莫桑比克某鋯英石磁電選礦工藝研究①

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(zé)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(dú)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(gè)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(chǔ)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(chǔ)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(duì)粗選得到的重砂粗精礦采用磁選-電選聯(lián)合工藝進(jìn)行鋯英石精選，取得了較好的試驗(yàn)指標(biāo)。

1 礦石性質(zhì)

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(dú)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(xì)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(xì)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?jǐn)?shù))/%

表2 原礦中主要礦物組成及含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)方案

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(xì)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)行鋯英石的精選。

2.2 粗選試驗(yàn)

粗選方案是控制海濱砂礦項(xiàng)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(qiáng)磁性礦物，濕式中磁選試驗(yàn)?zāi)康臑楸M可能多地選出合格的鈦鐵礦精礦，同時(shí)減輕后續(xù)重選和磁電選工藝流程的負(fù)擔(dān)。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(yùn)行成本低等突出優(yōu)點(diǎn)。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(diǎn)，其主要缺點(diǎn)是占地面積大、耗水量大和單機(jī)處理能力低。粗選試驗(yàn)流程如圖1 所示，粗選試驗(yàn)結(jié)果見表3。

圖1 粗選試驗(yàn)流程

表3 粗選試驗(yàn)結(jié)果

從表3 結(jié)果可知：

1）通過粗選試驗(yàn)（磁選-重選）可獲得用于分選一級(jí)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(dú)居石和金紅石等礦物。

2）粗選還可獲得用于分選次級(jí)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(dú)居石和金紅石等礦物。

2.3 精選試驗(yàn)

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(yùn)行和維護(hù)成本低、性能穩(wěn)定、處理量大和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。電選設(shè)備采用長沙礦冶研究院研制的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的YD 圓筒電選機(jī)、CRIMM 篩板電選機(jī)和弧板電選機(jī)，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(yàn)的給料中含有鋯英石、鈦鐵礦、金紅石和獨(dú)居石等礦物，其中鈦鐵礦為中等磁性、導(dǎo)體礦物，獨(dú)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(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了選鋯全流程開路試驗(yàn)，搖床精礦和搖床中礦磁電選鋯試驗(yàn)流程如圖2 所示，試驗(yàn)結(jié)果分別見表4 和表5。

圖2 磁-電精選試驗(yàn)流程

表4 搖床精礦磁-電選試驗(yàn)結(jié)果

表5 搖床中礦磁-電選試驗(yàn)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(yàn)，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(dá)到國家一級(jí)鋯英石精礦的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求；搖床中礦經(jīng)過磁-電選精選試驗(yàn)，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(dá)到國家三級(jí)鋯英石精礦的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。鋯英石精礦中ZrO2綜合回收率達(dá)到76.08%。搖床中礦經(jīng)磁-電選精選后所得精礦ZrO2品位未達(dá)到一級(jí)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(shí)要精細(xì)化操作，盡可能減少進(jìn)入搖床中礦的脈石含量。

3 結(jié) 語

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(yàn)，獲得的一級(jí)鋯英石精礦ZrO2品位65.56%、回收率41.86%；選出的三級(jí)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(dá)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(yàn)指標(biāo)。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。