某钒钛磁铁矿尾矿资源化利用.pdf

2 0 2 0 年第1 期有色金属 选矿部分 5 5 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 2 0 ．0 1 ．0 1 0 某钒钛磁铁矿尾矿资源化利用 吕子虎1 ’2 ，赵登魁1 ’2 ，程宏伟1 ’2 ，梁冠杰3 1 ．中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，郑州4 5 0 0 0 6 ； 2 ．国土资源部多金属矿评价与综合利用重点实验室，郑州4 5 0 0 0 6 ； 3 ．国土资源部放射性与稀有稀散矿产综合利用重点实验室，广东韶关5 1 2 0 2 6 摘要承德市某钒钛磁铁矿尾矿钛含量较高，潜在回收价值可观。采用化学分析、X R D 衍射分析、粒度分析、矿物解 离分析仪 M L A 等手段研究了该尾矿的矿物学特性及钛的赋存状态。在工艺矿物学研究基础上，通过试验研究确立了重选 短流程回收钛、选钛尾矿差异化分级利用的综合利用技术工艺，获得含T i 0 23 4 ．6 0 ％、回收率5 3 ．4 3 ％的钛铁矿精矿以及产率 6 6 ．2 2 ％的建筑用商品砂，实现了铁尾矿的资源化综合回收利用，有助于矿山与社会环境和谐发展。 关键词钒钛磁铁矿；尾矿；钛铁矿；资源化利用；建筑砂 中图分类号T D 9 5 ；T D 9 8 2文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 2 0 0 1 0 0 5 5 0 4 R e s o u r c eU t i l i z a t i o no fT i t a n o m a g n e t i t eT a i l i n g s L Y U Z i h u l “，Z H A O D e n g k u i 。～，C H E N GH o n g w e i l ～，L I A N G G u a n j i e 3 1 ．Z h e n g z h o uI n s t i t u t eo fM u l t i p u r p o s eU t i l i z a t i o no fM i n e r a lR e s o u r c e s ，C A G S ， Z h e n g z h o u4 5 0 0 0 6 ，C h i n a ；2 ．K e yL a b o r a t o r yo fE v a l u a t i o na n dM u l t i p u r p o s e U t i l i z a t i o no fP o l y m e t a l l i cO r eo fM i n i s t r yo fL a n da n dR e s o u r c e s ，Z h e n g z h o u4 5 0 0 0 6 ，C h i n a ； 3 ．K e yL a b o r a t o r yo fR a d i o a c t i v ea n dR a r eS c a t t e r e dM i n e r a lC o m p r e h e n s i v eU t i l i z a t i o n ，M i n i s t r yo f L a n da n dR e s o u r c e s ，S h a o g u a nG u a n g d o n g5 1 2 0 2 6 ，C h i n a A b s t r a c t T h et i t a n i u mc o n t e n to fac e r t a i nt i t a n o m a g n e t i t et a i l i n g si nC h e n g d ec i t yi sh i g h ，a n dt h e p o t e n t i a lr e c o v e r yv a l u ei sc o n s i d e r a b l e ．T h em i n e r a l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c sO ft h es a m p l e sa n do c c u r r e n c e s t a t eo ft i t a n i u mw e r es t u d i e db yu s i n gc h e m i c a la n a l y s i s ，X R Dd i f f r a c t i o na n a l y s i s ，g r a i ns i z ea n a l y s i s ，a n d m i n e r a ld i s s o c i a t i o na n a l y s i s ，a n dS Oo n ．B a s e do nt h es t u d yO fp r o c e s sm i n e r a l o g y ，t h ec o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o nt e c h n o l o g yo fg r a v i t ys e p a r a t i o ns h o r tp r o c e s so fr e c o v e r i n gt i t a n i u ma n dd i f f e r e n t i a t e dc l a s s i f i e d u t i l i z a t i o no ft i t a n i u mt a i l i n g sw a se s t a b l i s h e dt h r o u g he x p e r i m e n ts t u d y ．T h ei l m e n i t ec o n c e n t r a t ew i t ht h e g r a d eo f3 4 ．6 0 ％a n dt h er e c o v e r yo f5 3 ．4 3 ％，a n dt h eb u i l d i n gs a n dw i t ht h ey i e l do f6 6 ．2 2 ％w e r e o b t a i n e d ．T h et e c h n i c a lp r o c e s sa c h i e v e dr e s o u r c ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no ft h et i t a n o m a g n e t i t er a i l i n g s ， w h i c hi sh e l p f u lt ot h eh a r m o n i o u sd e v e l o p m e n to fm i n ea n ds o c i a le n v i r o n m e n t ． K e yw o r d s t i t a n o m a g n e t i t e ；t a i l i n g s ；i l m e n i t e ；r e s o u r c eu t i l i z a t i o n ；b u i l d i n gs a n d 我国钒钛磁铁矿资源丰富，已勘探的矿石储量 3 8 0 亿t 以上，资源储量近1 0 0 亿t ，主要分布在四川 攀西 攀枝花一西昌 、河北承德、陕西汉中、湖北郧 阳、襄阳、山东临沂、广东兴宁及山西代县、辽宁朝阳 等地区E 1 。。2 ] 。其中，河北承德地区是全国除四川I 攀枝 花市之外唯一的大型钒钛磁铁矿产地，现已探明钒 钛磁铁矿资源总量3 ．5 7 亿t ，超贫钒钛磁铁矿资源 总量7 8 ．2 5 亿t ，远景储量在1 0 0 亿t 以上[ 3 ] 。钒钛 磁铁矿不仅是铁的重要来源，且常伴生有丰富的钒、 钛、磷、钴和钪等多种有益组份，具有很高的综合利 用价值H ‘5 ] 。承德某钒钛磁铁矿年处理矿石6 0 万t ， 年排放尾矿5 0 万t ，其尾矿含有较高的钛、磷等有价 收稿日期2 0 19 - 0 6 - 2 0 基金项目中国地质调查局地质调查项目 D D 2 0 1 9 0 2 6 9 ，D D 2 0 1 9 0 5 9 0 ；国土资源部放射性与稀有稀散矿产综合利用重点实验室开放基金 R R S M K F 2 0 1 8 0 9 ；河南省科技攻关项目 1 8 2 1 0 2 3 1 0 8 6 8 作者简介吕子虎 1 9 8 0 一 ，男，河南信阳人，硕士，高级工程师，从事矿物资源调查及综合利用研究工作。 万方数据 5 6 有色金属 选矿部分2 0 2 0 年第1 期 组分未回收，为提高资源综合利用率、减少污染环境 和消除安全隐患，对该尾矿进行资源化综合利用具 有十分重要的意义。 1 矿石性质 试验样品取自承德市某铁尾矿库，尾矿中金属 矿物主要是钛铁矿，可见少量磁铁矿、黄铁矿、褐铁 矿、黄铜矿及微量铜蓝；非金属矿物主要有角闪石、 绿泥石、黑云母、斜长石，可见少量石英、绿帘石、磷 表1 T a b l e1 灰石、金红石、榍石等。尾矿中T i O 含量较高，是主 要回收组分。矿石中的钛主要以独立矿物钛铁矿 平均含钛3 0 ．8 7 ％ 和榍石 平均含钛2 4 ．3 1 ％ 形 式存在；其次以类质同象形式存在于含钛角闪石 平 均含钛0 ．6 7 ％ 、含钛黑云母 平均含钛1 ．5 6 ％ 和 绿泥石 平均含钛0 ．5 6 ％ 中。原矿化学组成分析结 果见表1 ，矿物组成分析结果见表2 ，粒度组成分析 结果见表3 。 表3原矿粒度组成分析结果 T a b l e3S i z ec o m p o s i t i o no fr a wo r e ／％ 表3 分析结果表明，该铁尾矿一2 8 0 7 4 ／, m 粒 级含量较高，铁、钛主要分布在该粒级，有利于重选 回收。 2 试验方案 钛铁矿是提取钛和二氧化钛的主要矿物，密度 4 ．4 ～5g ／c m 3 ，密度随成分中M g O 含量降低或F e 含量增高而增高，具有弱磁性。钛铁矿常用的选矿 方法有重选、磁选、浮选、电选或几种方法的组合。 其中，重选常用做预处理或粗选抛尾；磁选法常用于 除铁作业以提高钛铁矿的精矿品位，也可对脉石矿 物比重较小的钛铁矿进行富集作业；电选法多用于 其它工艺选出的钛精矿中含有各种非导电矿物时的 提纯作业；浮选则较为适宜原生钛铁矿细粒矿石的 选矿作业。螺旋溜槽是一种最常用的重选设备，具 有占地面积小、耗水量少、结构简单、无需动力、处理 量大、安装简易、操作方便等优点，广泛应用于钨矿、 锡矿、金矿、钽铌矿、钛铁矿、金红石等矿物的选 别o ；7 。。依据该铁尾矿中钛铁矿的嵌布特征、粒度分 布等，采用新型螺旋溜槽重选抛尾一摇床精选回收 钛、选钛尾矿差异化分级利用的技术工艺，工艺流程 见图1 。 旦 钛精矿摇中 再处理 商品砂细泥 图1铁尾矿资源化利用工艺流程 F i g ．1 P r o c e s sf l o w s h e e to fr e s o u r c e u t i l i z a t i o no fi r o nt a i l i n g s 3试验结果与分析 3 ．1 螺旋溜槽给矿浓度试验 试验采用F G 7 型新型螺旋溜槽，其将传统的螺 旋溜槽与摇床相结合，在螺旋溜槽槽面引入阿基米 德螺旋刻槽、紊流挡条、精矿冲洗水和截矿口等元 素，并采用柱体分离、分段加工、扣销连接的方式，显 著提高了产品的性能，极大地改善了矿石的选别效 果，具有节能降耗、高效环保的优点{ 8 ”] 。首先考察 给矿浓度对新型螺旋溜槽粗选抛尾效果的影响，试 验流程见图l ，试验结果见图2 。 ％叫m“旷Ⅲ果d结b撕_ 蒌 分．懈 组 “ 多“矿孤原叫∞mtM 万方数据 2 0 2 0 年第1 期吕子虎等某钒钛磁铁矿尾矿资源化利用5 7 图2螺旋溜槽给矿浓度试验结果 F i g ．2E x p e r i m e n t a lr e s u l t so ff e e d i n g c o n c e n t r a t i o no fs p i r a lc h u t e 图2 试验结果表明，随着给矿浓度的提高，溜槽 精矿产率下降，品位升高，回收率降低但幅度不大， 综合考虑螺旋溜槽粗选抛尾效果及金属量的损失， 选择给矿浓度3 0 ％较为适宜。 3 ．2 螺旋溜槽精矿带截取宽度试验 在螺旋溜槽给矿浓度为3 0 ％时，考察精矿带截 取宽度变化对新型螺旋溜槽粗选抛尾效果的影响， 试验流程见图1 ，试验结果见图3 。 图3 螺旋溜槽精矿带截取宽度试验结果 F i g ．3E x p e r i m e n t a lr e s u l t so fi n t e r c e p t w i d t ho fs p i r a lc h u t ec o n c e n t r a t eb e l t 图3 试验结果表明，随着精矿产率的提高，溜槽 精矿品位降低，回收率升高，综合考虑抛尾的效果及 有用矿物的损失，选择精矿产率在4 5 ％左右较为适 宜，此条件下粗选抛尾5 5 ％左右，金属量损失约 1 3 ％，抛尾效果较为理想。 3 ．3 摇床精选试验 在螺旋溜槽3 0 ％的给矿浓度下，控制精矿带截 取宽度为精矿产率4 5 ％左右，得到含T i O 。1 1 ．8 1 ％、 回收率8 7 ．0 8 ％的螺旋溜槽精矿，抛尾效果较好，为 进一步提高精矿品位，对螺旋溜槽精矿进行了一次 摇床精选作业选别，流程见图1 ，结果见表4 。 表4摇床精选试验结果 T a b l e4 E x p e r i m e n t a lr e s u l t so fc l e a n i n g b ys h a k i n gt a b l e s ／％ 表4 试验结果显示，摇床精选能获得含 T i 0 2 3 4 ．6 0 ％、作业回收率6 1 ．3 6 ％、对原矿回收率 5 3 ．4 3 ％的钛铁矿精矿，精选效果较理想，摇床中矿 品位较高在工业生产中可进一步处理。 3 ．4 选钛尾矿分级利用 重选工艺回收钛后的尾矿约占总量的7 8 ．4 ％， 其主要矿物有角闪石、斜长石、绿泥石等，根据矿物 组成及粒度差异分级得到粗粒级和细粒级两部分。 其中，粗粒级占选钛尾矿的8 4 ．4 6 ％，可以直接作为 建筑用商品砂出售，市场行情8 ～1 2 元／t ；细粒级占 选钛尾矿的1 5 ．5 4 ％，可以用于制作空心砖。回收有 用元素钛后的铁尾矿经过差异化分级应用于建材领 域，不仅可以消纳大量尾矿，有效缓解铁尾矿堆存带 来的大量问题，而且为建材开辟了新的资源，经济社 会环境效益显著。 3 ．5 经济效益分析 项目组研究提出的重选短流程回收钛、选钛尾 矿差异化分级利用技术工艺，极大地提高了钛精矿 的品位和回收率以及资源综合利用率。按照年处理 5 0 万t 尾矿计算，可回收T i 0 品位3 4 ％以上的钛 精矿4 ．5 4 万t ，市场价格约3 2 0 元／t ，年收入14 5 2 ．8 万元；商品砂年产3 3 ．1 2 万t ，以1 0 元／t 计算，年收 入3 3 1 ．2 万元。该资源化综合利用技术流程结构短， 工艺简单，易于实施，投资成本低，其成功应用可极 大地提升企业经济效益，同时也是践行矿产资源减 量化利用的重要举措。 4结论 1 承德某钒钛磁铁矿尾矿中主要金属矿物是钛 铁矿，非金属矿物主要有角闪石、绿泥石、黑云母、斜 长石等。钛元素主要以独立矿物钛铁矿和榍石形式 存在；其次以类质同象形式存在于含钛角闪石、含钛 黑云母和绿泥石中。钛、铁主要分布在一2 8 0 7 4b t m 万方数据 5 8 有色金属 选矿部分2 0 2 0 年第1 期 粒级。 2 该铁尾矿采用F G 7 型新型螺旋溜槽重选抛 尾、摇床精选回收钛、选钛尾矿差异化分级利用的综 合利用技术流程，获得含T i O 。3 4 ．6 0 ％、回收率 5 3 ．4 3 ％的钛铁矿精矿及产率6 6 ．2 2 ％的建筑用商品 砂，资源化综合利用效果理想，经济效益显著。该技 术工艺的显著特点是流程结构短，工艺简单，易于实 施，成本低，几乎实现了无尾生产，实现了经济、社 会、环境、安全等多重效益，同时有助于引领区域内 同类型尾矿的开发利用。 参考文献 [ 1 ] 常福增，赵备备，李兰杰，等．钒钛磁铁矿提钒技术研究 现状与展望[ J ] ．钢铁钒钛，2 0 1 8 ，3 9 5 7 1 7 8 ． C H A N GF u z e n g ，Z H A OB e i b e i ，L IL a n j i e ，e ta 1 ． R e s e a r c hs t a t u sa n dp r o s p e c to fv a n a d i u me x t r a c t i o nf r o m v a n a d i u mt i t a n o m a g n e t i t e [ J ] ．I r o nS t e e lV a n a d i u m T i t a n i u m ，2 0 1 8 ，3 9 5 7 1 - 7 8 ． [ 2 ] 史志新．某钒钛磁铁矿尾矿中铁、钛矿物的矿物学研究[ J ] ． 有色金属 选矿部分 ，2 0 1 7 3 1 - 6 ，1 5 ． S H IZ h i x i n ．M i n e r a l o g i c a ls t u d yo ft h ei r o na n dt i t a n i u m m i n e r a l si nt h ev a n a d i u mt i t a n i u m m a g n e t i t et a i l i n g s [ J ] ． N o n f e r r o u sM e t a l s M i n e r a lP r o c e s s i n gS e c t i o n ，2 0 1 7 3 1 - 6 ，1 5 ． [ 3 ] 郝斌．承德已探明钒钛磁铁矿资源总量3 ．5 7 亿t [ J ] ．钛 工业进展，2 0 1 0 5 3 1 3 1 ． H A OB i n ． C h e n g d eh a sp r o v e nv a n a d i u mt i t a n i u m m a g n e t i t er e s o u r c e s 3 5 7m i l l i o n t o n s [ J ] ．T i t a n i u m I n d u s t r yP r o g r e s s ，2 0 1 0 5 3 1 - 3 1 ． [ 4 ] 吴世超，孙体昌，李小辉，等．钒钛磁铁矿直接还原技术 研究进展F J ] ．中国有色冶金，2 0 1 8 ，4 7 4 3 3 3 7 ． W US h i c h a o ，S U NT i c h a n g ，L IX i a o h u i ，e ta 1 ．P r o g r e s s i nr e s e a r c ho fd i r e c tr e d u c t i o no fv a n a d i u m t i t a n i u m m a g n e t i t e [ J ] ．C h i n a N o n f e r r o u sM e t a l l u r g y ，2 0 1 8 ， 4 7 4 3 3 3 7 ． [ 5 ] 朱月仙，张娴，许轶，等．钒钛磁铁矿综合利用关键技术 专利分析[ J ] ．世界科技研究与发展，2 0 1 7 4 1 2 1 8 ． Z H UY u e x i a n ，Z H A N GX i a n ，X UY i ，e ta 1 ．P a t e n t a n a l y s i s o f k e yt e c h n o l o g i e s i nv a n a d i u mt i t a n i u m m a g n e t i t ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o n [ J ] IW o r l dS c i t e c hR D ，2 0 1 7 4 1 2 1 8 ． [ 6 ] 韩彬，张亮亮，贾素娥．新型螺旋溜槽选别微细粒锡矿试 验初探F J ] ．世界有色金属，2 0 1 8 1 0 7 6 7 8 ． H A NB i n ，Z H A N GL i a n g l i a n g ，J I AS u ’e ．S t u d yo nn e w s p i r a Ic h u t es e l e c t e df o rf i n eg r a i n e dt i no r e [ J ] ．W o r l d N o n f e r r o u sM e t a l ，2 0 1 8 1 0 7 6 7 8 ． [ 7 ] 谢丹丹，童雄，谢贤，等．尾矿再选设备应用进展F J ] ．矿 产保护与利用，2 0 1 6 2 7 5 7 8 ． X I ED a n d a n ，T O N GX i o n g ，X I EX i a n ，e ta 1 ．A p p l i c a t i o n r e s e a r c ho fd r e s s i n ge q u i p m e n tu s e di nt a i l i n g s r e c o n c e n t r a t i o n [ J ] ． C o n s e r v a t i o n a n dU t i l i z a t i o no f M i n e r a lR e s o u r c e s ，2 0 1 6 2 7 5 7 8 ． [ 8 ] 李广，肖琴，李春鸥，等．新型高效螺旋溜槽的设计及应 用[ J ] ．矿山机械，2 0 1 6 5 6 3 6 6 ． L IG u a n g ，X I A 0Q i n ，L IC h u n o u ，e ta 1 ．D e s i g na n d a p p l i c a t i o no fan e w - t y p eh i g he f f ic i e n ts p i r a lc h u t e [ J ] ． M i n i n gP r o c e s s i n gE q u i p m e n g ，2 0 1 6 5 6 3 6 6 ． [ 9 ] 李春鸥．高收率重力选矿螺旋溜槽2 0 1 1 2 0 2 1 5 4 5 6 ．1 [ P ] ． 2 0 1 2 - 0 3 - 2 8 ． L IC h u n o u ．H i g hy i e l dg r a v i t ys e p a r a t i o ns p i r a lc h u t e 2 0 1 1 2 0 2 1 5 4 5 6 ．1 [ P ] ．2 0 1 2 - 0 3 2 8 ． [ 1 0 ] 李春鸥．螺旋选矿溜槽分段注塑成型加工方法 0 3 1 1 3 5 0 3 ．X [ P ] ．2 0 0 7 0 8 0 1 ． L IC h u n o u ．S e c t i o n a li n j e c t i o nm o l d i n gp r o c e s so fs p i r a l c h u t e 0 3 1 1 3 5 0 3 ．Xr P ] ．2 0 0 7 0 8 0 1 ． 万方数据