選冶聯合回收風化型釩鈦鐵礦試驗研究①

劉 超， 劉 勇， 劉牡丹， 陳志強， 呂建芳， 呂昊子

（1.廣東省科學院資源利用與稀土開發研究所，廣東 廣州 510650； 2.稀有金屬分離與綜合利用國家重點實驗室，廣東 廣州 510650； 3.廣東省礦產資源開發和綜合利用重點實驗室，廣東 廣州 510650）

我國釩、鈦資源總量豐富，分布廣泛，但資源稟賦較差，貧礦多富礦少［1-2］。 當前我國釩、鈦金屬絕大部分從原生釩鈦磁鐵礦中獲取［3］。 釩鈦磁鐵礦選礦技術較為成熟，一般通過磁選先獲得含釩磁鐵礦，再從磁選尾礦中采用重選、磁選、浮選及聯合工藝回收鈦精礦［4-6］。 風化型含釩鈦赤鐵礦中釩、鈦、鐵有價金屬含量高，是釩、鈦資源的重要補充，在俄羅斯、澳大利亞、非洲、新西蘭等地的儲量較為豐富［1，7-10］。 由于含釩赤鐵礦中鐵礦物與鈦礦物嵌布關系十分緊密，常規的選礦方法難以實現鈦、鐵分離。 隨著國內外對釩、鈦資源需求量不斷增長，加大對該類釩鈦鐵礦回收利用技術研究具有重大意義。 本文以某蝕變含釩鈦鐵礦為研究對象，開展了選冶聯合回收試驗研究，以期為同類資源的回收利用提供參考。

1 原礦性質

試驗樣品取自某釩鈦鐵礦床，選取其中代表性的礦塊制成顯微鏡光片，其他部分經破碎、混勻和篩分后，得到-2 mm 粒級作為本次試驗試樣。

原礦化學多元素分析結果見表1。 礦石中有價金屬元素鐵、釩、鈦含量較高，是主要回收對象；主要雜質元素硅、鋁，硫、磷等含量較低。

表1 礦石化學多元素分析結果（質量分數）／%

MLA 測試結果表明，試樣為深度氧化礦物，物理化學性質復雜，鐵礦物主要為赤（鈦）鐵礦、褐鐵礦及少量的磁鐵礦，釩主要賦存在鐵礦物中，鈦礦物以鈦鐵礦和蝕變鈦鐵礦為主；脈石礦物是以高嶺土為主的黏土礦物。 原礦礦物組成見表2。

表2 原礦礦物種類及含量（質量分數）／%

通過MLA 檢測和掃描電鏡觀察了礦石的嵌布狀態，發現礦石中鐵礦物與鈦礦物連生關系較為復雜，赤鐵礦、（蝕變）鈦鐵礦、褐鐵礦相互間嵌布關系十分密切。 鐵礦物中大都包含了鈦鐵礦片晶或包裹體，使鈦鐵礦物之間形成復雜不易解離的連生關系；磁赤鐵礦與鈦鐵礦連生，磁赤鐵礦中包含微細粒鈦鐵礦和鈦鐵礦片晶，呈不規則的鈦鐵礦、蝕變鈦鐵礦與褐鐵礦緊密連生。 礦石中主要脈石礦物高嶺土為松散態集合體，大部分高嶺土具非磁性或弱磁性。

2 試驗方案及試驗原理

2.1 試驗方案

原礦中鈦礦物與鐵礦物嵌布關系十分緊密，相互間比磁化系數范圍重疊，比重和可浮性接近，難以分離。 脈石礦物比磁化系數與鐵、鈦礦物差距較大，可通過磁選預選拋除脈石礦物，實現釩鈦鐵的預先富集。 對于釩鈦鐵粗精礦的提純與分離，磁化焙燒是有效的方法［11-15］。 擬采用“選礦預富集-閃速磁化焙燒-磁選-重選”工藝，分離釩、鈦、鐵。 試驗原則流程如圖1 所示。

圖1 試驗原則流程

2.2 磁化焙燒原理

赤鐵礦、褐鐵礦屬弱磁性鐵礦物，在加熱到一定溫度后，與適量的還原劑如C、CO、H2等作用，弱磁性赤鐵礦會轉變為強磁性磁鐵礦。 其中，赤鐵礦（Fe2O3）與還原劑CO 的反應為：

褐鐵礦在加熱到一定溫度后開始脫水，從而變成赤鐵礦，發生上述反應后還原成磁鐵礦。 將赤鐵礦、褐鐵礦等弱磁性鐵礦物轉化為強磁性礦物，而鈦礦物和脈石礦物磁性變化不大，便可利用弱磁選高效分離鐵礦物與鈦礦物。

3 選冶聯合試驗及結果分析

3.1 選礦預富集試驗

為了確定原礦磁選預富集合適的磨礦細度，開展了磨礦細度條件試驗。 試驗流程如圖2 所示，結果見圖3。由圖3 可見，隨著磨礦細度增加，含釩鐵精礦1 中鐵、釩品位上升，鈦含量下降，鐵、釩回收率下降；鐵釩鈦混合粗精礦品位變化較小，回收率先上升后下降，當磨礦細度為-0.075 mm 粒級占61.10%時，弱磁選可獲得鐵品位大于60%的合格含釩鐵精礦，且混合精礦回收率達到最大。 適宜的磨礦細度為-0.075 mm 粒級占61.10%。

圖2 磨礦細度試驗流程

圖3 磨礦細度條件試驗結果

3.2 閃速磁化焙燒試驗

磁選預富集得到的鐵釩鈦混合粗精礦TFe 品位49.68%、V2O5品位0.78%、TiO2品位16.53%。 對磁選預富集得到的鐵釩鈦混合粗精礦進行了閃速磁化焙燒試驗，對影響閃速焙燒的主反應爐溫度、CO 還原氣氛濃度開展了條件試驗。 將焙燒產品（焙砂）磨至-0.075 mm粒級占82.64%后在磁場強度0.35 T 條件下進行弱磁選，以弱磁選選別指標作為評價磁化焙燒效果的依據。

3.2.1 溫度試驗

赤鐵礦、褐鐵礦磁化反應主要在閃速焙燒系統主反應爐中進行，主反應爐溫度和CO 進氣口濃度通過控制煤氣量來實現。 控制主反應爐進氣口CO 濃度2%條件下，考查了主反應爐溫度對閃速磁化焙燒的影響，結果如圖4 所示。 結果表明，隨著溫度增加，磁選精礦鐵品位先增加后減小，釩、鈦品位變化不大，回收率增加，當主反應爐溫度為812 ℃時，磁選精礦鐵品位高于60%，繼續增加溫度，鐵品位大幅下降，回收率緩慢增加。 綜合考慮成本以及鐵粗精礦品級，適宜溫度為812 ℃。

圖4 主反應爐溫度試驗結果

3.2.2 還原氣氛試驗

主反應爐溫度812 ℃條件下，開展了主反應爐進氣口CO 氣氛濃度條件試驗，結果見圖5。 由圖5 可見，隨著主反應爐進氣口CO 濃度增加，磁選精礦鐵、釩品位先增加后減少，回收率增加，當CO 濃度大于1.96%時，磁選精礦釩、鐵品位和回收率均變化不大。適宜的主反應爐進氣口CO 濃度為1.96%。

圖5 CO 濃度試驗結果

3.3 焙砂弱磁選-重選試驗

鐵礦物、鈦礦物及脈石礦物之間的解離是實現鐵礦物、鈦礦物分離的基礎，再磨細度分別為-0.075 mm粒級含量63.34%、72.31%、82.64%、90.31%條件下，對磁化焙燒產品（焙砂）開展了再磨條件試驗，工藝流程見圖6，結果見圖7。 由圖7 可見，隨著磨礦細度增加，含釩鐵精礦2 中釩、鐵品位增加，回收率下降，鈦精礦品位上升，回收率下降。 當再磨細度-0.075 mm 含量大于82.64%時，含釩鐵精礦2 釩、鐵品位小幅增加，回收率大幅下降；鈦精礦品位小幅增加，回收率也大幅下降。 適宜的再磨細度為-0.075 mm 粒級占82.64%。

圖6 焙砂再磨細度條件試驗流程

圖7 再磨細度試驗結果

3.4 全流程試驗

選冶聯合全流程試驗流程如圖8 所示，試驗結果見表3。 全流程試驗取得了TFe 品位和V2O5含量分別為61.06%和1.03%、對應的回收率分別為73.12%和76.43%的含釩鐵精礦和TiO2品位50.96%、鈦回收率40.40%的鈦精礦。

圖8 選冶聯合全流程試驗流程

表3 選冶聯合全流程試驗結果

4 結 論

1） 試樣為深度氧化礦，鐵礦物與鈦礦物連生關系較為復雜，赤鐵礦、（蝕變）鈦鐵礦、褐鐵礦礦物總量約占80%，相互之間的嵌布關系十分密切，難以磨礦解離。 脈石礦物是以高嶺土為主的黏土礦物。 礦石中鈦礦物與鐵礦物的比重、比磁化系數較為接近，選礦難以實現鐵礦物與鈦礦物的分離。

2） 根據脈石礦物的比磁化系數與鐵、鈦礦物的差距較大的特征，利用磁選實現了釩鈦鐵粗精礦的預先富集。 對釩鈦鐵粗精礦進行閃速磁化焙燒，為鐵礦物與鈦礦物的磁選分離創造了有利條件。 確定試驗原則流程為：選礦預富集-閃速磁化焙燒-磁選-搖床重選。選冶工藝流程試驗取得了TFe 品位61.06%、V2O5含量1.03%，對應的回收率分別為73.12%、76.43%的含釩鐵精礦和TiO2品位50.96%、鈦回收率40.40%的鈦精礦，實現了難選風化型釩鈦鐵礦中釩、鈦、鐵的綜合回收。