岩浆岩型含钛铁精矿降钛研究_郭文达.pdf

岩浆岩型含钛铁精矿降钛研究 郭文达 1， 2 韩跃新 1， 2 朱一民 1， 2 李艳军 1， 2 范志国 3 （1. 东北大学资源与土木工程学院， 辽宁 沈阳110819； 2. 朝阳东大矿冶研究院， 辽宁 朝阳 122606； 3. 河北钢铁集团矿业有限公司承德柏泉铁矿， 河北 承德 067500） 摘要为了探究通过提高磨矿细度降低河北柏泉磁选铁精矿钛含量的可行性， 采用搅拌磨细磨 （超细磨） 弱磁选工艺对试样进行降钛研究， 在磨矿细度d90为34.7 μm， 弱磁选磁场强度为83.6 kA/m的条件下， 铁精矿TFe品 位可由63.39增加到65.48， TFe品位达到一级铁精粉要求， 且TFe回收率为97.85， 但铁精矿中杂质TiO2含量仅 能降低1.04个百分点。通过XRD分析以及工艺矿物学分析查明， 试样中钛主要存在于钛磁铁矿中； 搅拌磨细磨 （超 细磨） 弱磁选工艺可以脱除铁精矿中的钛铁矿和钛赤铁矿， 但是钛磁铁矿与磁铁矿属于类质同象， 物理化学性质 非常相近， 难以通过磁选分离， 这是该铁精矿的钛元素难以大量脱除的原因。研究结果表明， 此类岩浆岩型高钛铁 精矿品质较优， 但钛不能通过选矿脱除， 可用作其他低钛铁精粉高炉冶炼的配料。 关键词含钛铁矿搅拌磨细磨 （超细磨） 弱磁选降钛高炉配料 中图分类号TD924.1文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -02-071-05 DOI10.19614/ki.jsks.201902013 Research on the Titanium Removal of Titanium-containing Magmatic Iron Concentrate Guo Wenda1， 2Han Yuexin1， 2Zhu Yimin1， 2Li Yanjun1， 2Fan Zhiguo32 （1. School of Resources and Civil Engineering ， Northeastern University， Shenyang 110819， China； 2.Chaoyang NEU Mineral and Metallurgy Institute， Chaoyang 122606， China； 3. Chengde Baiquan Iron Mine， Hebei Iron and Steel Group Mining Co.， Ltd， Chengde 067500， China） AbstractIn order to explore the feasibility of reducing the TiO2content of magnetic iron concentrate from Baiquan mine by increasing the fineness of grinding， fine/ultrafine grinding-low intensity magnetic separation process was used for tita⁃ nium removal of the titanium-bearing iron concentrate. Under the optimal conditions of grinding fineness d9034.7 μm and magnetic field intensity of 83.6 kA/m， the TFe grade of iron concentrate could be increased from 63.39 to 65.48， meeting the requirements of first grade iron concentrate， and the recovery rate was 97.85. At the same time， the content of impurity TiO2in iron concentrate could be reduced by 1.04 percentage points. X-ray diffraction analysis and mineralogy characteristics analysis of the titanium-containing concentrate revealed that titanium in the high ferrotitanium concentrate was mainly present⁃ ed in titanomagnetite. The impurities ilmenite and titanium-hematite could be removed from the high ferrotitanium concentrate by fine/ultrafine grinding-low intensity magnetic separation process. However，titanomagnetite and magnetite belong to the same kind of similarity， and their physicochemical properties are very similar， which is difficult to separate by magnetic sepa⁃ ration. This is the reason why the titanium element of the iron concentrate was difficult to remove significantly. The research re⁃ sults show that the titanium in such kind of high-titanium iron concentrate cannot be removed by beneficiation， but its quality is pretty good and it is very suitable for use as ingredients in other low-titanium iron concentrates. KeywordsTitanium-containing iron ore， Stirred mill， Fine/ultrafine grinding， Low intensity magnetic seperation， Titani⁃ um removal， Furnace ingredients 收稿日期2018-11-20 基金项目国家自然科学基金重点项目 （编号 51734005） 。 作者简介郭文达 （1991） ， 男， 博士研究生。通讯作者朱一民 （1964） ， 女， 教授， 博士研究生导师。 总第 512 期 2019 年第 2 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 512 February 2019 我国河北、 辽宁、 内蒙古、 新疆等北方地区拥有大 量的低品位岩浆型铁矿， 该类铁矿矿床规模大， 铁含 量低， 同时矿石中伴生大量磷、 钛、 钒、 硫等资源 ［1-2］。 该类铁矿探明资源量约105 亿t， 占全国铁矿总储量 的17 ［3］。河北承德柏泉铁矿是这种典型的岩浆型 含磷、 含钛的低品位铁矿。原矿P2O5品位2.2左右、 71 ChaoXing 金属矿山2019年第2期总第512期 TFe含量10左右， TiO2品位2.2左右。选厂规模600 万t/a， 采用阶段磨矿磁选选铁， 磁选尾矿浮选选磷 的生产工艺， 年产铁精矿43万t， 磷精矿13万t ［4］。铁 精矿TFe品位能达到64， 但是TiO2含量高达6～ 7。 生产实践表明， 铁精矿含有0.07～0.1的TiO2 时， TiO2在冶炼过程中可以起到良好的护炉作用， 有 利于延长炉底、 炉虹的寿命 ［5-6］。如果铁精矿含钛过 高， 冶炼时就会出现铁水粘罐、 炉缸堆积， 高炉的渣、 铁排放困难， 严重影响高炉正常生产 ［7-8］； 同时， 还会 降低铸铁的质量和加工性能 ［9-10］。高钛铁精矿粒度相 对较粗 （-0.074 mm占80～90） ， 而钛矿物嵌布粒度 较细， 可能存在钛、 铁矿物解离不充分的情况。因 此， 采用搅拌磨进行细磨 （超细磨） 弱磁选工艺对 该铁精矿进行降钛的可行性试验研究。 1试样性质 试验矿样取自河北柏泉铁矿选场磁选铁精矿。 试样的化学成分分析结果见表1， XRD分析和激光粒 度分析结果分别如图1、 图2所示。 表1表明， 铁精矿TiO2含量高达6.38， 将严重影 响铁精矿的品位和冶炼性能。 图1显示， 铁精矿主要是 （钛） 磁铁矿 （ （钛） 磁铁 矿是磁铁矿的类质同象， 两者XRD谱峰重合） ， 还含 有少量钛铁矿、（钛） 赤铁矿及透闪石。 由图2可知， 铁精矿的粒度在150 μm以下， 其中 d9067.1 μm， 相对较粗， 且存在约10的粗颗粒 （67～ 150 μm） 。因此， 对此铁精矿进行搅拌磨细磨 （超细 磨） ， 以提高铁矿物与钛矿物的单体解离度， 进而通 过弱磁选脱除含钛矿物。 2试验方法 采用JM-3L搅拌磨， 在矿浆浓度为75条件下 对现场磁选铁精矿样品进行细磨 （超细磨） 。以 XCRS-φ400240湿式弱磁选机对磨矿产品进行弱 磁选， 磁选精矿、 尾矿产品进行脱水、 烘干、 称重， 化 验TFe和TiO2含量， 计算回收率。搅拌磨细磨 （超细 磨） 弱磁选流程如图3所示。 3试验结果与讨论 3. 1磨矿细度试验 磨矿细度d90和d50随磨矿时间的变化如图4所 示。 从图 4 可以看出 随着磨矿时间由 0 s 增加到 300 s， 磨矿细度d90由67.1 μm迅速降低至34.7 μm， 磨 矿细度d50由21.0 μm降低到18.6 μm， 变化不大； 在磨 矿时间由300 s延长至1 800 s时， 随着磨矿时间的增 加， 磨矿细度d90由34.7 μm缓慢降低至19.0 μm， 磨矿 细度d50由18.6 μm降低至7.3 μm。因此， 在0～300 s 主要是进行粗粒物料的细磨， 300～1 800 s是对细粒 物料进行超细磨。 3. 2磨矿细度对磁选指标的影响 在磁场强度为83.6 kA/m条件下， 进行不同磨矿 72 ChaoXing 郭文达等 岩浆岩型含钛铁精矿降钛研究2019年第2期 细度磁选条件试验。磨矿细度对弱磁选精矿TFe和 TiO2指标的影响分别如图5和图6所示。 由磨矿细度试验结果可知 在磨矿细度 d90为 34.7～67.1 μm的范围内， 随着磨矿细度的降低， 精矿 TFe 品 位 由 63.39 增 加 到 65.48 ， 回 收 率 仅 由 99.00降低到97.85， 与此同时， 精矿的TiO2品位由 6.38降至5.34， TiO2含量降低约1个百分点； 进一 步增加磨矿细度进行超细磨， 当磨矿细度d90由34.7 μm 降至 21.0 μm， 精矿 TFe 品位由 65.48降低至 64.54， 同时TFe回收率由97.85降至96.45， 而精 矿TiO2含量稳定在5.4左右。由此可见， 超细磨对 弱磁选铁精矿TFe的回收和TiO2杂质的脱除没有贡 献， 最适宜的磨矿细度为d9034.7 μm。 3. 3磁场强度对磁选指标的影响 在磨矿细度d90为34.7 μm条件下， 进行不同磁场 强度磁选试验。磁场强度对弱磁选精矿TFe和TiO2 指标的影响分别如图7和图8所示。 磁场强度试验结果表明 随着磁场强度从23.9 kA/m增加至83.6 kA/m， 精矿TFe品位由66.21缓慢 降低至65.48， TFe回收率由48.11增加至97.85， 杂质TiO2含量稳定在5.34左右； 若继续增加磁场强 度至95.5 kA/m， 精矿TFe品位由65.48降至65.22， TFe回收率由97.85升高至98.16， 可以认为进一 步增加磁场强度对选铁指标没有影响， 但杂质TiO2含 量由 5.34增加至 5.46。因此， 选择磁场强度为 83.6 kA/m。 综上所述， 此高钛铁精矿在磨矿细度为d9034.7 μm， 弱磁选磁场强度为83.6 kA/m时提铁降钛指标较 好， 铁精矿TFe品位可由63.39增加到65.48， 回收 率 为 97.85 ； 铁 精 矿 的 TiO2品 位 由 6.38 降 至 5.34， 杂质TiO2含量仅能降低约1个百分点。 3. 4磁选产品XRD分析 对最佳试验条件 （磨矿细度d9034.7 μm， 弱磁选 磁场强度83.6 kA/m） 下的弱磁选精矿、 尾矿分别进行 XRD分析。弱磁选精矿、 尾矿的XRD分析结果分别 如图9和图10所示。 73 ChaoXing 金属矿山2019年第2期总第512期 XRD分析结果表明 磁选精矿主要由 （钛） 磁铁 矿组成， 且没有发现其他明显的脉石矿物； 磁选尾矿 主要为钛铁矿、 透闪石、（钛） 赤铁矿， 少量锂云母和 绿泥石。由此可见， 搅拌磨细磨弱磁选提铁降钛 是比较有效的； 然而铁精矿的杂质TiO2含量不能显著 降低， 仅能降低约1个百分点。因此需要对此高钛铁 精矿进行工艺矿物学分析， 探究钛的物相形式和赋 存状态， 查明钛含量不能显著降低的原因。 3. 5工艺矿物学特性分析 XRD不能分析类质同象矿物， 不能有效区分 （钛） 磁铁矿与磁铁矿、（钛） 赤铁矿与赤铁矿的谱峰。因 此， 需要对此高钛铁精矿进行矿物组成分析， 进一步 探究含钛矿物的存在形式。对原高钛铁精矿粉的光 学显微镜鉴定及矿物量统计查明 试样金属矿物主要 为磁铁矿和钛磁铁矿， 含量分别为70.62和15.60， 其次为钛铁矿和赤铁矿， 含量分别为4.40和3.50， 另有少量的钛赤铁矿， 其余为非金属矿物， 含量为 5.01。试样矿物组成及含量分析结果见表2。 对试样主要矿物磁铁矿、 钛磁铁矿的嵌布粒度 进行分析， 结果如图11所示。 磁铁矿和钛磁铁矿的嵌布特性相似， 主要分布 在-0.053 mm粒级， 磁铁矿、 钛磁铁矿在-0.053 mm粒 级中分别占83.23、 89.58； 且磁铁矿和钛磁铁矿 在-0.038 mm粒级均占65左右。可见磁铁矿、 钛磁 铁矿的嵌布粒度较细， 细磨有利于与其与脉石矿物 解离。 对试样中的磁铁矿和钛磁铁矿的解离特性及其 与其余成分的伴生形式进行分析， 结果如表3所示。 表3表明， 高钛铁精矿中的磁铁矿和钛磁铁矿的 单体解离度均大于90。未解离的磁铁矿主要是与 钛磁铁矿连生 （如图12所示） ， 其次是磁铁矿与钛铁 矿连生 （如图13和图14所示） 。未解离的钛磁铁矿 主要是与非金属脉石矿物连生 （如图13和图15） ， 其 次是钛磁铁矿与磁铁矿的连生 （如图12所示） ； 部分 钛磁铁矿氧化蚀变为钛赤铁矿， 二者相互浸染共生 （如图12和图14所示） 。 工艺矿物学分析结果表明， 现场高钛铁精矿中 的钛主要存在于磁铁矿的类质同象体钛磁铁矿中， 少量存在于钛铁矿中以及钛磁铁矿的氧化蚀变矿物 （钛赤铁矿） 中。搅拌磨细磨 （超细磨） 弱磁选工艺 脱除了铁精矿中的钛铁矿和钛赤铁矿， 但是钛磁铁 矿与磁铁矿性质十分相似， 且同为强磁性矿物， 难以 通过磁选分离， 也很难通过其他选矿方法分离。从 74 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ ［9］ ［10］ 分析结果可以看出， 虽然该铁精粉的钛含量很高， 但 镜下以及XRD图谱中均没有发现其他明显杂质， 说 明其品质较优， TFe 指标能达到一级铁精粉要求 （TFe＞64） 。因此， 将其用作其他低钛铁精粉高炉冶 炼时的配料， 不会影响冶炼效果， 同时可解决钛含量 过高的问题， 且对高炉有一定的护炉作用。 4结论 （1） 采用搅拌磨细磨 （超细磨） 弱磁选工艺对 河北柏泉铁矿选厂磁选铁精矿进行降钛研究， 在磨 矿细度d90为34.7 μm， 弱磁选磁场强度为83.6 kA/m 的条件下， 铁精矿 TFe 品位可由 63.39增加到 65.48， 回收率为97.85， 同时TiO2品位由6.38降 至5.34， 杂质TiO2含量能降低约1个百分点。 （2） 对磁选精矿、 尾矿进行XRD分析， 并结合该 高钛铁精矿的工艺矿物学分析， 查明了该高钛铁精 矿中的钛主要存在于钛磁铁矿中； 搅拌磨细磨 （超细 磨） 弱磁选工艺脱除了铁精矿中的钛铁矿和钛赤 铁矿， 但是钛磁铁矿与磁铁矿均为强磁性矿物， 难以 通过磁选分离， 这是该铁精矿的钛元素难以大量脱 除的原因。 （3） 磁选精矿钛含量过高是磁铁矿的类质同象 体钛磁铁矿大量存在导致的， 且没有很有效的 选矿方法能实现二者的分离。虽然该铁精粉的钛含 量很高， 但其他杂质含量很低， TFe指标能达到一级 铁精粉要求。因此， 建议将其用作其他低钛铁精粉 高炉冶炼时的配料， 可较好解决钛含量过高的问题。 参 考 文 献 Wan Y S，Liu D Y，Xie H Q，et al. ation ages and environ⁃ ments of early precambrian banded iron ation in the North Chi⁃ na craton ［J］ . 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