機(jī)安裝在尾礦庫的移動平臺上，采用ZCLA選礦機(jī)直接在尾礦庫上進(jìn)行拋尾，尾礦直接排放到尾礦庫，粗精礦再輸送到選礦廠進(jìn)選鈦工藝流程。

2.2 ZCLA選礦機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理[4]

ZCLA選礦機(jī)綜合了磁選機(jī)、離心選礦機(jī)、搖床等多種選礦設(shè)備的特點(diǎn)，是一種復(fù)合力場的永磁選礦設(shè)備。主要由給礦槽、轉(zhuǎn)筒、聚磁介質(zhì)、磁性礦溜槽、磁系以及固定裝置、磁性物接礦斗、非磁性礦接礦斗、可調(diào)節(jié)傾斜角度的支架等部件組成，其分選表面磁場強(qiáng)度為636.94kA/m。ZCLA選礦機(jī)將待選物料從給料槽1給入轉(zhuǎn)筒2中，轉(zhuǎn)筒2在一個(gè)由磁系以及固定裝置4產(chǎn)生的高梯度非均勻磁場分選空間內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，物料中的磁性物受磁力和重力作用，緊貼滾筒2的內(nèi)壁隨滾筒一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)滾筒2旋轉(zhuǎn)至頂部無磁區(qū)時(shí)，由其自身重力作用和噴水管的水流沖洗作用，卸落進(jìn)入磁性礦收集溜槽3內(nèi)，由磁性礦溜槽3流入磁性礦接礦斗5中。非磁性物則沿著轉(zhuǎn)筒2的筒壁直接溜走進(jìn)入非磁性礦接礦斗6中，實(shí)現(xiàn)了磁性礦與非磁性礦的分離。ZCLA選礦機(jī)的分選原理見圖2。

圖2 ZCLA選礦機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

1—給礦槽；2—轉(zhuǎn)筒；3—磁性礦溜槽；4—磁系以及固定裝置；5—磁性物接礦斗；6—非磁性礦接礦斗；7—可調(diào)節(jié)傾斜角度的支架

2.3 ZCLA選礦機(jī)預(yù)先拋尾試驗(yàn)

試驗(yàn)采用φ630 mm系列的內(nèi)筒式永磁強(qiáng)磁選機(jī)，分析內(nèi)筒式永磁強(qiáng)磁選機(jī)的各個(gè)可控參數(shù)，重點(diǎn)對該設(shè)備的轉(zhuǎn)筒傾斜角度和轉(zhuǎn)筒傾斜角度轉(zhuǎn)速進(jìn)行試驗(yàn)，確定內(nèi)筒式永磁強(qiáng)磁選機(jī)的最佳工作條件。

對于α、β及富集比均不高時(shí)的粗掃選作業(yè)，采用漢考克-盧伊肯公式(1)對選礦效率進(jìn)行評價(jià)，即

(1)

式中，E為選礦效率，%；α為原礦品位，%；β為精礦品位，%；θ為尾礦品位，%；βm為精礦理論品位(畢機(jī)溝鈦鐵礦理論TiO2品位按49.5%計(jì)算)。

2.3.1 轉(zhuǎn)筒傾斜角度條件試驗(yàn)

在給礦不磨礦，固定轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為13r/min的條件下，變化轉(zhuǎn)筒傾斜角度分別為7°，9°，11°，13°，試驗(yàn)流程為ZCLA選礦機(jī)1次選別得到粗精礦，試驗(yàn)結(jié)果見圖3，選礦效率見表2。

圖3 ZCLA選礦機(jī)傾斜角度試驗(yàn)結(jié)果

表2 轉(zhuǎn)筒傾斜角度試驗(yàn)選礦效率

由表2可知，ZCLA選礦機(jī)轉(zhuǎn)筒傾斜角度的大小決定相同濃度礦漿的流速，影響礦石的分選時(shí)間；ZCLA選礦機(jī)分選過程中，轉(zhuǎn)筒的傾斜角度越大，礦漿流經(jīng)分選區(qū)的速度也越大，礦漿中的磁性礦物在分選區(qū)所受的競爭力也越大；因此，隨著傾斜角度的增大，可被捕獲的磁性礦物的粒度增大，粒度較小的磁性礦物被捕獲的幾率減小，而連生體由于磁性較弱，捕獲難度大，磁選精礦的品位隨傾斜角度的增大而升高，但回收率降低；在轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為13 r/min條件下，選擇θ=9°為轉(zhuǎn)筒傾斜角度的最佳值，選礦效率為36.16%。

2.3.2 轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速條件試驗(yàn)

在給礦不磨礦，固定轉(zhuǎn)筒傾斜角度θ=9°的條件下，變化轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速分別為7，9，11，13，15， 17 r/min，試驗(yàn)流程為ZCLA選礦機(jī)1次選別得到粗精礦，試驗(yàn)結(jié)果見圖4，選礦效率見表3。

圖4 轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速試驗(yàn)結(jié)果

表3 轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速試驗(yàn)選礦效率

由圖4可見，ZCLA選礦機(jī)分選過程中，轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速越大，磁性礦物就越容易被捕獲，因?yàn)榇判缘V物在被捕獲的過程中，增大轉(zhuǎn)速則會縮短筒壁在分選區(qū)域停留的時(shí)間，若磁性礦物被筒壁吸附且以運(yùn)動方式捕獲，則可縮短競爭力對磁性礦物的作用時(shí)間，磁性礦物被捕獲的幾率增加，故磁選精礦的品位和回收率隨著轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速增大而提高；但在轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速增大的同時(shí)，也會縮短筒壁在卸礦區(qū)的時(shí)間，使被筒壁捕獲的磁性礦物還沒完全卸下，筒壁就已經(jīng)出了卸礦區(qū)，則會造成精礦的流失，降低選礦指標(biāo)；綜合考慮，在轉(zhuǎn)筒傾斜角度θ=9°的條件下，選擇15 r/min為轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速的最佳值，此時(shí)選礦效率為36.33%。

2.3.3 礦樣生產(chǎn)

在不磨礦條件下，固定轉(zhuǎn)筒傾斜角度θ=9°，轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速r=15 r/min，試驗(yàn)流程為ZCLA選礦機(jī)1次選別進(jìn)行試驗(yàn)室生產(chǎn)，得到粗精礦為后續(xù)流程試驗(yàn)提供礦樣。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 ZCLA選礦機(jī)生產(chǎn)礦樣結(jié)果 %

名稱產(chǎn)率品位TiO2TFe回收率TiO2TFe分選效率精礦60.847.8718.9493.2282.95尾礦39.160.896.056.7817.05給礦100.005.1413.90100.00100.0036.13

由表4可知，采用ZCLA選礦機(jī)可獲得拋尾尾礦產(chǎn)率為39.16%，鐵、鈦回收率分別為82.95%、93.22%，分選效率為36.13%的試驗(yàn)指標(biāo)。

2.4 綜合利用新工藝試驗(yàn)流程對比研究

鈦鐵礦單體解離度測定結(jié)果表明，尾礦樣中部分鐵、鈦礦物已經(jīng)達(dá)到單體解離，不需要將所有的ZCLA粗粒濕式預(yù)先拋尾精礦進(jìn)行再磨礦處理，因此選擇0.1 mm作為分級粒度，將+0.1 mm物料磨細(xì)至-0.1 mm與原-0.1 mm物料合并進(jìn)行選鐵選鈦。試驗(yàn)流程為粗精礦經(jīng)0.1 mm篩分級—+0.1 mm磨礦—弱磁選鐵，選鐵尾礦粗選(ZCL選礦機(jī)或螺旋溜槽)—搖床重選選鈦，該流程進(jìn)行了選鈦粗選作業(yè)段溜槽拋尾和ZCLA選礦機(jī)拋尾的對比試驗(yàn)，2種流程相同工藝時(shí)，選擇同樣的工藝參數(shù)和條件，試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程分別見圖5和圖6。

對比圖5和圖6試驗(yàn)結(jié)果可見，2種工藝流程獲得的鐵精礦和鈦精礦指標(biāo)非常接近，鐵精礦產(chǎn)率分別為7.63%和7.76%，全鐵品位均在57%左右，鈦精礦產(chǎn)率分別為5.45%和5.89%，TiO2品位均在45%左右，但圖5流程的鈦精礦回收率比圖6流程回收率提高了3.90個(gè)百分點(diǎn)。因?yàn)閳D6流程采用ZCLA選礦機(jī)進(jìn)行選鈦粗選，拋尾量比螺旋溜槽粗選提高了10.43個(gè)百分點(diǎn)，尾礦中鈦金屬損失率減少了4.96個(gè)百分點(diǎn)，提高了搖床的給礦入選品位，最終提高了全流程鈦精礦的產(chǎn)率和回收率。

圖5 尾礦樣ZCLA拋尾—0.1 mm分級磨礦—弱磁選鐵

圖6 尾礦樣ZCLA拋尾—0.1 mm分級磨礦—弱磁選鐵

3 結(jié) 語

(1)畢機(jī)溝釩鈦磁鐵礦尾礦采用ZCLA選礦機(jī)進(jìn)行拋尾試驗(yàn)，可獲得拋尾尾礦產(chǎn)率為39.16%，鐵、鈦回收率分別為82.95%、93.22%，分選效率為36.13%的試驗(yàn)指標(biāo)。

(2)采用ZCLA選礦機(jī)進(jìn)行直接粗粒濕式預(yù)先拋尾，拋尾精礦經(jīng)0.1mm分級—+0.1mm磨礦—弱磁選鐵，選鐵尾礦經(jīng)粗選ZCL選礦機(jī)—搖床重選選鈦流程，可獲得全鐵品位為57%的鐵精礦和TiO2品位為45%的鈦精礦，開創(chuàng)了一種釩鈦磁鐵礦尾礦綜合利用新工藝。

[1] 楊紹利.釩鈦材料[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2007.

[2] 朱俊士.中國釩鈦磁鐵礦選礦[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1996.

[3] 曾尚林,曾維龍.國內(nèi)外高梯度磁分離技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].礦冶工程，2009(6):53-55.

[4] 曾維龍.攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦選礦新設(shè)備及新工藝研究[C]∥2012年釩鈦磁鐵礦資源開發(fā)技術(shù)交流會論文集.成都:中國釩鈦產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，2012：41-44.

2015-01-07)

于元進(jìn)(1963—)，男，高級工程師，723300 陜西省漢中市洋縣。