白馬釩鈦磁鐵礦提質(zhì)降雜研究及工業(yè)實(shí)踐

劉志雄

（攀鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司設(shè)計(jì)研究院,四川 攀枝花 617063）

0 引言

我國(guó)攀枝花、西昌地區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的釩鈦磁鐵礦資源，主要分布在攀枝花、紅格、白馬、西昌太和四大礦區(qū)[1]，是一種由鐵、釩、鈦和多種有價(jià)金屬元素共生組成的復(fù)合型礦產(chǎn)資源[2]，所生產(chǎn)的釩鈦鐵精礦成為鋼鐵工業(yè)冶煉原料的重要來(lái)源之一。由于攀西釩鈦磁鐵礦自身賦存因素影響，其釩鈦鐵精礦品位一般在54%～56%，與普通磁鐵礦相比存在較大差距。入爐原料鐵精礦品位的高低直接影響高爐生產(chǎn)及冶煉成本，資料表明，入爐品位提高1%，生鐵產(chǎn)量可以提高2.5%，焦比降低1.5%[3]。因此，提高入爐鐵精礦品位一直是礦山企業(yè)追求的目標(biāo)和重要研究方向。

長(zhǎng)期以來(lái)，針對(duì)如何提高釩鈦鐵精礦品位，選礦工作者進(jìn)行了許多研究工作。攀枝花密地選礦廠自投產(chǎn)以來(lái)，為提高鐵精礦品位，將原一段磨礦流程改為二段磨礦分段選別的階磨階選流程，鐵精礦從51.50%提高到54.00%[4]，解決了磨礦細(xì)度不夠、脈石礦物連生體多的問(wèn)題，但釩鈦鐵精礦品位仍不高；針對(duì)釩鈦鐵精礦含硫高的問(wèn)題，進(jìn)行了精礦浮硫試驗(yàn)研究，可將釩鈦鐵精礦中的硫含量從0.66%降至0.3%以下[5]，從而提高精礦品位，但釩鈦鐵精礦回收率偏低；有研究表明通過(guò)提高磨礦細(xì)度的七段階磨階選的極限探索試驗(yàn)，可將釩鈦鐵精礦品位提高至57.30%[6]，該研究?jī)H是理論探索，難以實(shí)際應(yīng)用。

白馬釩鈦磁鐵礦位于四川省米易縣白馬鄉(xiāng)，白馬礦區(qū)某選廠采用階磨階選流程回收釩鈦磁鐵精礦，選鐵尾礦采用“原礦分級(jí)+強(qiáng)磁+重選+強(qiáng)磁+浮選”原則流程回收鈦鐵礦[7]。投產(chǎn)以來(lái)一直為理順工藝流程和達(dá)產(chǎn)達(dá)效進(jìn)行優(yōu)化和改造，針對(duì)提高精礦品位專(zhuān)門(mén)的系統(tǒng)性研究不多，鐵精礦品位目前只能達(dá)到55%，還有一定的提升空間；白馬礦礦物組成的突出特點(diǎn)是鈦鐵礦含量在四大礦區(qū)中最低，不及其他礦區(qū)鈦鐵礦含量的一半[8]，從而釩鈦鐵精礦理論品位相對(duì)高一些；現(xiàn)有選礦廠空間布置較為寬敞，有利于提質(zhì)降雜工藝改造。

筆者以攀西白馬礦區(qū)某選礦廠生產(chǎn)的釩鈦磁鐵精礦為研究對(duì)象，介紹了提高鐵精礦品位降低雜質(zhì)含量的研究工作，并進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用，為攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦精礦品位的提高提供了技術(shù)路線。

1 釩鈦磁鐵精礦工藝礦物學(xué)研究

1.1 釩鈦鐵精礦相關(guān)指標(biāo)分析

釩鈦鐵精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果、全粒級(jí)礦物含量、主要礦物的單體解離度、鐵鈦金屬量平衡和鐵精礦粒度分析分別見(jiàn)表1～5。

表1 釩鈦鐵精礦化學(xué)元素分析結(jié)果Table 1 Results of chemical element analysis of V-Ti-Fe concentrate

表2 釩鈦鐵精礦全粒級(jí)礦物含量Table 2 Full grain mineral content of V-Ti-Fe concentrate %

表3 釩鈦鐵精礦主要礦物單體解離度Table 3 Dissociation degree of main mineral monomers of V-Ti-Fe concentrate %

表4 釩鈦鐵精礦鐵鈦金屬量平衡Table 4 Metal balance of iron and titanium of V-Ti-Fe concentrate %

表5 釩鈦鐵精礦粒度篩析結(jié)果Table 5 Particle size sieve analysis results of V-Ti-Fe concentrate %

從釩鈦鐵精礦相關(guān)指標(biāo)分析可知：鐵精礦品位為55.79%，理論品位為62.60%，相對(duì)其理論品位，鐵精礦品位還有進(jìn)一步提高的空間。鐵精礦中+200 目（0.074 mm）鐵品位較低，脈石礦物、硫化物單體解離度低，其中鈦磁鐵礦（包含鈦鐵礦類(lèi)）的單體解離度僅為84.89%，鈦鐵礦單體解離度僅為37.63%，硫化物的單體解離度僅50%左右，要提鐵降雜，需要對(duì)鐵精礦進(jìn)行再磨再選。

1.2 釩鈦鐵精礦工藝礦物學(xué)特性及提質(zhì)降雜難點(diǎn)

1）通過(guò)檢測(cè)分析，釩鈦鐵精礦的主要成分為鈦磁鐵礦，其次還含有鈦鐵礦；鐵精礦中的雜質(zhì)礦物主要為輝石、斜長(zhǎng)石、橄欖石等脈石和磁黃鐵礦、黃鐵礦等硫化物，鈦、硅、鋁、鈣、鎂等為主要排除對(duì)象。

2）釩鈦鐵精礦中的鈦磁鐵礦含有少量的溶質(zhì)組分形成的客晶礦物，即鈦鐵晶石、鈦鐵礦、鎂鋁尖晶石，這些礦物以固溶體微細(xì)顆粒、細(xì)小片晶賦存于鈦磁鐵礦中，鈦、鋁、鎂、釩、鉻等元素以類(lèi)質(zhì)同象的形式存在，解離十分困難，是影響釩鈦鐵精礦理論品位的主要原因；同時(shí)，鈦磁鐵礦中以文象狀、片晶狀0.5～5 μm 鈦鐵礦和鈦鐵晶石形成的鈦鐵礦類(lèi)礦物因其粒度太細(xì)無(wú)法單體解離，難以回收，導(dǎo)致鐵精礦提質(zhì)降雜難度加大。

3）釩鈦鐵精礦中的雜質(zhì)礦物單體解離度較低，可通過(guò)細(xì)磨深選降低其在精礦中的含量，以達(dá)到提高鐵精礦品位的目的，但在細(xì)磨條件下，礦石中各種礦物的粒度非常細(xì)，甚至有泥化現(xiàn)象產(chǎn)生，如何實(shí)現(xiàn)有用礦物與脈石礦物有效分離，對(duì)工藝技術(shù)和設(shè)備的選擇提出了更高的要求。

2 試驗(yàn)方案

通過(guò)工藝礦物學(xué)研究，對(duì)于白馬釩鈦鐵精礦最直接的方法是通過(guò)對(duì)鐵精礦的進(jìn)一步細(xì)磨，使精礦中的脈石礦物單體解離，利用其磁性差異進(jìn)行分離，以達(dá)到提高釩鈦鐵精礦品位的目的。同時(shí)，本研究針對(duì)的是選礦廠生產(chǎn)的最終釩鈦磁鐵精礦，根據(jù)礦石性質(zhì)特點(diǎn)，鈦鐵礦為弱磁性礦物，在利用磁選流程選別鐵精礦的過(guò)程中，大量的鈦鐵礦都已進(jìn)入尾礦，對(duì)鈦鐵礦的回收不會(huì)產(chǎn)生影響。

因此，試驗(yàn)方案擬定采用“磨礦-磁選”和“磨礦-浮選-磁選”原則流程開(kāi)展試驗(yàn)研究工作，磨礦設(shè)備為XMQ-240×90 錐形球磨機(jī)，磁選設(shè)備為?300 濕式鼓型電磁選機(jī)，分級(jí)設(shè)備為圓振篩，浮選設(shè)備為XFD 型1 L 單槽式浮選機(jī)。

3 釩鈦磁鐵礦提質(zhì)降雜試驗(yàn)研究

3.1 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1.1 細(xì)磨深選試驗(yàn)

針對(duì)釩鈦鐵精礦雜質(zhì)礦物單體解離度不高的實(shí)際，采用細(xì)磨深選技術(shù)路線在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)將該鐵精礦進(jìn)行細(xì)磨，采用磁選法進(jìn)行選別回收，磁場(chǎng)強(qiáng)度通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)確定為108 kA/m。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 釩鈦鐵精礦細(xì)磨深選試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Test results of fine grinding and deep dressing of V-Ti-Fe concentrate %

可見(jiàn)，隨著磨礦細(xì)度的增加，鐵精礦品位也逐漸提高，最高可達(dá)59.24%，但精礦回收率也隨之下降；當(dāng)磨礦細(xì)度達(dá)到?200 目（74 μm）95%左右，一次弱磁選鐵精礦品位達(dá)到58.32%，回收率達(dá)到98.02%，說(shuō)明細(xì)磨深選可以提高釩鈦鐵精礦品位。

3.1.2 粗細(xì)分選試驗(yàn)

根據(jù)釩鈦鐵精礦粒度分析結(jié)果，其+200 目（74 μm）鐵品位較低，而?200 目（74 μm）鐵品位較高，試驗(yàn)以200 目（74 μm）為分級(jí)粒度對(duì)鐵精礦進(jìn)行分級(jí)，+200 目（74 μm）再磨磁選，?200 目（74 μm）直接進(jìn)行精磁選，考察粗細(xì)分選的效果，粗粒級(jí)的磨礦細(xì)度確定為?200 目（74 μm）95%左右；磁場(chǎng)強(qiáng)度通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)確定，粗粒部分磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為108 kA/m，細(xì)粒部分磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為116 kA/m。粗細(xì)分選試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 釩鈦鐵精礦粗細(xì)分別分選試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Experimental results of separation of coarse and fine V-Ti-Fe concentrate

釩鈦鐵精礦采用粗細(xì)分選磁選工藝能獲得品位為58.93%的鐵精礦，回收率為97.17%，與細(xì)磨深選試驗(yàn)結(jié)果相比，在相同的磨礦細(xì)度下，精礦品位略高，但回收相對(duì)低一些，總體效果相差不大。

3.1.3 浮選試驗(yàn)

從試驗(yàn)原料工藝礦物學(xué)研究結(jié)果可知，釩鈦鐵精礦中含有一定數(shù)量的硫化物（主要為磁黃鐵礦、黃鐵礦），其礦物含量為1.13%，致使鐵精礦S 含量較高，采用浮選方法進(jìn)行除硫試驗(yàn)，考察浮選降硫的效果。通過(guò)探索試驗(yàn)，最終確定的單一浮選原則流程及藥劑制度見(jiàn)圖1。浮選試驗(yàn)結(jié)果表8。

圖1 釩鈦鐵精礦單一浮選工藝試驗(yàn)原則流程Fig.1 Experimental principle flow chart of single flotation process for V-Ti-Fe concentrate

表8 釩鈦鐵精礦單一浮選試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Results of single flotation test for V-Ti-Fe concentrate %

單一浮選試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于釩鈦鐵精礦，采用單一浮選工藝能有效降低鐵精礦中的S 含量，鐵精礦品位約提高0.5 個(gè)百分點(diǎn)，但回收率損失較大。

3.1.4 浮選-磁選聯(lián)合工藝試驗(yàn)

在單一選別工藝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)釩鈦鐵精礦的特性，進(jìn)行了浮選+磁選的聯(lián)合工藝試驗(yàn)，分別進(jìn)行了浮選-磁選工藝和磁選-浮選工藝試驗(yàn)，其試驗(yàn)技術(shù)參數(shù)和藥劑與單一選別試驗(yàn)相同。試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表9 和表10。

表9 釩鈦鐵精礦浮選?磁選工藝試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Experimental results of floatation-magnetic process for V-Ti-Fe concentrate %

聯(lián)合試驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)論是浮選-磁選還是磁選-浮選聯(lián)合工藝均能提高釩鈦鐵精礦品位，但精礦回收率都不同程度的下降。

實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)表明：對(duì)白馬釩鈦鐵精礦進(jìn)一步細(xì)磨，提高單體解離度，各技術(shù)路線均能有效提高鐵精礦品位。深磨細(xì)選流程簡(jiǎn)單、指標(biāo)最好，容易在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，其它流程也能提高鐵精礦品位，但鐵精礦回收率不同程度的降低，流程相對(duì)復(fù)雜一些，現(xiàn)場(chǎng)改造難度也要大一些。

3.2 工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果及分析

為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果及獲得的工業(yè)應(yīng)用指標(biāo)，采用深磨細(xì)選流程在白馬礦區(qū)某選礦廠進(jìn)行了鐵精礦提質(zhì)降雜工業(yè)試驗(yàn)，在不改變前段磨選工藝的前提下，利用二期生產(chǎn)線管道輸送前端的塔磨機(jī)礦漿制備系統(tǒng)，采用塔磨機(jī)對(duì)鐵精礦進(jìn)行細(xì)磨，高頻細(xì)篩分級(jí)后進(jìn)行磁選，以考查其提質(zhì)降雜指標(biāo)。工業(yè)試驗(yàn)原則流程見(jiàn)圖2。

圖2 工業(yè)試驗(yàn)原則流程Fig.2 Principal flow chart of industrial test

3.2.1 鐵精礦品位與處理量的關(guān)系

通過(guò)試驗(yàn)獲得不同提質(zhì)鐵精礦品位與塔磨機(jī)處理量的關(guān)系見(jiàn)表11。

從表11 可看出，隨著處理量的降低，鐵精礦品位逐漸提高；當(dāng)鐵精礦品位由57.12%提高到58.94%時(shí)，處理量降低幅度較大，說(shuō)明采用細(xì)磨深選工藝能有效提高鐵精礦品位，但處理能力下降。

表11 不同提質(zhì)鐵精礦品位與處理量的關(guān)系Table 11 Relationship between grade and treatment capacity of iron concentrate with different quality improvement

3.2.2 鐵精礦品位與粒度的關(guān)系

不同提質(zhì)鐵精礦品位與粒度的關(guān)系見(jiàn)表12。

表12 不同提質(zhì)鐵精礦品位與鐵精礦粒度的關(guān)系Table 12 Relationship between grade and particle size of iron concentrate %

從表12 可看出，隨著磨礦細(xì)度增加，鐵精礦品位逐漸提高；當(dāng)鐵精礦粒度達(dá)?325 目（45 μm）含量95%且?400 目（37 μm）含量93%以上時(shí)，鐵精礦品位提高幅度不大、走勢(shì)趨于平緩，表明在現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備條件下，鐵精礦品位能提高到約59%。

3.2.3 提質(zhì)鐵精礦的多元素對(duì)比分析

為了解釩鈦鐵精礦提質(zhì)前后化學(xué)多元素變化情況，將提質(zhì)品位為59%的最高指標(biāo)的鐵精礦和提質(zhì)后的鐵精礦進(jìn)行化學(xué)多元素檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表13。

表13 提質(zhì)前后鐵精礦多元素對(duì)比分析結(jié)果Table 13 Comparative analysis of multi-elements of iron concentrate before and after upgrading %

從表13 可看出，提質(zhì)后鐵精礦中TFe 品位有大幅提高，TiO2和V2O5品位略有增加，CaO、MgO、Al2O3、SiO2和S 品位均有下降，而含量下降最多的是SiO2，由4.18% 下降到2.00%，下降2.18 個(gè)百分點(diǎn)，說(shuō)明細(xì)磨深選提質(zhì)降雜工藝能有效降低脈石礦物含量，但鐵精礦中的TiO2沒(méi)有降低，需要進(jìn)一步深入研究。

4 提質(zhì)降雜工業(yè)實(shí)踐

在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，該選礦廠進(jìn)行了提高鐵精礦品位的工業(yè)應(yīng)用。首先在二期產(chǎn)線新建了塔磨機(jī)+高頻細(xì)篩+磁選提質(zhì)生產(chǎn)線，將二期生產(chǎn)的品位為55%的鐵精礦進(jìn)入提質(zhì)系統(tǒng)再磨再選，將品位提高至57%；二期實(shí)現(xiàn)提質(zhì)后，針對(duì)一期工藝流程的缺陷和鐵精礦品位不足54%的問(wèn)題，對(duì)一期工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化改造，主要優(yōu)化一期二段磨礦系統(tǒng)，增加了磨礦細(xì)度，將一期鐵精礦品位提高到55%，再進(jìn)入現(xiàn)有塔磨機(jī)提質(zhì)生產(chǎn)線將一期鐵精礦品位提高到57%以上，目前已完成一個(gè)系列的改造，預(yù)計(jì)一期全部系列改造完畢后，該選礦廠鐵精礦品位能達(dá)到57%以上，有效地提高冶煉系統(tǒng)高品位釩鈦鐵精礦的保供能力，為攀西地區(qū)釩鈦鐵精礦的提質(zhì)降雜提供技術(shù)示范。

5 結(jié)語(yǔ)

1）白馬釩鈦鐵精礦主要含鐵礦物是鈦磁鐵礦，鈦、硅、鋁、鈣、鎂等為主要排除對(duì)象。

2）鈦磁鐵礦中存在著客晶礦物，即鈦鐵晶石、鈦鐵礦、鎂鋁尖晶石等。其鈦、釩、鉻、鋁等以類(lèi)質(zhì)同相形式存在于磁鐵礦中，由于這部分雜質(zhì)通過(guò)選礦無(wú)法剔除，影響了鐵精礦理論品位，導(dǎo)致鈦磁鐵礦精礦品位相對(duì)普通鐵礦偏低，也是釩鈦鐵精礦品位難以提高的主要原因。

3）白馬釩鈦鐵精礦通過(guò)提高磨礦細(xì)度進(jìn)行深度選別，可以進(jìn)一步提高其鐵精礦品位，在白馬礦區(qū)某選礦廠工業(yè)實(shí)踐，釩鈦鐵精礦品位由55% 提升至57%。

4）細(xì)磨深選提質(zhì)降雜工藝能有效降低脈石礦物含量，但對(duì)降低鐵精礦中的TiO2效果不明顯，如何降低釩鈦鐵精礦中TiO2含量需要進(jìn)一步深入研究。