朝陽(yáng)某釩鈦磁鐵礦選礦試驗(yàn)研究

＊邢波 胡秀明 張金良 王廷平 彭方杰

（朝陽(yáng)師范高等專科學(xué)校 遼寧 122000）

釩鈦磁鐵礦是以鐵、釩、鈦為主的復(fù)合鐵礦石，其主要選礦產(chǎn)品之一是釩鈦磁鐵精礦[1]，稀有釩鈦資源附加值高，大多數(shù)釩和一半以上的鈦存在于釩鈦磁鐵精礦中[2]，因此該種礦物綜合利用價(jià)值非常高。我國(guó)釩鈦磁鐵礦資源豐富，目前探明的釩鈦磁鐵礦主要分布在攀西、承德等地區(qū)，是主要的鈦資源來(lái)源之一[3-6]。遼寧朝陽(yáng)地區(qū)近年以來(lái)已探明的釩鈦磁鐵礦儲(chǔ)量近200億噸[7]，資源優(yōu)勢(shì)凸顯，而全球鐵、鈦、釩資源需求量隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展逐漸增加[8]，就目前朝陽(yáng)釩鈦磁鐵礦開發(fā)情況看，有非常大的市場(chǎng)和研發(fā)空間。朝陽(yáng)地區(qū)的釩鈦磁鐵礦原礦屬貧礦、風(fēng)化礦床殘坡積礦體[9-11]，如何確定合理的選礦工藝提高釩鈦磁鐵礦的選礦效果，以確保釩鈦磁鐵精礦回收率和品位，是實(shí)現(xiàn)鐵、鈦、釩分離和釩鈦磁鐵綜合利用的前提和基礎(chǔ)，是朝陽(yáng)地區(qū)釩鈦磁鐵礦開發(fā)利用的首要任務(wù)。本研究著重對(duì)朝陽(yáng)釩鈦磁鐵進(jìn)行預(yù)先拋尾、富集研究，為釩鈦資源綜合利用奠定基礎(chǔ)。

1.礦石性質(zhì)

朝陽(yáng)地區(qū)釩鈦磁鐵礦石成分復(fù)雜，其金屬礦物除主要的釩鈦磁鐵礦和鈦鐵礦外，還有磁赤鐵礦、褐鐵礦等。脈石礦物以斜長(zhǎng)石和輝石為主，少量鈦閃石、橄欖石、云母、方解石等。

(1)化學(xué)分析

對(duì)朝陽(yáng)某釩鈦礦主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1。從表中可以看出原礦物中具備回收價(jià)值的TFe、V2O5、TiO2品位分別為11.29%、0.06%和2.93%，其相比于攀枝花地區(qū)的釩鈦磁鐵礦，鐵、釩、鈦的品位并不高，是典型的低品位釩鈦磁鐵礦石。SiO2含量高達(dá)50.95%，Al2O3、CaO和MgO含量之和達(dá)22%，這些是主要的脈石礦物成分。

表1 試樣主要化學(xué)組成Tab.1 Chemical composition of the minerals

(2)物相分析

根據(jù)物相分析結(jié)果可知，原礦中可回收含鐵釩鈦礦物主要有釩鈦磁鐵礦和鈦鐵礦。鐵和鈦的礦物物相分析結(jié)果見表2。從表中可以看出易于分選的鐵礦石主要有磁鐵礦、釩鈦鐵礦等，是研究回收的主要對(duì)象，45.55%的鐵以磁鐵礦和釩鈦鐵礦形式存在，11.09%的鐵以赤、褐鐵礦的形式存在。43%左右的鐵主要存在于硅酸鐵礦中，占比較大。由于鐵伴生在硅酸根里面，這就增加了鐵礦選別難度，會(huì)嚴(yán)重影響鐵的回收率。根據(jù)鈦的物相分析結(jié)果可知，鈦鐵礦中鈦的含量最高為2.03%，釩鈦磁鐵礦中鈦為0.66%、硅酸鈦中鈦含量為0.19%，鈦主要存在于釩鈦磁鐵礦和鈦鐵礦中，從分布上看釩鈦磁鐵礦和鈦鐵礦中鈦的含量總和達(dá)93%。因此要回收鈦，必須要首先保證釩鈦磁鐵礦和鈦鐵礦的回收率及品位。

表2 鐵、鈦物相分析Tab.2 Phase analysis of iron and titanium

(3)礦物組成

根據(jù)顯微鏡鑒定和X射線物相分析可知礦石中主要礦物的含量，其結(jié)果見表3和圖1。原礦中的含鐵礦物有釩鈦磁鐵礦和鈦鐵礦，其含量為12.06%；脈石礦物以輝石和長(zhǎng)石為主，含量76.04%，石英等其他脈石礦物占4.05%。

表3 礦石中主要礦物含量Tab.3 Content of main mineral in the ore

圖1 磁鐵礦邊緣析出的它形鈦鐵礦固熔分離體、呈蠕蟲狀和板狀自形熔離體的鈦鐵礦Fig.1 Anisotropic ilmenite solid melt separators and ilmenite in the form of wormlike and platelike idiomorphic fused bodies precipitated from the edge of magnetite

肉眼觀察，樣品礦石主要為土狀構(gòu)造。鈦鐵礦是主要的富鈦、鐵礦物，多呈自形-半自形結(jié)晶體分布，部分呈短脈狀或絲縷狀分布，部分結(jié)晶較大，形成單礦物塊體，內(nèi)部裂隙發(fā)育形成碎裂結(jié)構(gòu)，釩鈦磁鐵礦內(nèi)部沿邊緣或裂隙有鈦鐵礦板狀晶體析出，顆粒結(jié)合緊密，不利于鐵礦物與鈦礦物之間單體解離。圖1為鐵礦石鏡下觀察圖片。由圖可知脈石分布情況：長(zhǎng)石多為自形長(zhǎng)柱狀結(jié)晶體構(gòu)成巖石的主體，輝石結(jié)晶分布于長(zhǎng)石之間，呈半自形—它形結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)V石粒級(jí)較粗時(shí)，可以預(yù)先脫出大量的脈石礦物然后進(jìn)一步磨礦處理，磨礦粒度必然是影響分選效果的重要因素。

2.選礦試驗(yàn)

根據(jù)礦石性質(zhì)分析，從工藝和成本等多方面考慮，最終確定預(yù)先拋尾-磨礦-磁選的分選工藝，基本試驗(yàn)流程如圖2所示。

圖2 釩鈦磁鐵礦分選試驗(yàn)流程圖Fig.2 Flow chart of the separation test of vanadium titanomagnetite

(1)預(yù)先拋尾試驗(yàn)

預(yù)先拋尾采用磁選法，將對(duì)輥破碎后的原礦給入SLON濕式滾筒磁選機(jī)進(jìn)行磁選，場(chǎng)強(qiáng)5000GS。SLON濕式滾筒磁選機(jī)設(shè)備型號(hào)為φ500×300mm，槽體形式為順流，給礦粒度0-1mm，圓筒轉(zhuǎn)速0-50r/min，處理能力（干礦量）0.2-0.6t/h。粗選得到品位為30.09%的粗精礦，產(chǎn)率14.26%，回收率38.01%。得到的粗精礦經(jīng)錐形球磨機(jī)磨礦，進(jìn)入DTCXGZN50型磁選管精選，探索不同磨礦細(xì)度和場(chǎng)強(qiáng)對(duì)分選效果的影響。

(2)分選試驗(yàn)研究

磨礦試驗(yàn)：試驗(yàn)選用XMQ型錐形球磨機(jī)進(jìn)行磨礦，質(zhì)量濃度70%，磨礦時(shí)間分別設(shè)置為2min、4min、6min、8min，所得物料在磁選強(qiáng)度200mT條件下磁選，分選效果見圖3。從圖中可看出，隨著磨礦時(shí)間的增加，-0.045mm的物料含量呈遞增趨勢(shì)，磨礦時(shí)間4min時(shí)，-0.045mm含量達(dá)到88.23%，磨礦時(shí)間繼續(xù)增加細(xì)粒級(jí)含量變化趨于平緩。鐵回收率隨物料細(xì)顆粒含量的增加而提高，當(dāng)磨礦時(shí)間為4min的時(shí)候,磁選鐵回收率達(dá)到80.57%，品位最高49.55%，綜合各項(xiàng)指標(biāo)，選別效果最佳，故取為時(shí)間4min、-0.045mm的物料含量為88.23%為最佳磨礦參數(shù)。

圖3 磨礦時(shí)間和細(xì)度對(duì)磁選效果的影響Fig.3 Influence of grinding time and fineness

磁選試驗(yàn)：為確定DTCXG-ZN50型磁選管精選的最佳場(chǎng)強(qiáng)，試驗(yàn)在磨礦時(shí)間為4min條件下進(jìn)行，礦漿濃度70%，設(shè)計(jì)5組不同的場(chǎng)強(qiáng)分別為120mT、160mT、200mT、220mT，磁選結(jié)果見圖4。從曲線可以看出隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，鐵品位逐漸降低，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度為200mT的時(shí)候鐵品位達(dá)為49.49%，繼續(xù)增加場(chǎng)強(qiáng)，品位迅速降低；回收率受場(chǎng)強(qiáng)影響明顯，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)增加時(shí)，回收率呈遞增趨勢(shì)。綜合磨耗和品位考慮，合適的磁選場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)為200mT最佳。

圖4 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)磁選效果的影響Fig.4 Influence of magnetic field intensity

(3)產(chǎn)品分析

試驗(yàn)證明該工藝對(duì)朝陽(yáng)地區(qū)釩鈦磁鐵礦石的分選簡(jiǎn)單有效，首先采用磁選預(yù)先拋尾，大大降低了分選成本，將磨礦入料降低了近一半，磁選管精選磁場(chǎng)強(qiáng)度適中，實(shí)現(xiàn)了鐵礦石的有效富集和回收，在降低成本和提高回收率指標(biāo)方面均易取得較好的選礦效果。合理的磨礦時(shí)間和磁選場(chǎng)強(qiáng)分別是4min和200mT。取該條件下的選礦精礦產(chǎn)品進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表4所示。由分析結(jié)果可知，經(jīng)過分選后，有用礦物在精礦中得到了有效的富集，其中TFe品位由原來(lái)的11.29%提高到49.49%，TiO2由原來(lái)的2.93%提高到19.75%，V2O5含量由原來(lái)的0.06%提高到0.92%，而有害雜質(zhì)SiO2、Al2O3等大多進(jìn)入尾礦。由此可知該工藝對(duì)鐵、釩、鈦元素的富集效果明顯，產(chǎn)品的工業(yè)價(jià)值較高。鐵的精選回收率80.31%，總回收率11.45%，鈦的回收率87.88%。

表4 精礦主要化學(xué)成分Tab.4 Chemical composition of the concentrate

3.結(jié)論

該地區(qū)釩鈦磁鐵礦原礦物中具備回收價(jià)值的TFe、V2O5、TiO2品位分別為11.29%、0.06%和2.93%，是典型的低品位釩鈦磁鐵礦石，分選首要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)有用礦物的富集。

磨礦條件對(duì)礦石的單體解離影響較大，當(dāng)磨礦時(shí)間為4min時(shí)，-0.045mm含量達(dá)到88.23%，此時(shí)單體解離程度高，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)為200mT時(shí)，鐵回收率達(dá)到80.57%，品位達(dá)49.49%。

預(yù)先拋尾—磨礦—磁選工藝，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，有用礦物在精礦中得到了有效的富集，TFe品位由原來(lái)的11.29%提高到49.49%，TiO2由原來(lái)的2.93%提高到19.75%，V2O5含量由原來(lái)的0.06%提高到0.92%，鐵的精選回收率80.31%，總回收率11.45%，鈦的回收率87.88%。該工藝對(duì)鐵、釩、鈦元素的富集效果明顯，產(chǎn)品的工業(yè)價(jià)值較高，為后續(xù)工藝奠定較好的基礎(chǔ)。