莫桑比克某锆英石磁电选矿工艺研究.pdf

莫桑比克某锆英石磁电选矿工艺研究 ① 张建文１，２， 王海东１， 龚文勇２， 张 华２， 马崇振２， 廖 乾２ （１．中南大学 资源加工与生物工程学院，湖南 长沙 ４１００８３； ２．长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 ４１００１２） 摘 要 对莫桑比克某海滨砂矿进行了工艺矿物学及锆英石选矿试验研究。 采用磁选⁃电选联合精选流程，分别获得一级锆英石精 矿 ＺｒＯ２品位 ６５．５６％、回收率 ４１．８６％，三级锆英石精矿 ＺｒＯ２品位 ６４．６５％、回收率 ３４．２２％的较好试验指标；锆英石精矿 ＺｒＯ２综合回 收率达到 ７６．０８％。 研究结果可为开发利用莫桑比克某锆石资源提供借鉴和参考。 关键词 海滨砂矿； 锆英石；工艺矿物学； 磁选； 电选 中图分类号 ＴＤ９２文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０２０．０１．０１１ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０２０）０１－００５１－０３ Ｍａｇｎｅｔｉｃ⁃Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ Ｚｉｒｃｏｎ ｉｎ Ｍｏｚａｍｂｉｑｕｅ ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ⁃ｗｅｎ１，２， ＷＡＮＧ Ｈａｉ⁃ｄｏｎｇ１， ＧＯＮＧ Ｗｅｎ⁃ｙｏｎｇ２， ＺＨＡＮＧ Ｈｕａ２， ＭＡ Ｃｈｏｎｇ⁃ｚｈｅｎ２， ＬＩＡＯ Ｑｉａｎ２ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００１２， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｉｎｅｒａｌｏｇｙ ｏｆ ａ ｂｅａｃｈ ｐｌａｃｅｒ ｉｎ Ｍｏｚａｍｂｉｑｕｅ ａｎｄ ａ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｗａｓ ａｌｓｏ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｚｉｒｃｏｎ ｏｒｅ． Ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ， ａ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｆｌｏｗｓｈｅｅｔ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ， ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ⁃ｇｒａｄｅ ｚｉｒｃｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｇｒａｄｉｎｇ ６５．５６％ ＺｒＯ２ａｔ ４１． ８６％ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ⁃ｇｒａｄｅ ｚｉｒｃｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｇｒａｄｉｎｇ ６４． ６５％ ＺｒＯ２ａｔ ３４． ２２％ ｒｅｃｏｖｅｒｙ． Ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｒａｔｅ ｏｆ ＺｒＯ２ｏｆ ｚｉｒｃｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｒｅａｃｈｅｓ ７６．０８％， ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ａ ｇｏｏｄ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｂｅ ｏｆ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｚｉｒｃｏｎ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎ Ｍｏｚａｍｂｉｑｕｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｂｅａｃｈ ｐｌａｃｅｒ； ｚｉｒｃｏｎ； ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｉｎｅｒａｌｏｇｙ； ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ； ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ 世界锆资源主要赋存于海滨砂矿矿床中，只有少 部分赋存于残积砂矿和原生矿中［１］。 锆资源中主要 矿物是锆英石，它们多与钛铁矿、独居石、金红石、磷钇 矿和锡石等矿物共生。 世界上锆英石资源主要分布在 澳大利亚、南非、莫桑比克、美国、乌克兰、斯里兰卡、肯 尼亚、印度尼西亚和塞拉利昂等地，其中澳大利亚、南 非和莫桑比克这三个国家锆英石资源最为丰富［２－３］。 中国的海滨砂矿主要分布于海南、福建以及山东一带。 我国海滨砂矿和海底矿产资源储量丰富，是宝贵的矿 产资源［４］。 目前，锆英石的选矿主要有重选⁃磁选、单一浮选、 磁选⁃浮选和磁选⁃电选等［５－７］。 莫桑比克某海滨砂矿 矿床中锆英石资源储量巨大，锆石矿物单体解离度和 含量高［８－９］。 本文在来样工艺矿物学研究基础上，对 粗选得到的重砂粗精矿采用磁选⁃电选联合工艺进行 锆英石精选，取得了较好的试验指标。 １ 矿石性质 经显微镜镜下鉴定、Ｘ 射线衍射分析和扫描电镜 分析综合研究表明，莫桑比克某海滨砂矿矿样中锆矿 物主要为锆石，钛矿物为钛铁矿，铁矿物为赤铁矿，其 他矿物种类多但含量较少，包括有石英、独居石、石榴 石、角闪石、磁铁矿、假象赤铁矿和电气石等。 来样为 黑色掺杂不同浅色颗粒的砂样，粒度较为均匀，主要分 布在 ０．０４～０．２ ｍｍ 之间。 原矿化学多元素成分分析 结果见表 １。 由表 １ 可知，原矿中主要成分为 ＴｉＯ２、 ①收稿日期 ２０１９－０７－１５ 基金项目 国家自然科学基金（５１４７４２３７，ＵＩ６６０２０６） 作者简介 张建文（１９８２－），内蒙古呼和浩特人，博士研究生，高级工程师，主要从事磁电选矿技术与装备、共伴生与再生资源综合利用、智 能矿山的研究与应用。 第 ４０ 卷第 １ 期 ２０２０ 年 ０２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．４０ №１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０２０ 万方数据 ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｒＯ２和 ＳｉＯ２等。 原矿主要矿物组成及含 量见表 ２。 原矿除有细小包裹物外，锆英石基本呈单 体产出，粒度总体较钛铁矿略细小，但较为均匀，一般 在 ０．０４～０．１ ｍｍ 之间。 能谱微区成分分析表明，锆英 石组成较为纯净，除 ＺｒＯ２和 ＳｉＯ２外，含有少量的 ＨｆＯ２、 ＴｉＯ２和 ＦｅＯ。 表 １ 原矿化学多元素分析结果（质量分数） ／ ％ ＺｒＯ２ＴｉＯ２ＲＥＯＴＦｅＦｅＯＦｅ２Ｏ３ ７．０１３５．８０１．４５３０．５９２２．５６１８．６６ ＣａＯＭｇＯＡｌ２Ｏ３ＳｉＯ２Ｋ２ＯＮａ２Ｏ ０．９７０．４１０．６０９．０９０．０９０．１５ 表 ２ 原矿中主要矿物组成及含量（质量分数） ／ ％ 钛铁矿锆石 赤铁矿 褐铁矿 石英 磁铁矿 假象赤铁矿 独居石 ６４．５１２．２９．５２．５２．２２．０ 金红石 角闪石 石榴石 硅线石 电气石 榍石云母其他 ２．０１．５１．２１．２０．２１．０ ２ 试验结果与讨论 ２．１ 试验方案 由工艺矿物学研究结果可知，锆石矿物基本呈单 体产出，虽粒度总体较钛铁矿细小，但较为均匀，因此 锆石选矿不需要磨矿，而且锆石矿物粒度比较适合采 用电选和磁选工艺。 能谱微区成分分析结果表明，锆 石组成较为纯净，说明理论上锆英石可以通过选矿富 集到 ＺｒＯ２品位 ６５％以上的精矿产品。 根据莫桑比克某海滨砂矿来样性质，并结合海滨 砂矿的国内外选矿生产实践经验，确定粗选（磁选⁃重 选）⁃干燥⁃精选（磁选⁃电选）的选矿原则流程。 通过磁 选、重选等粗选作业获得的重砂粗精矿干燥后在精选 车间进行锆英石的精选。 ２．２ 粗选试验 粗选方案是控制海滨砂矿项目建设投资与生产成 本的关键。 本文确定的粗选流程为湿式弱磁选⁃湿式 中磁选⁃螺旋溜槽⁃摇床重选。 其中湿式弱磁选作用是 去除磁铁矿、钛磁铁矿等强磁性矿物，湿式中磁选试验 目的为尽可能多地选出合格的钛铁矿精矿，同时减轻 后续重选和磁电选工艺流程的负担。 螺旋溜槽和摇床 是海滨砂矿分选中的关键重选设备。 螺旋溜槽的作用 是除去大量的石英、角闪石、石榴石等脉石矿物，它具 有结构简单、处理量大、运行成本低等突出优点。 摇床 重选的好坏是决定能否生产出合格锆英石精矿的关 键，其作用为选出不含石英、角闪石和石榴石等脉石矿 物的摇床精矿，为锆英石精选提供合格的给料。 摇床 具有富集比高、选别效率高、电耗低等优点，其主要缺 点是占地面积大、耗水量大和单机处理能力低。 粗选 试验流程如图 １ 所示，粗选试验结果见表 ３。 ;;9* D** D* A*D3B A** 54 53 B3 3 图 １ 粗选试验流程 表 ３ 粗选试验结果 产品 名称 产率 ／ ％ 品位／ ％回收率／ ％ ＴｉＯ２ＺｒＯ２ＴｉＯ２ＺｒＯ２ 铁精矿１）２．３１１６．２２０．２７１．０３０．１４ 钛精矿６１．４７４５．４９０．１２７８．２３１．１１ 螺旋尾矿２．７６３．６４１．０２０．２８０．４１ 摇床精矿１２．８０１４．９３３０．１５５．３５５４．８７ 摇床中矿１５．１０２９．８６１９．３２１２．６２４１．４８ 摇床尾矿５．５６１５．９９２．５２２．４９１．９９ 合计１００．００３５．７８７．０４１００．００１００．００ １） 铁精矿 ＴＦｅ 品位为 ５５．８０％。 从表 ３ 结果可知 １） 通过粗选试验（磁选⁃重选）可获得用于分选一 级锆精矿的摇床精矿，产率 １２．８０％、ＺｒＯ２品位 ３０．１５％、 回收率 ５４．８７％，摇床精矿中 ＴｉＯ２含量为 １４．９３％。 摇床 精矿中主要含锆英石矿物，其次为钛铁矿，独居石和金 红石等矿物。 ２） 粗选还可获得用于分选次级锆精矿的摇床中 矿，产率 １５．１０％、ＺｒＯ２品位 １９．３２％、回收率 ４１．４８％， 摇床中矿中 ＴｉＯ２含量为 ２９．８６％。 摇床中矿主要为钛 铁矿，其次为锆英石、独居石和金红石等矿物。 ２．３ 精选试验 选择适合的磁、电选精选设备和确定合理的工艺 参数是选出合格锆英石精矿的关键。 磁选⁃电选联合 工艺是近年来分选锆英石的发展方向与主要应用领域， 它具有节能环保、生产效率高、运行和维护成本低、性能 稳定、处理量大和自动化程度高等优点。 电选设备采用 ２５矿 冶 工 程第 ４０ 卷 万方数据 长沙矿冶研究院研制的具有自主知识产权的 ＹＤ 圆筒 电选机、ＣＲＩＭＭ 筛板电选机和弧板电选机，专门用于海 滨砂矿中锆英石与钛铁矿、金红石等的分离。 精选选锆试验的给料中含有锆英石、钛铁矿、金红 石和独居石等矿物，其中钛铁矿为中等磁性、导体矿 物，独居石为弱磁性、非导体矿物，金红石为非磁性、导 体矿物，而锆英石为非磁性、非导体矿物，因此可通过 磁选和电选联合流程将锆英石与其他具有磁性差异和 导电性差异的矿物高效分离。 在条件试验基础上，进 行了选锆全流程开路试验，摇床精矿和摇床中矿磁电 选锆试验流程如图 ２ 所示，试验结果分别见表 ４ 和表 ５。 A*D* A*23D3 V3 B B A*8* ;4; ,2;  / /VA; -B 图 ２ 磁⁃电精选试验流程 表 ４ 摇床精矿磁⁃电选试验结果 产品 名称 产率 ／ ％ 品位／ ％回收率／ ％ ＴｉＯ２ＺｒＯ２ＴｉＯ２ＺｒＯ２ 钛精矿３．２８４３．３７０．２３３．９９０．１１ 圆筒钛中矿１．０８３２．０６１．５６０．９７０．２４ 石榴石粗精矿０．１２４．０１６．６３０．０１０．１１ 独居石１）１．９９０．９２０．０９０．０５０．０２ 筛板锆中矿０．９５７．０２４１．３３０．１９５．５６ 弧板锆中矿０．８９４．４５５５．０３０．１１６．９７ 锆英石精矿４．４９０．２２６５．５６０．０３４１．８６ 给矿１２．８０１４．９３３０．１５５．３５５４．８７ １） 独居石产品中稀土氧化物（ＲＥＯ）含量为 ５９．０４％、回收率 ８１．０３％。 表 ５ 摇床中矿磁⁃电选试验结果 产品 名称 产率 ／ ％ 品位／ ％回收率／ ％ ＴｉＯ２ＺｒＯ２ＴｉＯ２ＺｒＯ２ 钛精矿５．９２４４．６４０．２２７．４００．１９ 圆筒钛中矿１．０６７７．０６２．２６２．２９０．３４ 石榴石粗精矿２．１５７．６５０．６５０．４６０．２０ 独居石０．４８４．８７０．３８０．０７０．０２ 筛板锆中矿０．８４６３．０３１０．６５１．４９１．２７ 弧板锆中矿０．９４２９．６２３９．０２０．８７５．２４ 锆英石精矿３．７１０．２９６４．６５０．０４３４．２２ 给矿１５．１０２９．８６１９．３２１２．６２４１．４８ 表 ４ 和表 ５ 表明，摇床精矿经过磁⁃电选全流程选 锆精选试验，获得的锆英石精矿产率 ４．４９％、ＺｒＯ２品 位 ６５．５６％、回收率 ４１．８６％，锆精矿中 ＴｉＯ２品位为 ０．２２％，达到国家一级锆英石精矿的质量标准要求；摇 床中矿经过磁⁃电选精选试验，选出的锆英石精矿产率 ３．７１％、ＺｒＯ２品位 ６４．６５％、回收率 ３４．２２％，锆精矿中 ＴｉＯ２品位为 ０．２９％，达到国家三级锆英石精矿的质量 标准要求。 锆英石精矿中 ＺｒＯ２综合回收率达到 ７６．０８％。 摇床中矿经磁⁃电选精选后所得精矿 ＺｒＯ２品位未达到 一级锆精矿要求，镜下观察锆精矿中还有少量石英等 脉石矿物，因此在摇床重选时要精细化操作，尽可能减 少进入摇床中矿的脉石含量。 ３ 结 语 １） 原矿中 ＺｒＯ２品位为 ７．０１％。 锆石基本呈单体 产出，因此锆石选矿不需要磨矿。 矿物间磁性和导电 性差异，为锆英石选矿采用磁选⁃电选联合流程奠定了 基础。 ２） 摇床精矿和摇床中矿经过磁⁃电精选试验，获得 的一级锆英石精矿 ＺｒＯ２品位 ６５．５６％、回收率 ４１．８６％； 选出的三级锆英石精矿 ＺｒＯ２品位 ６４．６５％、回收率 ３４．２２％。 锆英石精矿中 ＺｒＯ２综合回收率达到 ７６．０８％。 ３） 莫桑比克某锆英石 ＺｒＯ２品位高，粒度均匀，单 体解离度高，通过磁选⁃电选联合精选，获得了较好的 试验指标。 研究结果可为合理开发利用莫桑比克某锆 石资源提供借鉴和参考。 参考文献 ［１］ 选矿手册编委会． 选矿手册，第八卷（第三分册）［Ｍ］． 北京冶 金工业出版社，１９９１． ［２］ 尹丽文． 全球锆英砂生产能力远大于需求［Ｊ］． 国土资源情报， ２０１７（９）４０－４５． ［３］ 胡 真，张 慧，李汉文，等． 印尼某海滨砂矿合理选矿工艺流程 的研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２００９，２９（６）．３３－３５． ［４］ 龙运波，张裕书，周满赓，等． 海南万宁海滨砂矿选矿试验研究［Ｊ］． 矿产综合利用， ２０１１（４）１４－１７． ［５］ 成 岳． 锆英石的选矿及应用综述［Ｊ］． 矿产保护与利用， １９９５ （４）４０－４３． ［６］ 孙丽君，吕宪俊，陈 平，等． 某海滨砂矿的矿物学特征与选矿试 验研究［Ｊ］． 矿业研究与开发， ２０１０（２）６２－６５． ［７］ 刘西分，常 红． 某重砂重选精矿重晶石和锆英石的浮选分离试 验［Ｊ］． 现代矿业， ２０１６（２）５８－６２． ［８］ 张 华． 莫桑比克某海滨砂矿中蚀变钛铁矿选矿试验研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１３（５）７５－７８． ［９］ 张建文，梁 汉，张 华，等． 莫桑比克某海滨砂矿中金红石选矿 综合利用研究［Ｊ］． 有色金属（选矿部分）， ２０１３（Ｓ）１６９－１７２． 引用本文 张建文，王海东，龚文勇，等． 莫桑比克某锆英石磁电选矿工 艺研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０２０，４０（１）５１－５３． ３５第 １ 期张建文等 莫桑比克某锆英石磁电选矿工艺研究 万方数据