新疆某低品位釩鈦磁鐵礦鐵、鈦綜合回收試驗研究

馬東林，楊耀輝，鄧 建*，嚴偉平，王洪彬

（1.新疆八鋼礦業資源有限公司,新疆 烏魯木齊 830022；2.中國地質科學院礦產綜合利用研究所,四川 成都 610041；3.自然資源部戰略性礦產綜合利用工程技術創新中心,四川 成都 610041；4.攀鋼集團礦業有限公司,四川 攀枝花 617000）

0 引言

釩鈦磁鐵礦是一種多金屬共伴生礦石，是目前鐵、鈦、釩的重要來源，通常還伴生有鈷、鎳、銅、鎵及鈧等多種具有經濟價值的有益組分，綜合利用價值極高[1-4]。釩鈦磁鐵礦是我國乃至全球重要的戰略資源，不僅可以提供社會發展必不可少的鐵資源，同時還為航天航空等提供必須的釩、鈦戰略物資，釩鈦磁鐵礦的開發利用對社會的發展具有重要的意義[5-7]。礦產資源是不可再生資源，隨著我國經濟社會的發展，我國對鐵、釩、鈦等礦產品的需求量也日益增加，釩鈦磁鐵礦產資源短缺的壓力越來越大，資源形勢日趨嚴峻[8]。尋找礦產資源接替區，提高低品位釩鈦磁鐵礦資源的開發利用技術水平，為經濟社會的發展提供良好的資源保障具有十分重要的意義[9-10]。

新疆是全國礦產資源最為豐富的省區之一，是我國重要的礦產資源接替區，其釩鈦磁鐵礦資源儲量大，具備規?；_發利用條件，主要分布在喀什地區巴楚縣、克州、哈密地區，但大多為低品位釩鈦磁鐵礦（TFe 平均品位12%～18%），估算遠景資源量超過30 億t。新疆釩鈦磁鐵礦出現在含鐵質較高的基性-超基性巖體中，屬于巖漿分異型礦床，礦石性質與攀枝花釩鈦磁鐵礦相似。隨著我國鐵、鈦資源需求的增加，為新疆釩鈦磁鐵礦資源的開發創造了良好的發展機遇和廣闊的市場前景。但其開發利用中鐵含量未達到工業品位要求，選礦比大，資源開發水平不高，生產規模不穩定，企業效益低等問題突出。若采用以往以鐵為主的開發利用方案，不僅選礦成本高且效益低，也不符合資源集約節約利用的發展要求[11-12]。對該礦的合理開發必須進行多種有益元素的綜合利用，如何加強新疆釩鈦磁鐵礦資源的選礦綜合利用水平是該礦開發利用的關鍵問題。

筆者通過對新疆某低品位釩鈦磁鐵礦礦石性質的深入分析，針對性開展了鐵、鈦綜合回收利用方案的研究，實現了該低品位礦中鐵、鈦資源的有效綜合回收，獲得了適宜的工藝流程及技術條件，選礦指標良好，為該類地區低品位釩鈦磁鐵礦的鐵、鈦資源回收提供了可靠的技術參考。

1 礦石性質

1.1 樣品化學分析

研究共計采取該地區17 t 礦樣，通過破碎、篩分、混勻制得了該地區低品位釩鈦磁鐵礦典型試驗礦樣，并對其開展樣品分析與試驗研究。

針對試驗原礦樣進行了化學多項分析，結果見表1。結果顯示，該礦石中的主要有價元素為鐵和鈦，其TFe 品位17.40%、TiO2品位7.78%，V2O5品位0.154%。礦石中SiO2、Al2O3、CaO、MgO 的含量總計為64.05%，礦石中鋁硅酸鹽類礦物含量非常高，屬于低品位鈦磁鐵礦礦石。

表1 試驗原礦化學多項分析結果Table 1 Chemical multiple analysis results of the test raw ore %

表2 原礦鐵化學物相分析結果Table 2 Chemical phase analysis results of raw iron ore %

表3 原礦鈦化學物相分析結果Table 3 Chemical phase analysis results of raw titanium ore %

1.2 樣品礦物組成與含量

通過光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡等分析測試手段，對礦石中的礦物進行了鑒定，測得其礦物組成及含量，結果如圖1、表1～3 所示。

圖1 原礦礦物組成與分布情況Fig.1 Components and minerals distribution of raw ore minerals

鐵化學物相分析結果表明，礦石中的鐵主要分布于鈦磁鐵礦中，占鐵總量的56.79%，其它類型鐵礦物含量過低，不具備開發利用價值。

鈦化學物相分析結果表明，鈦的賦存相對集中，分布于鈦鐵礦中的TiO2占總量的55.48%。部分進入鈦磁鐵礦主晶晶格；少部分分布于脈石中的TiO2進入輝石等晶格，構成類質同像的鈦。

礦石中主要金屬礦物為鈦磁鐵礦、鈦鐵礦，占比分別為18.39%和7.90%；脈石類約占73.51%，其中主要為普通輝石，礦物量約占60%，普通角閃石、礦物量約占3%，云母、礦物量約占1%等；礦石中硫化物含量較低，難以作為單獨產品利用。

1.3 樣品礦物粒度分布

礦樣中鈦磁鐵礦及鈦鐵礦粒度統計結果見表4。可見，礦石中鈦磁鐵礦顆粒整體較粗，但鈦磁鐵礦顆粒內部結構復雜，多數存在固溶體礦物鎂鋁尖晶石，部分鈦磁鐵礦中還有鈦鐵礦片晶存在，部分鈦磁鐵礦顆粒赤鐵礦化，有些顆粒嚴重赤鐵礦化。表面上看似鈦磁鐵礦顆粒粗大，但實際因為固溶體存在而使粗磨鐵精礦品位不高。除鈦磁鐵礦中微細片晶形式存在的鈦鐵礦較細外，鈦鐵礦顆?？傮w較粗。呈片晶形式嵌布的鈦鐵礦要想盡可能地回收需深度細磨，使其從鈦磁鐵礦中解離出來，部分即使細磨也難解離。

表4 鈦磁鐵礦粒度統計Table 4 Particle size statistics of titanium magnetite

1.4 開發設想與試驗方案

由礦石性質分析可以看出，礦石中主要回收的目標元素為 Fe、Ti，但該釩鈦磁鐵礦礦樣鐵、鈦品位均較低，雖然粒度整體較粗，但顆粒內部結構復雜，獲得較高品位精礦的難度較大?？紤]到有用礦物整體粒度較粗、品位較低等因素，故采用先選鐵再選鈦、階段磨礦階段選鐵、強磁預富集-浮選選鈦工藝開展 Fe、Ti 回收實驗室可行性研究。其中，弱磁選鐵采用滾筒式弱磁選機，強磁預富集采用立環高梯度強磁選機（SSS-Ⅰ-500），浮選采用掛槽式浮選機（XFG），浮選藥劑為捕收劑MOH、柴油，調整劑為硫酸、草酸、硅酸鈉、纖維素（CMC）。

2 試驗結果與討論

2.1 階段磨礦階段選鐵試驗

根據原礦化學多項分析、鐵化學物相分析和礦物分析結果可知，原礦TFe 含量低，僅17.40%，為低品位釩鈦磁鐵礦。在中低品位礦石開采利用過程中，采用階段磨選工藝，可有效節約能耗，降低生產成本。

1）一段磨選試驗

一段磨礦細度試驗結果如圖2 所示，表明隨著磨礦細度降低，一段磁選精礦回收率逐漸降低，TFe品位逐漸升高。綜合考慮一段磁選精礦TFe 品位與回收率之間的關系及階磨階選工藝的基本思路，一段磁選的磨礦細度以-0.075 mm 含量35%左右為宜。

圖2 一段磨礦細度試驗結果Fig.2 Results of grinding fineness test for the first section

在磨礦細度-0.075 mm 含量35%左右的條件下，改變濕式弱磁選機的磁場強度進行磁選磁場強度條件試驗，確定該礦石磁選的最佳場強，結果如圖3 所示。

圖3 一段弱磁選磁場強度試驗結果Fig.3 Results of magnetic field intensity test for the first weak magnetic separation

由圖3 可知，隨著磁場強度增強，一段磁選精礦TFe 品位逐漸降低，TFe 回收率呈逐漸升高趨勢。當磁場強度達到102.5 kA/m 后，選礦技術指標變化幅度極小，因此，一段磁選磁場強度大小以102.5 kA/m 為宜。

2）選鐵二段磨選試驗

為了進一步提高鐵精礦品位，降低鐵精礦含鈦量及其他雜質含量，獲得較高質量的鐵精礦產品，對一段磁選獲得的鐵粗精礦進行了二段磨礦磁選試驗，結果見圖4。

圖4 二段弱磁選磨礦細度試驗結果Fig.4 Results of grinding fineness test for the second stage weak magnetic separation

從圖4 可以看出，隨著磨礦細度逐漸升高，二段磁選精礦TFe 品位逐漸升高，鐵精礦TFe 回收率呈逐漸降低趨勢。綜合考慮鐵精礦TFe 品位與回收率之間的關系，二段磨礦細度以-0.075 mm 含量85%左右為宜。

在二段磨礦細度為-0.075 mm 含量85%的條件下，改變濕式弱磁選機的磁場強度進行磁選磁場強度條件試驗，確定該礦石磁選的最佳場強，結果如圖5 所示。

圖5 二段弱磁選磁場強度試驗結果Fig.5 Test results of magnetic field strength for the second weak magnetic separation

由圖5 的結果可知，隨著磁場強度增強，二段磁選精礦TFe 品位逐漸升高后趨于穩定，鐵精礦TFe回收率呈逐漸升高趨勢，但整體變化幅度較小。當磁場強度達到59.7 kA/m 后，選礦技術指標變化幅度極小，為了更好保證試驗結果的穩定性，二段磁選磁場強度大小選擇75.8 kA/m。

3）階磨階選選鐵全流程試驗

針對試驗原礦進行階磨階選回收鐵全流程(圖6)試驗研究，結果表明，一段磨礦細度-0.075 mm含量35%，磁場強度102.5 kA/m；二段磨礦細度-0.075 mm 含量85%，磁場強度75.8 kA/m，可獲得鐵精礦產率16.43%，TFe 品位57.08%，TFe 回收率53.24%的指標。

圖6 階磨階選選鐵全流程試驗Fig.6 Full process test of step grinding and iron selection

2.2 選鈦試驗

對該礦石采用強磁-浮選流程選鈦，選鈦的物料是選鐵尾礦，選鐵尾礦由一段弱磁尾礦和二段弱磁尾礦組成。其中測得一段弱磁尾礦TiO2品位6.65%，其必須經過強磁選，大量拋出尾礦以獲得合格的入浮物料；測得二段磁選尾礦中TiO2品位為16.71%，二段磁選尾礦TiO2品位較高，可以經過弱磁掃鐵后不經過強磁直接作為選鈦入浮物料。

2.2.1 選鐵強磁預富集試驗

一段磁選尾礦品位為TFe 9.38%、TiO26.64%，對其進行強磁選試驗，考察尾礦中鈦回收的最佳條件，試驗設備為SSS-Ⅰ-500 型立環高梯度磁選機，轉環速度30 Hz，脈動沖次75 Hz，改變磁場強度大小，以確定預富集的最佳磁選強度。

試驗結果(圖7)表明，隨著磁場強度升高，TiO2品位逐漸降低，TiO2回收率逐漸升高，總體來看，一段強磁精礦TiO2含量提高幅度有限。一段強磁以保證TiO2回收率為主。綜合考慮品位和回收率，選擇一段強磁磁場強度為398.0 kA/m。一段強磁精礦TiO2品位不高，需要進行二段強磁精選提高浮鈦入浮物料品位，但是從一段強磁試驗結果看出，即使磁場強度低至238.8 kA/m，強磁精礦TiO2含量也只能從6.40%升至10.96%，為了提高二段強磁精礦TiO2含量，對一段強磁精礦進行了再次磨礦。

圖7 一段強磁磁場強度試驗結果Fig.7 Test results of strong magnetic field intensity for the first section

將一段強磁精礦再磨至-0.075 mm 占80%，進行二段強磁試驗，轉環速度30 Hz，脈動沖次75 Hz，改變磁場強度大小，以確定二段磁選的最佳磁選強度。由試驗結果（圖8）可知，一段強磁精礦再磨后經過二段強磁，二段強磁精礦TiO2含量可以從10.00%提升至16.70%，隨著磁場強度升高，TiO2品位逐漸降低，TiO2回收率逐漸升高，二段強磁可以得到較高TiO2品位的強磁精礦，綜合考慮，選擇磁場強度398.0 kA/m。

圖8 二段強磁磁場強度試驗結果Fig.8 Test results of strong magnetic field strength for the second stage

采用確定的強磁條件對一段選鐵尾礦進行了強磁預富集試驗，將二段選鐵尾礦與一段選鐵尾礦預富集產品混合，制取了浮選入料，試驗流程如圖9 所示。最終獲得產率23.35%，TiO2品位16.30%，回收率50.22%的鈦鐵礦入浮物料產品，針對入浮物料產品開展鈦浮選條件優化試驗。

圖9 選鐵尾礦預富集流程Fig.9 Preconcentration flow chart of iron tailings

2.2.2 浮選選鈦條件試驗研究

1）捕收劑用量試驗

鈦鐵礦常用的捕收劑為脂肪酸類、含磷類、含砷類、羥肟酸類等，在實際應用中，單一捕收劑往往不能達到理想的選別效果，利用兩種或多種藥劑組合的協同效應可達到更優選別效果。生產上應用較為成功的組合類捕收劑有MOH、F968、XT 等。本研究采用MOH 作為選鈦捕收劑，采用脫硫-一次粗選的傳統選鈦流程以確定適宜的捕收劑用量，試驗結果如圖10 所示。

圖10 捕收劑用量試驗結果Fig.10 Test results of the dosage of floating collector

由試驗結果可知，隨著捕收劑用量的增加，鈦粗精礦TiO2回收率呈明顯上升趨勢，TiO2品位呈下降趨勢。權衡精礦TiO2品位和回收率，捕收劑用量以2 300 g/t 為宜。

2）柴油用量試驗

在鈦鐵礦的浮選中，常用中性油作為輔助捕收劑。本研究采用常用的柴油作為浮選選鈦輔助捕收劑，開展柴油用量試驗，同樣采用脫硫-粗選流程，試驗結果如圖11 所示。

圖11 柴油用量試驗結果Fig.11 Test results of diesel Fuel dosage

試驗結果表明，隨著柴油用量的增加，鈦粗精礦的產率呈下降趨勢，精礦TiO2品位呈升高趨勢后趨于穩定，TiO2回收率先上升后下降。從試驗現象發現，添加適量的柴油，對粗粒鈦鐵礦的上浮有一定的幫助，但是柴油用量過大，泡沫層變薄，泡沫發空，鈦鐵礦回收率下降，權衡粗精礦TiO2品位和回收率，柴油用量以120 g/t 為宜。

3）硫酸用量試驗

在浮選中，pH 值是影響礦物表面電性和藥劑活性的重要因素，礦漿的酸堿度對浮選鈦鐵礦有很大影響。采用硫酸做pH 值調整劑，一方面有利于除去鈦鐵礦表面的氧化膜，使Fe2+變成Fe3+，活化鈦鐵礦浮選；另一方面可清洗粘附于鈦鐵礦表面的礦泥，達到脫泥效果。試驗采用脫硫-粗選的浮選流程，確定適宜的硫酸用量，試驗結果如圖12 所示。

圖12 硫酸用量試驗結果Fig.12 Test results of sulfuric acid dosage

試驗結果表明，隨著硫酸用量的增加，鈦粗精礦的產率及TiO2回收率呈下降趨勢，TiO2品位呈上升趨勢。當硫酸用量超過2 000 g/t 后，鈦粗精礦TiO2回收率下降較多。綜合考慮，選擇硫酸用量為2 000 g/t。

4）草酸用量試驗

為強化礦物之間的表面性質差異，通過添加效果好、高選擇性作用的調整劑來實現，在鈦鐵礦浮選中除用硫酸調整pH 值外，常用硅酸鈉、草酸等抑制硅酸鹽礦物，試驗采用脫硫-粗選的浮選流程，確定草酸用量，試驗結果如圖13 所示。

圖13 草酸用量試驗結果Fig.13 Test results of oxalic acid dosage

隨著草酸用量的增加，鈦粗精礦的產率及TiO2回收率呈下降趨勢，TiO2品位呈上升趨勢。當草酸用量超過600 g/t 后，尾礦TiO2含量相對較高，權衡粗精礦TiO2品位和回收率，草酸用量以600 g/t 為宜。

5）硅酸鈉用量試驗

試驗采用脫硫-粗選的浮選流程，確定硅酸鈉用量，試驗結果如圖14 所示。

圖14 硅酸鈉用量試驗結果Fig.14 Test results of sodium metasilicate dosage

由圖14 試驗結果可知，隨著硅酸鈉用量的增加，鈦粗精礦TiO2回收率呈上升趨勢，TiO2品位呈下降趨勢。綜合考慮，硅酸鈉用量以2 000 g/t 為宜。

6）纖維素用量試驗

在浮選鈦精選條件的基礎上，采用硫酸作為調整劑，可以獲得較高品位的鈦精礦，但是回收率較低，為了進一步的考察藥劑選擇的合理性，對試驗進行探索，考察回收率的上升空間。在閉路試驗中，發現隨著中礦不斷返回，一部分細泥不斷循環累計，對浮選效果造成了較大影響，考慮在粗選添加纖維素（CMC），希望提高粗選精礦TiO2含量，降低細泥的上浮量，試驗結果如圖15 所示。

圖15 纖維素用量試驗結果Fig.15 Test results of cellulose dosage

試驗結果表明，添加一定的纖維素，粗精礦TiO2品位大幅提高，從試驗現象也可以看出，添加纖維素后，泡沫清爽，含泥量降低，同時，纖維素的用量不宜過大，綜合考慮粗精礦TiO2的品位和回收率，選擇CMC 用量80 g/t。

7）閉路試驗研究

在條件試驗的基礎上，開展了開路試驗探索研究，最終確定了脫硫-一粗二掃五次精選的工藝流程，并針對入浮物料樣品進行了閉路試驗研究，流程及條件如圖16 所示。試驗結果表明，入浮物料通過閉路浮選可獲得浮選作業產率25.60%、TiO2品位48.02%、作業回收率75.62%鈦精礦產品。

圖16 浮選選鈦閉路試驗流程及條件Fig.16 Closed circuit test flow and conditions for titanium flotation

3 結論

1) 研究原礦礦石金屬礦物含量不高，TFe 品位17.40%、TiO27.78%，屬于低品位釩鈦磁鐵礦。鐵、鈦物相分析顯示，磁性鐵占全鐵的56.79%，鈦鐵礦中TiO2占總量的55.48%，這是鐵鈦回收的主要礦物賦存形式。礦石中主要金屬礦物為鈦磁鐵礦、鈦鐵礦，主要脈石礦物為普通輝石、普通角閃石、云母等。鈦磁鐵礦和鈦鐵礦的礦物含量分別為18.39%和7.90%，脈石類約占73.51%。

2) 采用階段磨選工藝流程進行磁選選鐵，可獲得TFe 品位為57.08%、TiO2含量為10.91%，TFe回收率53.24%的鐵精礦產品。

3) 對選鐵尾礦進行強磁預富集可獲得產率23.35%，TiO2品位16.30%，回收率50.22%的鈦鐵礦入浮物料產品。浮選選鈦調整劑采用硫酸和草酸、硅酸鈉、纖維素配合，以MOH 作為浮鈦捕收劑并配合柴油，以脫硫-一粗二掃五次精選的工藝流程獲得TiO2品位48.02%、TiO2浮選作業回收率為75.62%的鈦精礦產品。

針對新疆某低品位釩鈦磁鐵礦，本研究根據其礦石性質，開發了原礦破碎-階磨階選回收鐵-強磁預富集+浮選回收鈦的鐵、鈦綜合回收技術工藝流程，獲得了較好的試驗指標，為該地區低品位釩鈦磁鐵礦的鐵、鈦資源回收提供了技術參考。