埃及某海濱砂礦選礦試驗研究*

彭少偉 王 前 王兆連 劉風亮 盧 昊王世華 竇海濤 魏守江 李永昊

(1 山東華特磁電科技股份有限公司 山東 濰坊 262600)

(2 山東省級磁力應用技術裝備重點實驗室 山東 濰坊 262600)

隨著陸地礦石資源的日益減少,人們越來越重視海底資源的開發與利用,特別是近年來針對海濱砂礦的開發,越來越受到各個國家的重視。海濱砂礦是指在海濱地帶的河流、波浪、潮汐和海流作用下,使砂質沉積物中的重要礦物碎屑富集而形成的礦床[1]。它既包括現處在海濱地帶的砂礦,也包括在地質時期形成的海濱因海面上升或海岸下降而處在海面以下的砂礦[2]。鈦鐵礦和金紅石是冶煉金屬鈦、制造鈦白粉及電焊條、焊藥等的重要原料;鋯英石主要用于耐火材料、陶瓷、玻璃、鑄造行業。埃及海濱砂礦礦床中的鈦鐵礦與鋯英石資源儲量較大。筆者以埃及某海濱砂礦為研究對象,進行選礦工藝試驗研究,采用分級—重選—弱磁—中磁—強磁—中礦再磨再選等聯合選礦工藝流程,使含鐵、鈦、鋯等礦物得到了有效的分選。

1 原礦性質

1.1 化學成分分析

試驗用樣為埃及某海濱砂礦,其化學多元素分析結果見表1。

表1 原礦化學多元素分析結果(質量%)

從表1分析可知,砂礦中有價金屬主要為鈦和少量磁性鐵;有價非金屬主要為鋯,其中REO、Sn、V2O5等含量較低;脈石礦物主要由SiO2、Al2O3、Mg O、Na2O、K2O、CaO 組成,有害元素S、P 的含量較低。總體而言,該礦屬于低硫、磷,高硅、鐵、鈦、鋯的海濱砂礦,具有較高的選礦價值。

1.2 礦物組成及物相分析

海濱砂礦礦物組成相對較為簡單,主要金屬礦物為鈦鐵礦、金紅石、鈦磁鐵礦,還有少量的榍石、鈣鈦礦、獨居石、赤鐵礦、褐鐵礦等。主要非金屬礦物為石英、鋯英石、長石、輝石、角閃石、綠簾石、石榴石等。原礦鈦礦物相分析結果如表2所示。

表2 原礦鈦礦物相分析結果

從表2鈦物相分析可知,含鈦礦物主要以鈦鐵礦為主,含量為16.41%,其次為金紅石,其含量較低為0.67%。鈦鐵礦具有弱磁性,純的金紅石無磁性,金紅石常混入鐵、鉭、鈮、鉻等氧化物而具有弱磁性,兩種含鈦礦物的分布率合計為92.98%。這是砂礦中選礦富集鈦礦物時TiO2的最大理論回收率,其他含鈦礦物存在含量低、無磁性、細粒包裹、類質同象等問題,無法有效綜合回收。

1.3 原礦粒度分析

筆者對試驗原礦進行了粒度分析,結果見表3。

表3 原礦粒度分析結果

從表3可以看出,TiO2和Zr O2在粗粒級中含量較低,在細粒級中含量較高。其中+0.54 mm 粗粒中鈦和鋯的含量遠低于原礦,大部分呈連生體、包裹體賦存;-0.54 mm 細粒中鈦和鋯的單體解離度較好。依據原礦粒級不均勻分布的特點,可采用篩分去除粗砂的方法富集含鈦、鋯礦物,在提高入選品位的同時可增加生產處理量。

2 選礦試驗

2.1 驗方案確定

海濱砂礦顆粒均勻,呈渾圓狀,有用礦物大部分已單體解離。重礦物主要有磁鐵礦、鈦磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯英石、金紅石、獨居石、錫石等;輕礦物主要有石英、長石、輝石、角閃石、綠簾石、石榴石等[3]。磁鐵礦、釩鈦磁鐵礦、鈦鐵礦、獨居石等礦物具有磁性,含鐵、鉭、鈮的金紅石也具有弱磁性,金紅石、鋯英石等礦物密度較大;金紅石、鈦鐵礦、磁鐵礦等礦物具有導電性。各礦物間存在密度、比磁化率、電導率、可浮性等差異,海濱砂礦多采用重選、磁選和電選工藝,有時也采用浮選工藝[4]。

依據原礦多元素分析、礦物組成、物相分析、粒度分析等結果確定,該海濱砂礦應采用篩分粗砂—重選除砂—弱磁選鐵—中磁鈦鋯分選+鈦礦精選—強磁鋯精提純—中礦再磨再選的選礦試驗流程,從而選出合格的磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯英石等精礦產品。

2.2 分級—重選試驗

+0.54 mm 粗粒砂中主要礦物為石英、長石等脈石礦物,含鐵、鈦、鋯礦物的占比較低,可采用篩分方式提前去除粗砂;-0.54 mm 細粒砂中主要脈石礦物有石英、長石、輝石、角閃石、石榴石等。這些脈石礦物與磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯英石、金紅石等礦物的密度差異較大,可采用重選方式進行分選[5]。原礦經30目(+0.54 mm)篩分粗砂,-30目(-0.54 mm)篩下產品經螺旋溜槽重選除砂,其試驗流程見圖1,試驗結果分別見表4和表5。

圖1 分級—重選除砂試驗流程

從表4 可以看出,原礦經30 目分級產出產率為17.32%的粗粒砂,鈦、鋯含量均較低,主要為連生體或包裹體;細粒產品中的鈦和鋯品位分別提高了3.45%和4.03%,回收率分別為98.15%和98.18%,分級試驗效果十分明顯。

表4 篩分試驗結果

從表5可以看出,篩分工藝可提前去除低品質粗粒砂質,細砂經螺旋溜槽重選流程可將大部分密度相對較小的石英、長石、輝石、角閃石、綠簾石、石榴石及部分細粒氧化鐵、鈦礦物提前去除。主要有價礦物鈦和鋯的含量由原礦的18.43%、21.48%分別提高至26.76%、31.06%,回收率分別為96.47%和96.04%。篩分+重選預先拋尾工藝流程,對于此類海濱砂礦可以有效地提高入選品位及生產處理量,大幅度地降低生產成本[5]。

表5 篩分+重選試驗結果

2.3 弱磁選鐵試驗

由礦物組成和鈦物相分析可知,海砂中含有少量強磁性的磁鐵礦和鈦磁鐵礦,應采用弱磁方式預先選出,可以提高經濟效益與后續鈦、鋯的選礦指標。螺旋溜槽選出的重礦物經筒式磁選機后,做不同磁場強度選鐵對比試驗,流程為一次磁選。其試驗結果見表6。

從表6可以看出,精礦中全鐵TFe品位分別為60.82%、60.57%,兩種磁選條件的鐵精礦品位與鈦、鋯的含量均相近。隨著磁場強度的增加,磁尾中的鐵含量逐步降低,鈦與鋯的含量逐步提高。精礦中含有部分強磁性的鈦磁鐵礦,采用物理方式無法分離。綜合鐵、鈦、鋯的選礦指標與損失率,弱磁選鐵的磁磁場強度度以3000 Gs為適宜。從而可獲得產率為5.71%、TFe 品位為60.57%,含7.08%的TiO2,0.38%的V2O5磁鐵精礦產品,V2O5含量未達到0.65%的釩精礦質量標準。弱磁選鐵尾礦中主要礦物為鈦鐵礦、鋯英石、金紅石、獨居石及少量的脈石礦物。

表6 弱磁選鐵試驗結果

2.4 鈦鋯分選試驗

鈦鐵礦的密度為4.5～5.5 g/cm3,鋯英石的密度為4.4～4.8 g/cm3,這兩種礦物的密度相近,采用重選方式不能有效分選;但鈦鐵礦具有弱磁性,鋯英石純礦物無磁性,可采用磁選方式進行分選;鈦鐵礦為導體,鋯英石為非導體,可采用電選的方式分離;鈦鐵礦可在弱酸性條件下浮選,而鋯英石的浮游范圍為堿性,可采用浮選方式進行分選[7]。

從生產效益、成本、效率、環保等多方面考慮,選擇立環高梯度磁選機進行鈦與鋯分選,在30%礦漿濃度、20 Hz脈動等條件下對比不同磁磁場強度度的分選指標,流程為一次磁選。其試驗結果如表7所示。

表7 鈦鋯分選試驗結果

在立環高梯度磁選機鈦鋯分選試驗指標中,鈦精礦中鈦的品位與磁磁場強度度成反比,鈦回收率與磁磁場強度度成正比;鋯精礦中鋯的品位與磁磁場強度度成正比,回收率與磁磁場強度度成反比。低磁場強度磁選時夾帶現象較輕,鈦精礦品位較高,而鋯精礦中含鈦較多;高磁場強度磁選時夾帶現象加重,鈦精礦中含鋯增加,而鋯精礦的品質較優。其中以立環0.8 T 磁選的指標適中,可分選出品位分別為50.97%的鈦精礦和64.91%的鋯精礦兩種產品。

試驗結果說明,通過立環高梯度磁選機在合適的條件下可有效地分選密度相近的鈦鐵礦與鋯英石礦物。

2.5 鈦鐵礦精選試驗

立環高梯度磁選機選出鈦鐵精礦中的雜質主要為連生體狀態賦存或磁選夾帶的鋯英石及少量磁性相近的氧化鐵礦物,需要通過磁選方式去除這部分礦物雜質,從而選出高品質的鈦鐵精礦產品來提高經濟效益。

選擇立環高梯度磁選機、干式磁選機等設備進行干、濕法鈦精選對比試驗,其中立環條件為降低磁場強度和增加脈動;干選機為常規40 Hz筒體轉速,流程均為一次選別。鈦精選試驗結果見表8。

表8 鈦鋯分選試驗結果

從表8可以看出,兩種條件精選所得的鈦精礦中TiO2品位分別為52.86%、52.84%,均達到52%的一級品質量標準,鈦回收率以立環0.6 T 條件時為最高的99.10%。

立環高梯度磁選機在介質、脈動、磁場強度、濃度等方面可適當調整,在選礦指標、工作效率、生產成本、設備維護、處理能力等方面具有較為明顯的優勢,適合于中弱磁性礦物規模化的選別,可以選出高品質的鈦鐵精礦產品。在鏡下觀測,鈦精礦含有部分具弱磁性的金紅石;尾礦中含鈦、鋯礦物基本上呈連生體和包裹體狀態,礦物互含率較高,可以采用磨礦再選工藝綜合回收。

2.6 鋯英石強磁除雜提純試驗

立環鈦鋯分選產出的鋯精礦中含有少量的鈦鐵礦、金紅石、獨居石、石榴石等與鋯英石密度相近的礦物,采用重選方式提純的效果較差。這部分雜質礦物大部分具弱磁性,可以采用高磁場強度的磁選方式去除。選擇立環高梯度磁選機磁磁場強度度分別為1.4 T、1.7 T 兩種條件進行強磁除雜對比試驗,脈動為5 Hz,流程為一次磁選。其試驗結果見表9。

表9 鈦鋯分選試驗結果

從表9可以看出,立環1.4 T 磁場強度所得鋯精礦中Zr O2品位達到65.28%,鈦含量為0.86%,達到二級品質量標準。立環1.7 T 磁場強度所得鋯精礦Zr O2品位為65.76%,鈦含量為0.46%,達到一級品質量標準。磁性物中所含鋯與鈦品位均較高,在鏡下觀測基本上呈連生及包裹體狀態賦存,可以采用磨礦再選工藝綜合回收。

2.7 混合中礦再磨再選試驗

鈦和鋯精選產生的中礦粒度較粗,鈦和鋯品位較高,基本上為呈連生或包裹體賦存,需細磨礦使其達到充分單體解離后再通過重選+磁選地方式進行回收。將混合中礦再磨礦至-300目92.50%,經過螺旋溜槽重選拋去部分低密度的雜質礦物,再采用立環0.6 T磁場強度進行鈦鐵礦與鋯英石的分選。其試驗結果見表10。

表10 鈦鋯分選試驗結果

鈦鐵礦和鋯英石兩種中礦合并磨礦后經溜槽重選+立環分選工藝,可產出品位50.16%的鈦精礦和品位60.47%的鋯精礦產品,提高了有價金屬的回收率,這兩種產品可分別并入精礦中。

2.8 全流程試驗

在各條件試驗基礎上對埃及某海濱砂礦進行鐵、鈦、鋯有價礦物綜合選礦全流程試驗:原礦經30目篩去粗砂—細砂經螺旋溜槽重選去除低密度脈石礦物—溜槽重礦物經3 000 Gs筒式磁選機選磁鐵礦—磁尾經0.8 T 立環粗選+0.6 T 立環精選鈦鐵礦—0.8 T 立環非磁性物鋯英石經1.7 T 立環強磁除雜提純+中礦合并磨礦經溜槽+0.6 T 立環鈦鋯分選。全流程工藝見圖2;試驗結果見表11。

圖2 埃及某海濱砂礦分級、重選、磁選試驗全流程

表11 鈦鋯分選試驗結果

續表11

3 結論

(1)對不均勻分布的海濱砂礦采用篩分方式去除低品質的粗砂,細砂采用溜槽重選的方式去除密度較低的鋁硅酸鹽礦物,可大幅度地提高入選品位、增加生產處理量、降低生產成本。

(2)重礦物經弱磁選可得產率為3.78%,含7.06%的TiO2,0.38%的V2O5,TFe品位為60.53%,鐵回收率為18.80%的含釩鈦磁鐵精礦產品。

選鐵尾礦采用立環高梯度磁選機進行鈦鋯分選,再經立環進行鈦精選,與中礦再磨再選所得鈦精礦合并后,可獲得產率為29.86%,TiO2品位為52.68%,回收率為88.32%的一級品鈦鐵精礦產品。

鈦鋯分選所得鋯英石精礦以1.7 T 高磁場強度的立環高梯度磁選機強磁選提純,與中礦再磨再選所得鋯精礦合并后,可獲得產率為29.64%,品位65.58%的Zr O2,回收率為91.05%的一級品鋯英石精礦產品。(3)砂礦中V2O5、REO、Sn等元素的含量較低,故未產出釩鐵礦、獨居石、錫石等產品;大部分含鐵、鉭、鈮等類質同象具弱磁性的金紅石被強磁選入鈦鐵精礦中。