鈦精礦重選分離含硅物相影響因素研究

2021-07-13 00:40:14林銀河李京偉程相魁黃曉麗

硅酸鹽通報 2021年6期

林銀河，李京偉，王哲，唐勇，程相魁，黃曉麗

(1.宜賓學院材料與化學工程學部，宜賓 644000；2.合肥工業大學材料科學與工程學院，合肥 230009；3.北京科技大學鋼鐵冶金新技術國家重點實驗室，北京 100083；4.宜賓天原集團股份有限公司研究院，宜賓 644007；5.攀枝花學院國際釩鈦研究院，攀枝花 617000；6.攀枝花市科技發展戰略研究所，攀枝花 617000)

0 引言

我國鈦資源豐富，儲量約占世界鈦儲量的48%，但95%以上的資源賦存都是低品質共生型巖礦，其中攀西地區鈦資源儲量占全國90%以上[1]，但其硅鈣鎂雜質含量高達10%(質量分數)以上，難以被直接用于高端鈦產業。研究發現在攀西鈦鐵礦制備氯化富鈦料的制約因素中，二氧化硅主要是以硅酸鹽脈石礦物的形式賦存，并與鈦鐵礦伴生分布[2]，SiO2含量偏高是造成攀西鈦渣升級難的“核心”問題。如何降低鈦鐵礦中二氧化硅的含量是目前研究的一個熱點和難點。

目前針對鈦鐵礦的分離主要采用的手段有磁選[3-4]、浮選[5-6]、重選[7]、重選-磁選-浮選聯合工藝[8]等，其中磁選主要是針對鈦鐵礦中含磁性物質的去除，二氧化硅本身無磁性，所以磁選技術不適用于硅相的去除[9]。浮選作為一種礦物分選工藝被廣泛應用，其中活化劑主要是增強礦物表面金屬質點的活性，而抑制劑則主要是在脈石礦物表面生成某種選擇性的膠體從而達到阻隔捕收劑與脈石礦物反應的目的[10]。舒超等[11]采用ZF-02捕收劑，硫酸和草酸分別作為調整劑和抑制劑，經“一粗一掃三精”的閉路工藝流程，獲得的鈦精礦中TiO2回收率可達89.73%。湯優優等[12]采用“弱磁-強磁-浮選”工藝，以FA-01捕收劑對細粒級鈦鐵礦浮選回收，研究發現在弱堿性體系下，鈦精礦中TiO2回收率可達54.63%。但是由于伴生礦相與鈦鐵礦相表面化學性質相近，使藥劑作用的選擇性差[13]，因此對二氧化硅去除能力的提高還有一定的局限性[14]。重力分選因成本低、環境污染少等，被廣泛應用于礦物的分選。重選法可以利用不同礦相顆粒粒徑和密度差異的特點，實現鈦鐵礦物料的精選，但是對二氧化硅相去除規律的研究相對較少。本文以鈦精礦為原料，通過研究不同重選因素下SiO2含量及TiO2回收率的變化規律，降低SiO2含量，提高鈦精礦的品位。

1 實驗

1.1 試驗原理

搖床重力分選[15-16]是利用床面的機械搖動和橫向水流的聯合沖洗，通過斜面水流的作用及搖床的往復運動，礦物顆粒在床面上產生彌散和分層現象，使礦物顆粒按其密度和粒徑的不同沿不同方向運動，從而在床面的不同部位沉積，實現不同組分礦相顆粒分離。

1.2 試驗方法

以攀西地區預處理過的鈦精礦為原料，具體成分見表1。取礦樣300 g置于棒磨機(型號XMB-Φ240×300)中，磨礦濃度為50.0%(質量分數)，轉速為300 r/min，磨礦時間分別設置為0 min、1 min、2 min、4 min、6 min、8 min；然后將研磨之后不同粒徑分布的礦粉置于選礦搖床(型號LY-1100)中，沖程分別設置為15 mm、18 mm、21 mm、24 mm，沖次為150 times/min，試驗流程見圖1。

圖1 搖床重選試驗流程圖Fig.1 Flow chart of gravity concentration treatment

表1 礦樣化學成分分析結果Table 1 Chemical composition in the raw material

2 結果與討論

2.1 磨礦時間對礦粉粒徑分布的影響

圖2為粒徑(-200目)分布與磨礦時間的關系曲線，由圖可知，隨著磨礦時間的增加，-200目鈦精礦占比逐漸增加。當研磨時間為0 min時，-200目鈦精礦的占比為40.0%(質量分數，下同)；當研磨時間為4 min時，-200目鈦精礦的占比為80.0%；當研磨時間為8 min時，-200目鈦精礦的占比為83.0%；隨著研磨時間的繼續增加，-200目鈦精礦占比的增加量逐漸減小，從礦物本身的物化性質看，該礦石屬于中等硬度礦石，因此隨著研磨時間的延長，棒磨機的磨礦效率銳減，棒磨機的磨損程度也會增加，因此綜合考慮研磨時間8 min為宜。

圖2 粒徑(-200目)分布與磨礦時間的關系曲線Fig.2 Relationship between the particles (-200 mesh)distribution and grinding time

2.2 沖程對重選分離的影響

沖程作為決定床面運動速度和加速度的關鍵因素，對礦物的粒徑分布會產生顯著影響[17]。圖3為SiO2/TiO2與搖床沖程的關系，由圖可知，隨著沖程的增大，SiO2品位和TiO2回收率均呈逐漸增大的趨勢。當沖程為15 mm時，SiO2的品位由2.46%(質量分數，下同)降低至1.07%，去除率為56.50%，TiO2的回收率為38.60%。當沖程為18 mm時，SiO2的品位由2.47%降低至1.42%，去除率為42.51%，TiO2的回收率為50.30%；當沖程為24 mm時，SiO2的品位由2.55%降低至1.62%，去除率為36.47%，TiO2的回收率為53.23%；通過沖程結果的對比分析可知，沖程越小，越有利于SiO2含量的降低，但是沖程越小，TiO2的回收率則越小。從提高鈦精礦純度的角度，沖程越小越好；從回收率的角度，沖程越大則越好。以上結果表明搖床的沖程對鈦鐵礦與脈石礦物的分離有一定的影響，從反應動力學的角度，沖程增大，水流的垂直分速以及由此產生的上浮力也增大[16]，保證較粗較重的顆粒能夠松散，從而有利于鈦精礦料的富集。

圖3 SiO2/TiO2與搖床沖程的關系Fig.3 Relationship between the SiO2/TiO2and shaker stroke

2.3 顆粒粒徑分布對重選效果的影響

圖4為不同粒徑組分占比條件下鈦精礦重選后的產率，通過對比分析可知，隨著-200目顆粒占比的增大，重選處理后鈦精礦的產率顯著減小，相應的中礦和尾礦的產率增大。當-200目顆粒占比70.5%時，鈦精礦的產率為48.25%；而當-200目顆粒占比85.5%時，鈦精礦的產率為14.64%，產率降低了69.66%。從產率的角度，細粒徑占比越小，鈦精礦的產率越高，顆粒粒徑占比70.5%時，鈦精礦的產率最高。隨著-200目顆粒占比的增加，中礦的產率遠遠高于鈦精礦和尾礦。

圖4 不同粒徑組分下各組分的產率Fig.4 Yield of each component under differentparticle proportions

圖5為不同粒徑組分占比下TiO2的品位，由圖可知，經過重選分離，TiO2品位產生顯著的梯度分布，鈦精礦>中礦>尾礦。相較于原礦，鈦精礦中TiO2的品位顯著提升。當-200目顆粒占比70.5%時，鈦精礦中TiO2的品位由48.48%增加到49.21%，增長率為1.50%；當-200目顆粒占比85.5%時，鈦精礦中TiO2的品位由48.28%增加到50.32%，增長率為4.23%。通過以上結果表明,當-200目顆粒占比85.5%時，重選對TiO2的品位提升效果最好。

圖5 不同粒徑組分下TiO2品位Fig.5 TiO2 content under different particle proportions

圖6為不同粒徑組分占比時SiO2的品位，由圖可知，經過重選分離，SiO2品位產生顯著的梯度分布，鈦精礦<中礦<尾礦。相較于原礦，鈦精礦中SiO2的品位顯著降低。當-200目顆粒占比70.5%時，鈦精礦中SiO2的含量由2.47%減小到1.55%，去除率為37.25%；當-200目顆粒占比85.5%時，鈦精礦中SiO2的含量由2.58%減小到0.93%，去除率為63.95%。通過以上結果表明，給礦粒度組成對搖床分選效果有較大影響，給礦粒度組成越窄，搖床重力分選效果越好[18]。當-200目顆粒占比85.5%時，重選后SiO2的含量最低可降至0.93%。

圖6 不同粒徑組分下SiO2品位Fig.6 SiO2 content under different particle proportions

圖7為不同粒徑組分占比時TiO2的品位和回收率，由圖可知，隨著-200目顆粒占比的增加，TiO2品位逐漸增加，而TiO2的回收率呈逐漸減小的趨勢。當-200目顆粒占比為70.5%時，TiO2的回收率為48.97%；而當-200目顆粒占比為85.5%時，TiO2的回收率為15.26%；兩者相差了33.72%。因此從回收率的角度，細粒徑的顆粒占比越少，越有利于提高TiO2的回收率。