四川攀西某难选钛铁矿重选精矿浮选试验研究_杜雨生.pdf

四川攀西某难选钛铁矿重选精矿浮选试验研究 杜雨生马龙秋孟庆有袁致涛虞力赵轩 （东北大学资源与土木工程学院， 辽宁 沈阳 110819） 摘要四川攀西某难选钛铁矿重选精矿矿物种类多， 金属矿物主要有钛铁矿、 钛磁铁矿等， 脉石矿物主要为 钛辉石、 绿泥石等。钛铁矿与脉石矿物嵌布粒度偏细， 脉石矿物多含铁元素且易泥化。为实现该重选精矿的高效分 选， 进行了选矿试验研究。结果表明， 通过阶段磨矿弱磁除铁浮选富集钛强磁提质的工艺流程能够获得良好 的分选指标。矿样磨细至-0.074 mm占55， 在弱磁选磁场强度为96 kA/m条件下弱磁除铁， 弱磁尾矿以硫酸为pH 调整剂、 羧甲基纤维素钠 （CMC） 为抑制剂、 油酸钠为捕收剂浮选钛铁矿， 将浮选粗精矿筛分 （-0.038 mm） 后， 筛上磨 细至-0.074 mm占80， 与筛下产品合并脱泥后去除-0.014 mm粒级细泥， 沉砂经4次精选， 闭路浮选可获得钛精矿 TiO2品位42.86、 回收率59.79的浮选指标； 对浮选精矿创新性地进行强磁提质分选工艺， 最终获得钛精矿TiO2品 位46.77、 回收率54.38的选别指标。实现了钛资源的有效回收， 可以为选厂建设提供技术支持。 关键词钛铁矿阶段磨矿浮选强磁选 中图分类号TD923文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -04-082-06 DOI10.19614/ki.jsks.201904016 Experimental Study on the Flotation of a Refractory Ilmenite Gravity Concentrate in Sichuan Panxi Area Du YushengMa LongqiuMeng QingyouYuan ZhitaoYu LiZhao Xuan2 （College of Resources and Civil Engineering， Northeastern University， Shenyang 110819， China） Abstract There is a variety kinds of minerals in ilmenite gravity concentrate from Sichuan Panxi Area, metallic miner- als mainly including ilmenite, titanomagnetite, gangue minerals mainly including titanaugite, chlorite. Dissemination size of ilmenite is fine, as well as gangue minerals, most of gangue minerals containing iron elements and easy to be slime. To high efficiently separation the ilmenite, beneficiation experiment was conducted. The results show that good separation inds can be obtained through the technological process of stage grinding-low intensity magnetic removal iron-flotation concentrat- ing titanium-high intensity magnetic separation and extraction. The ore sample was ground to -0.074 mm accounting for 55，and ferromagnetic iron ore is removed under the condition of magnetic field intensity of low intensity magnetic separa- tion 96 kA/m. Low intensity magnetic tailings are used to separate ilmenite in flotation with sulfuric acid as pH adjuster，so- dium carboxymethyl cellulose（CMC）as inhibitor，sodium oleate as collector. The obtained flotation rough concentrate is classified by 0.038 mm，oversize product was ground to -0.074 mm passing 80. It is combined with the undersize product to remove the -0.014 mm fine mud. Then four cleaning processes are applied on the sand setting. By the closed-circuit flota- tion test，the flotation inds of 42.86 titanium grade and 59.79 recovery were obtained. Furthermore，the inds of closed-circuit concentrate were obtained with 46.77 titanium dioxide grade and 54.38 recovery through high-intensity magnetic separation，which realized the effective recovery of ilmenite resources and can provide the technical assistance for plant development. KeywordsIlmenite， Stage grinding， Flotation， High intensity magnetic separation 收稿日期2019-02-22 基金项目中央高校基本科研业务专项资金项目 （编号 N160103004） ， 中国博士后科学基金项目 （编号 2017M611249） 。 作者简介杜雨生 （1993） ， 男， 硕士研究生。通讯作者马龙秋 （1961） ， 男， 副教授， 硕士研究生导师。 我国是世界钛铁矿资源储量最多的国家， 钛资 源主要分布在四川攀枝花和河北承德等地区 ［1］。但 我国钛铁矿矿石性质复杂， 分选难度大， 综合利用率 低 ［2］。四川地区作为我国主要的钛生产基地， 经过几 总第 514 期 2019 年第 4 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 514 April 2019 82 ChaoXing 十年的开发利用， 钛铁矿分选难度日益增加。采出矿 石性质波动大， 氧化镁、 氧化钙含量逐年升高， 矿物嵌 布粒度变细， 脉石矿物出现铁元素浸染等问题， 给稳 定生产中浮选药剂及浮选工艺的选择带来困难， 导致 我国低品位钛铁矿利用不充分， 资源浪费严重 ［3-4］。 现阶段选矿工作者结合钛铁矿矿石不同特性， 提出了针对性的工艺试验流程。严鹏等 ［5］以云南某 细粒钛铁矿为研究对象， 采用弱磁强磁分粒级 摇床重选的联合工艺流程， 获得钛粗选精矿TiO2品位 41.26、 回收率45.82的指标。李振乾等 ［6］以陕西 某难选钒钛磁铁矿为研究对象， 采用粗粒磁干式抛 废弱磁选铁强磁预富集钛反浮选脱硫浮选 提纯钛等复杂工艺流程， 获得钛精矿 TiO2品位 48.01、 回收率51.84的指标， 但整体工艺流程复 杂， 浮选药剂成本高， 钛铁矿回收率低。邓冰等 ［7］以 攀西某钒钛磁铁矿为研究对象， 采用强磁浮选的 工艺流程， 获得钛精矿 TiO2品位 47.78、 回收率 34.71的指标。本文以四川攀西某难选钛铁矿重选 粗精矿为研究对象， 针对该地区钛铁矿嵌布粒度细、 易泥化、 含钛铁硅酸盐脉石等特点， 通过选取合适浮 选药剂及优化浮选流程， 制定高效分选工艺。 1矿样性质 1. 1矿样组成分析 矿样取自四川攀西某矿业公司重选粗精矿， 矿样 中金属氧化物主要为钛铁矿、 钛磁铁矿和磁 （赤） 铁 矿， 总含量约为42； 脉石矿物主要为钛辉石、 透辉 石、 榍石等含钛铁硅酸盐矿物， 总含量约为46； 此 外， 还含有绿泥石、 黑云母等含铁硅酸盐矿物， 总含量 约为7。脉石矿物表面均含Fe元素， 增加了钛铁矿 浮选分离难度 ［8］。矿样的化学成分分析结果见表1。 从表 1 可以看出， 矿样中有价金属元素为钛， TiO2相对含量为21.52。 矿样钛物相分析结果如表2所示。 从表2可以看出 矿样中TiO2赋存形式复杂， 存 在于钛铁矿中的TiO2分布率为79.59， 赋存于钛磁 铁矿和榍石中的TiO2分别占12.94和5.09， 理论上 钛磁铁矿和榍石中的TiO2将与脉石一起进入尾矿， 会 严重影响分选过程钛的回收率 ［9］， 钛铁矿是主要回收 对象。 1. 2主要矿物解离度及嵌布特征 矿样中主要金属矿物钛铁矿、 钛磁铁矿、 磁 （赤） 铁矿的单体解离度分析结果如表3所示。 从表3可以看出， 试样中钛铁矿单体解离度较 低， 仅37.98， 连生矿物主要为钛辉石、 绿泥石等脉 石， 其次为钛磁铁矿； 钛磁铁矿单体解离度相对稍 高， 为55.46， 连生矿物主要为钛铁矿、 钛辉石和磁 （赤） 铁矿； 磁 （赤） 铁矿单体解离度为39.06， 连生矿 物以脉石为主， 其次为钛铁矿和钛磁铁矿。钛铁矿 单体解离度不高， 与硬度较低的含钛辉石矿物和嵌 布粒度偏细的钛磁铁矿连生， 单体解离困难， 影响后 续钛铁矿浮选指标。 选取不同粒度范围钛铁矿的单体及连生体形态 图片， 如图1所示。 由图1可见， 相对较粗的颗粒中， 钛铁矿单体较 少， 较细的颗粒中， 钛铁矿单体相对增多， 钛铁矿连生 矿物多为脉石， 其中钛铁矿粗颗粒中的脉石多为网脉 状， 是充填裂隙形成的， 中细粒钛铁矿多以平行或包 裹形态与脉石连生。矿物嵌布粒度范围广， 但钛铁矿 与脉石矿物嵌布粒度偏细， 将影响浮选精矿品位。 2试验结果与讨论 试样中主要回收的有用矿物为钛铁矿， 但钛铁 矿嵌布粒度不均， 整体粒度偏细， 单体解离度不高； 杜雨生等 四川攀西某难选钛铁矿重选精矿浮选试验研究2019年第4期 83 ChaoXing 脉石矿物多受铁元素浸染且易泥化， 增加了浮选过 程中钛铁矿分选难度， 影响最终钛精矿品位。因此， 针对该钛铁矿矿样， 拟采用阶段磨矿弱磁除铁 浮选富集钛强磁提质的流程进行试验。 2. 1弱磁除铁预处理试验 矿样中含有约3的钛磁铁矿， 易通过泡沫浮选 进入钛精矿而影响品位。因此， 首先选择矿样磨矿 细度为-0.074 mm含量55， 磁场强度为96 kA/m进 行弱磁选除铁试验， 试验结果见表4。 由表4可知， 一次弱磁选除铁预处理可分选出 TFe品位43.43、 回收率为10.74的弱磁精矿， 其中 TiO2含量仅3.48。表明弱磁选可有效脱除钛铁矿 中强磁性矿物， 且选出的铁矿物中TiO2含量较低， 钛 损失比较小。 2. 2浮选条件试验 2. 2. 1磨矿细度试验 为考察一段磨矿产品粒度对浮选指标的影响， 对弱磁尾矿进行磨矿细度试验， 选取浮选药剂硫酸 用量为3 000 g/t， 抑制剂CMC用量为130 g/t， 捕收剂 MOH-2用量为2 250 g/t。浮选试验结果如图2所示。 由图2可知， 随着磨矿细度的提高， 钛铁矿粗精 矿TiO2品位由29.50上升至30.65， 变化不大； 粗精 矿TiO2回收率逐渐下降； 在磨矿细度-0.074 mm含量 55的情况下， 粗精矿TiO2品位和回收率均较好， 分 别为29.51和81.76。因此， 一段磨矿细度选择- 0.074 mm含量55为宜。 2. 2. 2硫酸用量试验 在捕收剂MOH-2用量为2 250 g/t， 抑制剂CMC 用量为130 g/t条件下， 对弱磁尾矿进行硫酸用量条 件试验。结果如图3所示。 由图3可知， 随着硫酸用量的增加， 粗精矿TiO2 品位逐渐增加， 回收率急剧减少。在粗选保回收率 兼顾品位的原则下， 选择硫酸用量为3 000 g/t， 此时 矿浆pH值为5.5～6.0， 粗精矿TiO2品位为29.64、 回 收率为82.54。 2. 2. 3抑制剂种类及用量试验 钛铁矿的浮选实践中， 脉石矿物抑制剂主要有 无机抑制剂 （如水玻璃） 、 有机抑制剂 （如CMC） 。选 取硫酸用量为3 000 g/t， 捕收剂MOH-2用量为2 250 g/t， 对弱磁尾矿分别以CMC和水玻璃为抑制剂进行 用量条件试验。结果如图4、 图5所示。 由图4、 图5可知 随着抑制剂CMC和水玻璃用 量的增加， 粗精矿TiO2品位整体逐渐增加， 回收率逐 金属矿山2019年第4期总第514期 84 ChaoXing 渐减小； 在粗选保回收率兼顾品位的原则下， 当选择 CMC用量为130 g/t时， 粗精矿TiO2品位为29.64、 回 收率为82.54； 选择水玻璃用量为2 500 g/t时， 粗精 矿TiO2品位为28.03、 回收率为80.46。试验结果 表明， CMC和水玻璃均对钛辉石等脉石矿物具有较 强的选择性抑制作用， 但与水玻璃相比， 以CMC为抑 制剂时， 其粗精矿TiO2品位变化不大， 回收率整体偏 高， 有利于钛铁矿的高效回收。综上可知， CMC抑制 剂效果较佳， 最佳用量为130 g/t。 2. 2. 4捕收剂种类及用量试验 钛铁矿捕收剂主要分为常用捕收剂和新型组合 捕收剂2大类， 常用捕收剂如脂肪酸类 （油酸钠） 、 羟 肟酸类捕收剂 （TW-705） ， 新型组合捕收剂如MOH-2 及相关组合药剂 ［10-11］。在硫酸用量为3 000 g/t， 抑制 剂CMC用量为130 g/t条件下， 分别以MOH-2、 油酸 钠、 TW-705、 MOH-2与油酸钠组合使用 （质量比为3 ∶ 1） 为捕收剂， 进行捕收剂用量条件试验。结果如图 6～图9所示。 由图6～图9可知 随着捕收剂用量的增加， 粗精 矿TiO2品位均逐渐减少， 回收率均逐渐增加； 在粗选 保回收率兼顾品位的原则下， 以MOH-2为捕收剂， 用 量为2 000 g/t时选别指标较好， 可获得粗精矿TiO2品 位为29.64、 回收率为82.54的浮选指标； 以油酸钠 为捕收剂， 用量为2 250 g/t时选别指标较好， 可获得 粗精矿TiO2品位为29.90、 回收率为84.29的浮选 指标； 以TW-705为捕收剂， 用量为2 500 g/t时选别指 标较好， 可获得粗精矿TiO2品位为31.23、 回收率为 68.45的浮选指标； 以MOH-2与油酸钠组合为捕收 剂， 总用量为2 200 g/t时选别指标较好， 可获得粗精 矿 TiO2品位为 28.14、 回收率为 81.78的浮选指 杜雨生等 四川攀西某难选钛铁矿重选精矿浮选试验研究2019年第4期 85 ChaoXing 标。试验结果对比可知， 油酸钠的浮选效果优于 MOH-2、 TW-705 及 MOH-2 与油酸钠组合捕收剂。 因此， 后续浮选试验选择油酸钠为捕收剂， 最佳用量 为2 250 g/t。 2. 3二段磨矿细度试验 浮选粗选所得的浮选指标较好， 但整体粗精矿 单体解离度不高， 不利于后续精矿品位的提升。因 此， 拟对浮选粗精矿进行二段磨矿细度条件试验。 同时， 为避免细磨后矿浆泥化， 浮选粗精矿首先进行 筛分 （0.038 mm） 脱泥， 筛上细磨后与筛下产品合并进 行分级脱泥 （-0.014 mm） ， 沉砂进行浮选精选。筛上 二段磨矿细度对浮选精选的影响结果见图10。 由图10可知 随着二段磨矿细度的增加， 精选 钛精矿TiO2品位和回收率均先增加后减小； 在二段 磨矿细度-0.074 mm 含量 80时， 钛精矿 TiO2品位 达到最高， 回收率有所增加； 继续增加其磨矿细度， 钛精矿TiO2品位不增反降， 回收率略微变化。试验 结果表明， 适当的磨矿细度可提高后续浮选指标， 但过磨会恶化浮选指标， 原因在于过磨致使矿泥增 多， 部分矿泥覆盖在钛铁矿表面， 恶化浮选条件， 从 而使选别效果变差， 侧面证明脱泥的必要性。为达 到最优浮选效果， 选择二段磨矿细度为-0.074 mm 含量80。 2. 4闭路试验 在条件试验的基础上进行的开路试验表明， 矿 样经弱磁除铁阶段磨矿脱泥4次精选后， 可以 获得精矿TiO2品位45.54、 回收率22.93的技术指 标； 继续增加精选次数， TiO2品位增加幅度有限， 故精 选次数以4次为宜。按图11流程进行闭路试验， 结 果见表5。 由表5可知， 闭路试验获得钛精矿TiO2品位为 42.86、 回收率为59.79的浮选指标。 由闭路试验结果可知， 钛铁矿精矿品位并不理 想， 通过光学显微镜观察， 发现精矿中仍存在少许连 生颗粒， 且细粒单体脉石存在较多。结合矿石工艺 矿物学研究可知， 主要原因在于脉石矿物多为含钛、 铁硅酸盐， 表面活性质点与钛铁矿相同， 致使有用矿 物与脉石矿物可浮性差异较小， 难以实现选择性分 离。故后续利用矿物间磁性差异， 对浮选闭路精矿 进行强磁提质处理， 在场强强度为0.6 T时， 获得了 TiO2品位46.77、 回收率54.38的良好指标。因此， 针对此难选钛铁矿矿样， 最终形成了阶段磨矿弱 磁除铁浮选提钛强磁提质的工艺流程。 3结论 （1） 四川攀西某矿石属嵌布复杂的难选钛铁矿， 钛铁矿为主要回收矿物。钛铁矿以网脉状、 星点状 和浸染状与钛辉石和钛磁铁矿浸染分布； 钛铁矿嵌 布粒度偏细， 部分脉石矿物表面含铁元素， 且含铁硅 酸盐脉石矿物质软， 易泥化， 极大增加了钛铁矿分选 金属矿山2019年第4期总第514期 86 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ ［9］ ［10］ ［11］ 难度。 （2） 试样磨细至-0.074 mm占55， 在弱磁选磁 场强度为96 kA/m条件下弱磁除铁， 弱磁尾矿以硫 酸为 pH 调整剂、 羧甲基纤维素钠 （CMC） 为抑制 剂、 油酸钠为捕收剂浮选钛铁矿， 将浮选粗精矿筛 分 （-0.038 mm） 后， 筛上磨细至-0.074 mm占80， 与 筛下产品合并脱泥后去除-0.014 mm粒级细泥， 沉砂 经 4 次精选， 闭路浮选获得了钛精矿 TiO2品位 42.86、 回收率59.79的浮选指标； 对浮选精矿创新 性地进行强磁提质分选工艺， 最终获得钛精矿TiO2品 位46.77、 回收率54.38的选别指标。实现了钛资 源的有效回收， 可以为选厂建设提供技术支持。 参 考 文 献 杨保祥， 胡鸿飞， 何金勇， 等. 钛基材料制造 ［M］ . 北京 冶金工业 出版社， 2015 12-15． Yang Baoxiang， Hu Hongfei， He Jinyong， et al．Titanium Base Ma- terials ［M］ ．Beijing Metallurgical Industry Press， 2015 12-15． 郝江波， 刘严松， 何政伟， 等. 攀西地区红格钒钛磁铁矿床地球 化学异常特征分析及矿床成因探讨 ［J］ . 西北地质， 2016， 49 （1） 206-213． Hao Jiangbo， Liu Yansong， He Zhengwei， et al. Geochemical anom- aly analysis and geneticexploration of the geochemical anomaly of vanadium titanium magnet deposit in Panxi area［J］ . Northwest Geologic， 2016， 49 （1） 206-213． 王飞旺， 崔毅琦， 童雄， 等. 钛铁矿选矿技术研究与应用 ［J］ . 矿产综合利用， 2016 （1） 1-6． Wang Feiwang， Cun Yiqi， Tong Xiong， et al. Study and application of ilmenite beneficiation technology ［J］ . Multipurpose Utilization of Mineral Resources， 2016 （1） 1-6． 马龙秋， 杜雨生， 孟庆有， 等. 钛铁矿浮选药剂及其作用机理研 究进展 ［J］ ．金属矿山， 2018 （3） 7-12． Ma Longqiu， Du Yusheng， Meng Qingyou， et al. Research progress on flotation reagents of ilmenite and their interaction mechanisms ［J］ . Metal Mine， 2018 （3） 7-12． 严鹏， 张桂芳， 肖军辉， 等. 云南某细粒钛铁矿的选矿工艺试 验研究 ［J］ . 有色金属 选矿部分， 2013 （3） 38-41． Yan Peng， Zhang Guifang， Xiao Junhui， et al．Experimental re- search on processing of fine fraction ilmenite ore of Yunnan［J］ ． Nonferrous Metals Mineral Processing Section， 2013 （3） 38-41． 李振乾， 邹定朝. 磁-浮联合工艺回收某钒钛磁铁矿石中钛铁矿 试验 ［J］ . 金属矿山， 2017 （1） 67-71． Li Zhenqian， Zhou Dingchao. Experimental research on the recycle of ilmenite from a vanadium titanium magnetite ore by the com- bined magnetic-flotation process ［J］ . Metal Mine， 2017 （1） 67-71． 邓冰， 张渊， 杨永涛， 等. 攀西某钒钛磁铁矿选铁尾矿选钛 试验研究 ［J］ . 矿产综合利用， 2018 （4） 91-96． Deng Bing， Zhang Yuan， Yang Yongtao， et al. Experimental study on titanium concentration for iron tailings inPanxi［J］ . Multipur- pose Utilization of Mineral Resources， 2018 （4） 91-96． Tian Jia， Xu Longhua， Yang Yaohui， et al. Selective flotation sepa- ration of ilmenite from titanaugite using mixed anionic/cationic col- lectors ［J］ . International Journal of Mineral Processing， 2017 （8） 102-107． 王键月， 崔卫华， 张以河， 等. 拜耳法赤泥中的铁的强磁选预富 集-深度还原-弱磁选试验 ［J］ . 金属矿山， 2016 （1） 60-64． Wang Jianyue， Cui Weihua， Zhang Yihe， et al. The preconcentra- tion of strong magnetic separation for iron in the red clay of Bayer -deep reduction-weak magnetic separation test［J］ . Metal Mine， 2016 （1） 60-64． Liu Weijun， Zhang Jie， Wang Weiqing， et al. Flotation behaviors of ilmenite， titanaugite， and forsterite using sodium oleate as the col- lector ［J］ . Minerals Engineering， 2015， 72 1-9． 程奇， 钟宏， 王帅， 等. 长碳链烷基羟肟酸对钛铁矿的浮 选性能与机理研究 ［J］ . 应用化学， 2016， 45 （8） 1407-1411． Cheng Qi， Zhong Hong， Wang Shuai， et al. Study on flotation prop- erties and mechanism of ilmenite with long carbon chain hydroxam- ic acid ［J］ . Applied Chemistry， 2016， 45 （8） 1407-1411． （责任编辑王亚琴） 杜雨生等 四川攀西某难选钛铁矿重选精矿浮选试验研究2019年第4期 87 ChaoXing