張建文,王海東,龔文勇,張 華,馬崇振,廖 乾
(1.中南大學(xué) 資源加工與生物工程學(xué)院,湖南 長沙410083;2.長沙礦冶研究院有限責任公司,湖南 長沙410012)
世界鋯資源主要賦存于海濱砂礦礦床中,只有少部分賦存于殘積砂礦和原生礦中[1]。鋯資源中主要礦物是鋯英石,它們多與鈦鐵礦、獨居石、金紅石、磷釔礦和錫石等礦物共生。世界上鋯英石資源主要分布在澳大利亞、南非、莫桑比克、美國、烏克蘭、斯里蘭卡、肯尼亞、印度尼西亞和塞拉利昂等地,其中澳大利亞、南非和莫桑比克這三個國家鋯英石資源最為豐富[2-3]。中國的海濱砂礦主要分布于海南、福建以及山東一帶。我國海濱砂礦和海底礦產(chǎn)資源儲量豐富,是寶貴的礦產(chǎn)資源[4]。
目前,鋯英石的選礦主要有重選-磁選、單一浮選、磁選-浮選和磁選-電選等[5-7]。莫桑比克某海濱砂礦礦床中鋯英石資源儲量巨大,鋯石礦物單體解離度和含量高[8-9]。本文在來樣工藝礦物學(xué)研究基礎(chǔ)上,對粗選得到的重砂粗精礦采用磁選-電選聯(lián)合工藝進行鋯英石精選,取得了較好的試驗指標。
經(jīng)顯微鏡鏡下鑒定、X 射線衍射分析和掃描電鏡分析綜合研究表明,莫桑比克某海濱砂礦礦樣中鋯礦物主要為鋯石,鈦礦物為鈦鐵礦,鐵礦物為赤鐵礦,其他礦物種類多但含量較少,包括有石英、獨居石、石榴石、角閃石、磁鐵礦、假象赤鐵礦和電氣石等。來樣為黑色摻雜不同淺色顆粒的砂樣,粒度較為均勻,主要分布在0.04~0.2 mm 之間。原礦化學(xué)多元素成分分析結(jié)果見表1。由表1 可知,原礦中主要成分為TiO2、FeO、Fe2O3、ZrO2和SiO2等。原礦主要礦物組成及含量見表2。原礦除有細小包裹物外,鋯英石基本呈單體產(chǎn)出,粒度總體較鈦鐵礦略細小,但較為均勻,一般在0.04~0.1 mm 之間。能譜微區(qū)成分分析表明,鋯英石組成較為純凈,除ZrO2和SiO2外,含有少量的HfO2、TiO2和FeO。
表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果(質(zhì)量分數(shù))/%
表2 原礦中主要礦物組成及含量(質(zhì)量分數(shù))/%
由工藝礦物學(xué)研究結(jié)果可知,鋯石礦物基本呈單體產(chǎn)出,雖粒度總體較鈦鐵礦細小,但較為均勻,因此鋯石選礦不需要磨礦,而且鋯石礦物粒度比較適合采用電選和磁選工藝。能譜微區(qū)成分分析結(jié)果表明,鋯石組成較為純凈,說明理論上鋯英石可以通過選礦富集到ZrO2品位65%以上的精礦產(chǎn)品。
根據(jù)莫桑比克某海濱砂礦來樣性質(zhì),并結(jié)合海濱砂礦的國內(nèi)外選礦生產(chǎn)實踐經(jīng)驗,確定粗選(磁選-重選)-干燥-精選(磁選-電選)的選礦原則流程。通過磁選、重選等粗選作業(yè)獲得的重砂粗精礦干燥后在精選車間進行鋯英石的精選。
粗選方案是控制海濱砂礦項目建設(shè)投資與生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。本文確定的粗選流程為濕式弱磁選-濕式中磁選-螺旋溜槽-搖床重選。其中濕式弱磁選作用是去除磁鐵礦、鈦磁鐵礦等強磁性礦物,濕式中磁選試驗?zāi)康臑楸M可能多地選出合格的鈦鐵礦精礦,同時減輕后續(xù)重選和磁電選工藝流程的負擔。螺旋溜槽和搖床是海濱砂礦分選中的關(guān)鍵重選設(shè)備。螺旋溜槽的作用是除去大量的石英、角閃石、石榴石等脈石礦物,它具有結(jié)構(gòu)簡單、處理量大、運行成本低等突出優(yōu)點。搖床重選的好壞是決定能否生產(chǎn)出合格鋯英石精礦的關(guān)鍵,其作用為選出不含石英、角閃石和石榴石等脈石礦物的搖床精礦,為鋯英石精選提供合格的給料。搖床具有富集比高、選別效率高、電耗低等優(yōu)點,其主要缺點是占地面積大、耗水量大和單機處理能力低。粗選試驗流程如圖1 所示,粗選試驗結(jié)果見表3。
圖1 粗選試驗流程
表3 粗選試驗結(jié)果
從表3 結(jié)果可知:
1)通過粗選試驗(磁選-重選)可獲得用于分選一級鋯精礦的搖床精礦,產(chǎn)率12.80%、ZrO2品位30.15%、回收率54.87%,搖床精礦中TiO2含量為14.93%。搖床精礦中主要含鋯英石礦物,其次為鈦鐵礦,獨居石和金紅石等礦物。
2)粗選還可獲得用于分選次級鋯精礦的搖床中礦,產(chǎn)率15.10%、ZrO2品位19.32%、回收率41.48%,搖床中礦中TiO2含量為29.86%。搖床中礦主要為鈦鐵礦,其次為鋯英石、獨居石和金紅石等礦物。
選擇適合的磁、電選精選設(shè)備和確定合理的工藝參數(shù)是選出合格鋯英石精礦的關(guān)鍵。磁選-電選聯(lián)合工藝是近年來分選鋯英石的發(fā)展方向與主要應(yīng)用領(lǐng)域,它具有節(jié)能環(huán)保、生產(chǎn)效率高、運行和維護成本低、性能穩(wěn)定、處理量大和自動化程度高等優(yōu)點。電選設(shè)備采用長沙礦冶研究院研制的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的YD 圓筒電選機、CRIMM 篩板電選機和弧板電選機,專門用于海濱砂礦中鋯英石與鈦鐵礦、金紅石等的分離。
精選選鋯試驗的給料中含有鋯英石、鈦鐵礦、金紅石和獨居石等礦物,其中鈦鐵礦為中等磁性、導(dǎo)體礦物,獨居石為弱磁性、非導(dǎo)體礦物,金紅石為非磁性、導(dǎo)體礦物,而鋯英石為非磁性、非導(dǎo)體礦物,因此可通過磁選和電選聯(lián)合流程將鋯英石與其他具有磁性差異和導(dǎo)電性差異的礦物高效分離。在條件試驗基礎(chǔ)上,進行了選鋯全流程開路試驗,搖床精礦和搖床中礦磁電選鋯試驗流程如圖2 所示,試驗結(jié)果分別見表4 和表5。
圖2 磁-電精選試驗流程
表4 搖床精礦磁-電選試驗結(jié)果
表5 搖床中礦磁-電選試驗結(jié)果
表4 和表5 表明,搖床精礦經(jīng)過磁-電選全流程選鋯精選試驗,獲得的鋯英石精礦產(chǎn)率4.49%、ZrO2品位65.56%、回收率41.86%,鋯精礦中TiO2品位為0.22%,達到國家一級鋯英石精礦的質(zhì)量標準要求;搖床中礦經(jīng)過磁-電選精選試驗,選出的鋯英石精礦產(chǎn)率3.71%、ZrO2品位64.65%、回收率34.22%,鋯精礦中TiO2品位為0.29%,達到國家三級鋯英石精礦的質(zhì)量標準要求。鋯英石精礦中ZrO2綜合回收率達到76.08%。搖床中礦經(jīng)磁-電選精選后所得精礦ZrO2品位未達到一級鋯精礦要求,鏡下觀察鋯精礦中還有少量石英等脈石礦物,因此在搖床重選時要精細化操作,盡可能減少進入搖床中礦的脈石含量。
1)原礦中ZrO2品位為7.01%。鋯石基本呈單體產(chǎn)出,因此鋯石選礦不需要磨礦。礦物間磁性和導(dǎo)電性差異,為鋯英石選礦采用磁選-電選聯(lián)合流程奠定了基礎(chǔ)。
2)搖床精礦和搖床中礦經(jīng)過磁-電精選試驗,獲得的一級鋯英石精礦ZrO2品位65.56%、回收率41.86%;選出的三級鋯英石精礦ZrO2品位64.65%、回收率34.22%。鋯英石精礦中ZrO2綜合回收率達到76.08%。
3)莫桑比克某鋯英石ZrO2品位高,粒度均勻,單體解離度高,通過磁選-電選聯(lián)合精選,獲得了較好的試驗指標。研究結(jié)果可為合理開發(fā)利用莫桑比克某鋯石資源提供借鑒和參考。