承德某釩鈦磁鐵礦尾礦資源化利用技術研究

印萬忠，徐東，，楊耀輝，嚴偉平，曾小波，池冬瑞，

（1.東北大學資源與土木工程學院，遼寧 沈陽 110819；2.中國地質科學院礦產綜合利用研究所，四川 成都 610041）

釩鈦磁鐵礦是我國釩、鈦產品的主要來源，是煉鐵、提釩、生產重要的金屬鈦和制造鈦白粉的原料，在鋼鐵工業也有著不可或缺的作用。隨著我國近年來對鐵、釩、鈦等礦產品的需求量日益增加，有效的保護和綜合回收利用礦產資源具有十分重要的意義[1-3]。

承德地區的釩鈦磁鐵礦儲量大，是我國除四川攀枝花之外的另一大型釩鈦磁鐵礦礦區，礦體主要由含釩鈦的磁鐵礦、鈦鐵礦組成。隨著國內對鐵精粉需求的增長，該地區大多企業僅僅是回收釩鈦磁鐵礦中的鐵礦資源，而尾礦中常伴生有豐富的釩、鈦、磷等多種有價組分并未回收利用，不僅造成資源的極大浪費，還對環境治理帶來嚴重負擔[4-6]。故本研究針對承德某礦區含TiO22.60%、TFe 品位7.73%的選鐵尾礦中超貧鈦鐵礦資源，開展尾礦回收利用技術研究，對此類礦山的發展以及環境的治理都具有深遠的現實意義。

1 礦樣性質

礦樣取自承德某礦區釩鈦磁鐵礦尾礦庫。選取代表性試驗礦樣經XRD 衍射分析、礦物解

離分析儀（MLA）及顯微鏡下鑒定結果可知其主要金屬礦物有鈦鐵礦、鈦磁鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦及少量黃銅礦，非金屬礦物主要有輝石、橄欖石、綠泥石、黑云母、角閃石以及少量石英、磷灰石、楣石等。試驗礦樣主要化學成分分析結果見表1 , 試驗礦樣粒度組成分析結果見表2、礦物組成分析結果見表3。

表1 試驗礦樣主要化學成分/%Table 1 Main chemical composition of the ore samples

表2 試驗礦樣礦物組成Table 2 Mineral composition of the ore samples

表3 試驗礦樣粒度組成Table 3 Particle size of the ore samples

試驗礦樣主要化學成分分析結果表明，本樣品的主要金屬成分為Fe、Ti，其含量分別為TFe 7.73%和TiO22.60%，S 含量為0.29%，P 含量為0.47%，故該尾礦中TiO2是主要回收組分。

該尾礦與攀枝花選鐵尾礦相比，TiO2含量更低，且輝石、橄欖石、角閃石含量高，物質組成和性質更為復雜、難選。由表2 可知，在+0.5 mm 粒級范圍，TiO2分布率為6.18%；在-0.5+0.075 mm粒級范圍內粗、細粒級的TiO2品位都較低，TiO2分布率占總鈦量的52.11%；-0.075 mm粒級范圍內，其TiO2分布率占總鈦量的41.71%，TiO2品位相比其他粒級略高。因此，該尾礦采用單一重選或磁選難以達到預期指標。

2 試驗方案

目前國內外常用的選鈦工藝主要有粗粒重選-電選-細粒強磁-浮選工藝流程，強磁預選-浮選流程、強磁-重選流程和單一浮選等工藝流程[7-8]。單一強磁選時，弱磁性脈石礦物輝石、橄欖石、綠泥石、黑云母、角閃石等隨磁選一起進入到磁選粗精礦中，但與鈦鐵礦密度存在一定的差異，而螺旋溜槽是一種最常用的重選設備，具有結構簡單、無運動部件、占地面積小、耗水量少、處理量大等優點，廣泛應用于處理錫石、白鎢礦、金礦、鈦鐵礦、金紅石等礦物，更宜適用于處理微細粒物料，且物料分帶明顯，選別指標較高[9-11]。因此，根據該尾礦中鈦鐵礦的嵌布特征、粒度分布等特點，采用“強磁+螺旋溜槽重選”階磨階選工藝實現鈦鐵礦的預富集，再通過鈦浮選工藝流程最終以獲得合格鈦精礦指標。預富集試驗流程、鈦浮選流程分別見圖1、5。

圖1 鈦鐵礦預富集工藝流程Fig .1 Pre-accumulation process of ilmenite

3 試驗結果與分析

3.1 預富集試驗

針對該尾礦特點，利用“強磁+螺旋溜槽重選”階磨階選試驗流程對試驗礦樣進行預富集，可有效地提高鈦入浮物料中TiO2含量。試驗采用TFF-Φ900 螺旋溜槽，粗選給礦濃度為30%、精選給礦濃度為40%，其濃度誤差約為±3%；螺旋槽內沖洗水用量0.1L/S。預富集試驗流程及參數見圖1，試驗結果見表4。

表4 強磁-重選預富集試驗結果Table 4 Pre-concentration test results of high-intensity magnetic separation- heavy separation

由表4 可知，選鐵尾礦經磁選+重選預富集獲得浮選入浮物料的TiO2品位由2.60%提高至11.46%，對原礦TiO2回收率為50.49%，對原礦產率為11.67%，大大降低了后續浮選作業的處理量。入浮物料粒度組成分析結果見表5。

表5 鈦入浮物料粒度組成分析Table 5 Analysis of particle size composition of titanium floating materials

由表5 可知入浮物料中-0.074 mm 66.37%，在-0.15+0.038 mm的占比最高，該入浮物料粒度組成適中，有利于后續的浮選作業。

3.2 鈦浮選試驗

3.2.1 pH 值條件試驗

在浮選過程中礦漿的pH 值對礦物的表面電性和浮選藥劑的活性均具有很大的影響，目前鈦鐵礦浮選過程中主要采用硫酸作為礦漿pH 值調整劑。一方面可除去鈦鐵礦表面的氧化膜，起活化作用；另一方面可清洗粘附于鈦鐵礦表面的礦泥，起脫泥作用。在抑制劑EM-B 用量800 g/t，捕收劑用量1500 g/t 時，進行pH 值條件試驗，結果見圖2。

圖2 pH 值條件試驗結果Fig. 2 Condition test results of pH value

由圖2 可知，隨著pH 值升高，鈦精礦TiO2品位降低，回收率升高。綜合考慮精礦TiO2品位和回收率，確定較佳粗選pH 值4.2，此時硫酸用量為2800 g/t。

3.2.2 調整劑種類對比試驗

在鈦鐵礦浮選中除用硫酸調節合適的pH 值外，還常用水玻璃、羧甲基纖維素、草酸等抑制硅酸鹽礦物，并改善捕收劑在礦物表面的吸附作用，提高浮選過程的選擇性。本試驗對象中綠泥石含量極高，不同于傳統攀西地區釩鈦磁鐵礦，故針對性的考察了中國地質科學院礦產綜合利用研究所自行研制的EM-B、SSF 以及水玻璃三種不同種類的調整劑對鈦鐵礦浮選過程的影響，硫酸用量2800 g/t，捕收劑用量1500 g/t 時，試驗結果見圖3。

圖3 調整劑種類對比試驗Fig. 3 Comparison test of types of adjusters

由圖3 試驗結果表明，三種調整劑均能在鈦鐵礦浮選時對脈石礦物產生抑制作用，對比鈦粗精礦的品位及回收率，可知自主研發的EM-B 抑制效果優于SSF 和水玻璃，并且藥劑用量相對更低。

3.2.3 捕收劑種類對比試驗

鈦鐵礦常用的捕收劑為脂肪酸類，國外多用油酸及其鹽類，如塔爾油皂或使用捕收劑與煤油混合。針對該物料性質優選捕收劑MOH、MOS、MPF、EM-3 四種捕收劑進行對比試驗。硫酸用量2800 g/t，EM-B用量800 g/t，捕收劑用量1800 g/t時，試驗結果見圖4。

圖4 捕收劑種類對比試驗Fig .4 Comparison of types of collectors

由圖4 四種捕收劑對比試驗結果可知，MOH、EM-3 相較于MOS 和MPF 兩種捕收劑對該礦石具有較好的浮選捕收性能，同時能夠兼顧鈦粗精礦的品位，后續試驗優先選擇捕收劑EM-3作為浮鈦捕收劑。

3.2.4 浮選開路試驗

在前期條件試驗的基礎之上開展鈦浮選開路試驗。根據試驗礦樣礦物組成及性質，確定在鈦粗選前增加一段脫硫浮選，以脫除少量硫化物，同時也能減少對鈦浮選精礦指標的影響。脫硫浮選后，結合前期條件試驗的結果，采用一次粗選+五次精選流程進行鈦浮選試驗。開路試驗結果見表6。

表6 浮鈦開路試驗結果Table 6 Open-circuit test results of titanium flotation

由表6 開路試驗結果可知，在入浮物料含TiO211.25%的情況下，采用圖5 中脫硫浮選及一粗五精的開路流程和藥劑制度，可獲得鈦精礦TiO2品位46.37%，浮選作業回收率52.73%的良好指標。

3.2.5 浮選閉路試驗

結合浮選開路試驗的結果，開展了鈦浮選閉路試驗研究。為保證粗選尾礦中少量鈦組分回收充分，粗選尾礦增加一次掃選作業，并將少量掃選精礦與中礦1 一并返回粗選。試驗結果見表7，具體鈦浮選閉路流程及較佳藥劑制度見圖5。

表7 浮鈦閉路流程試驗結果Table 7 Closed-circuit test results of titanium flotation

圖5 浮鈦閉路試驗流程Fig. 5 Closed-circuit test process of titanium flotation

4 結 論

（1）承德某釩鈦磁鐵礦尾礦中鈦資源尚未回收利用，潛在利用價值可觀。該尾礦中含TiO2品位2.60%，主要金屬礦物有鈦鐵礦，脈石礦物主要有輝石、橄欖石、綠泥石、黑云母、角閃石、石英等。根據該尾礦性質，采用“磁重聯合階磨階選”預富集工藝；以及采用硫酸、EM-B 作為調整劑，EM-3 作為捕收劑，經過一次粗選、一次掃選、五次精選的鈦浮選流程，最終獲得了TiO2品位46.23%、浮選作業回收率83.25%、相對選鐵尾礦回收率42.03%的鈦鐵礦精礦產品。

（2）對該尾礦中鈦資源予以回收，不僅實現了尾礦資源化綜合利用的目標，也是對踐行礦產資源減量化利用的重要舉措。在提升企業經濟效益的同時，對于礦山的良好發展以及社會環境的治理都具有十分重要的現實意義。