锐钛矿和钛铁矿混合型钛矿石的浮选分离研究.pdf

锐钛矿和钛铁矿混合型钛矿石的浮选分离研究 ① 王友昌１， 孙体昌１， 郑光石１，２， 崔 强１， 沈康晴１ （１．北京科技大学 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 １０００８３； ２．朝鲜金策工业综合大学 矿业工程学院，平壤 ９９９０９３） 摘 要 对 ＴｉＯ２品位为 １３．４３％的内蒙古磨石山沉积变质型锐钛矿开展了试验研究。 以 ＹＳ⁃３ 为捕收剂的正浮选获得了 ＴｉＯ２品位 ３７．９５％、回收率 ２３．７９％的钛精矿；以 ＮａＯＨ 为 ｐＨ 调整剂、淀粉为抑制剂、石灰为活化剂、１６４ 为捕收剂的反浮选获得了 ＴｉＯ２品位 ３０．０７％、回收率 ７０．４６％的钛精矿。 结果表明反浮选效果优于正浮选，能更好实现钛矿物富集。 关键词 钛铁矿； 锐钛矿； 正浮选； 反浮选； 淀粉； 抑制剂 中图分类号 ＴＤ９２３文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１６．０２．０１３ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１６）０２－００４６－０４ Ｆｌｏｔａｔｉｏｎ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｙｂｒｉｄ Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｏｒｅ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ａｎａｔａｓｅ ａｎｄ Ｉｌｍｅｎｉｔｅ ＷＡＮＧ Ｙｏｕ⁃ｃｈａｎｇ１， ＳＵＮ Ｔｉ⁃ｃｈａｎｇ１， ＪＯＮＧ Ｋｗａｎｇ⁃ｓｏｋ１，２， ＣＵＩ Ｑｉａｎｇ１， ＳＨＥＮ Ｋａｎｇ⁃ｑｉｎｇ１ （１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ｆｏｒ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｓａｆｅｔｙ ｏｆ Ｍｅｔａｌ Ｍｉｎｅｓ， Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｋｉｍｃｈａｅｋ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｐｙｏｎｇｙａｎｇ ９９９０９３， ＤＰＲ Ｋｏｒｅａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ⁃ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ ａｎａｔａｓｅ ｏｒｅ ｇｒａｄｅｄ １１．４３％ ＴｉＯ２ｆｒｏｍ Ｍｏｓｈｉｓｈａｎ Ｍｉｎｅ ｉｎ Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ． Ｗｈｅｎ ａｄｏｐｔｉｎｇ ａ ｄｉｒｅｃｔ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ， ａ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｗｉｔｈ ＴｉＯ２ ｇｒａｄｅ ａｎｄ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ３７．９５％ ａｎｄ ２３．７９％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ＹＳ⁃３ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ． Ｗｈｉｌｅ， ｔｈｅ ｒｅｖｅｒｓｅ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ＮａＯＨ ａｓ ｐＨ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ， ｓｔａｒｃｈ ａｓ ｄｅｐｒｅｓｓａｎｔ， ＣａＯ ａｓ ａｃｔｉｖａｔｏｒ ａｎｄ １６４ ａｓ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ， ｌｅｄ ｔｏ ａ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｗｉｔｈ ＴｉＯ２ｇｒａｄｅ ｏｆ ３０．０７％ ａｔ ７０．４６％ ｒｅｃｏｖｅｒｙ， ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈａｔ ｒｅｖｅｒｓｅ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｄｉｒｅｃｔ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ， ａｓ ｉｔ ｃａｎ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｏｆ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｍｉｎｅｒａｌｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｉｌｍｅｎｉｔｅ； ａｎａｔａｓｅ； ｄｉｒｅｃｔ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ； ｒｅｖｅｒｓｅ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ； ｓｔａｒｃｈ； ｄｅｐｒｅｓｓａｎｔ 我国钛资源储量居世界之首，占世界钛资源储量 的 ４８％，但其中 ９８．９％是钛铁矿，仅有 １％左右是金红 石矿，而且多为贫矿、原生岩矿，往往伴生有用矿物，大 多数属难选矿［１］。 目前已对金红石和钛铁矿进行了 较多研究，选别工艺有重选、磁选、电选和浮选等单一 或联合工艺［２－６］，但对锐钛矿的选矿却鲜有研究［７－９］。 内蒙古磨石山沉积变质型锐钛矿矿床是锐钛矿和钛铁 矿混合型钛矿床［１０］，平均 ＴｉＯ２品位１３．４３％，开采利用 价值很高，但矿物嵌布粒度细，且与脉石矿物共生关系 密切、复杂，属于难选矿石，因而一直未能开发利用。 为寻找该矿石的有效选别工艺，本文进行了多方案比 较研究。 １ 原矿性质和探索试验 １．１ 原矿性质 原矿化学多元素分析结果见表 １，ＭＬＡ 分析结果 见表 ２。 表 １ 原矿多元素分析结果（质量分数） ／ ％ ＴｉＯ２ＴＦｅＣａＯＭｇＯＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３ＳＰ １３．４３１１．１９０．７０１．５６６２．４９０．４００．０１３０．０２６ 表 ２ 原矿 ＭＬＡ 分析结果（质量分数） ／ ％ 钛铁矿 锐钛矿（金红石） 磁铁矿 石英 铁铝榴石 锆英石 磷灰石 合计 １０．９３６．５９５．７９５２．３８２４．０２０．２７０．０２１００．００ 从表 １ 可看出，原矿中 ＴｉＯ２和 ＴＦｅ 品位分别为 １３．４３％和 １１．１９％，含钛量高，具有重要的开发利用价 值。 从表 ２ 可看出，原矿中有用矿物主要是钛铁矿、锐 钛矿和金红石等含钛矿物，还含有一定量的磁铁矿；主 要脉石矿物是石英和铁铝榴石。 岩矿鉴定结果表明， 矿石中石英嵌布粒度较粗，但含钛矿物和铁铝榴石粒 ①收稿日期 ２０１５－１０－１４ 作者简介 王友昌（１９９０－），男，河南商丘人，硕士研究生，主要研究方向为复杂含钛矿石的选矿工艺。 第 ３６ 卷第 ２ 期 ２０１６ 年 ０４ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３６ №２ Ａｐｒｉｌ ２０１６ 度均较细且共生关系复杂，并且锐钛矿易泥化，故该矿 石属于难选矿石。 １．２ 探索试验 对原矿开展了重选、强磁选和浮选等探索研究。 摇床尾矿 ＴｉＯ２品位高，可能由于含钛矿物粒度细及锐 钛矿易泥化所致。 强磁选试验中，锐钛矿和金红石无 磁性而进入尾矿，铁铝榴石具弱磁性而部分进入精矿， 致使精矿 ＴｉＯ２品位和回收率均较低。 采用醚胺和十 二胺等阳离子捕收剂的反浮选去除石英试验，没有实 现石英和铁铝榴石的有效浮选。 以 ＹＳ⁃３ 为捕收剂正 浮选回收含钛矿物和以 １６４ 为捕收剂反浮选去除石英 可取得相对较好的分离效果，因此对这两种流程进行 了详细对比研究。 其中 ＹＳ⁃３ 为阴离子捕收剂，主要用 于捕收金属氧化矿；１６４ 为脂肪酸类阴离子捕收剂，主 要在高 ｐＨ 值条件下捕收石英。 ２ 试验结果与讨论 ２．１ 正浮选试验研究 ２．１．１ 硫酸用量试验 硫酸作为 ｐＨ 调整剂，对矿物 表面也有一定的清洗作用，采用一次粗选二次精选流 程，磨矿细度为－０．０７４ ｍｍ 粒级占 ９０％，粗选加入硫 酸、ＹＳ⁃３ 捕收剂 １ ０００ ｇ／ ｔ，精选不加药，硫酸用量对精 矿指标的影响见图 １。 4 TiO2/;5                 图 １ 硫酸用量对精矿指标的影响 由图 １ 可见，硫酸对浮选有明显的影响。 随着硫 酸用量增加，精矿 ＴｉＯ２品位不断升高。 当硫酸用量从 ０ 增加至 ５００ ｇ／ ｔ 时，精矿回收率大幅度升高，继续增 加硫酸用量，回收率开始降低。 因此硫酸最佳用量为 ５００ ｇ／ ｔ，此时精矿 ＴｉＯ２品位为２３．５８％，回收率为４８．０２％。 ２．１．２ 草酸用量试验 水玻璃、草酸是钛铁矿和金红 石浮选中常用的脉石抑制剂。 抑制剂种类探索试验结 果表明，水玻璃对该脉石抑制作用差，而草酸效果明 显。 添加硫酸之后再加草酸，搅拌 ３ ｍｉｎ，草酸用量对 精矿指标的影响见图 ２。  TiO2/;5        图 ２ 草酸用量对精矿指标的影响 由图 ２ 可知，草酸对石英和铁铝榴石具有较强的 抑制作用。 随着草酸用量增加，精矿 ＴｉＯ２品位增加， 而回收率降低。 当草酸用量增至 １ ｋｇ／ ｔ 时，精矿 ＴｉＯ２ 品位可达到 ３９．２２％，回收率却只有 １２．８８％。 故选择 草酸用量为 ７５０ ｇ／ ｔ，此时精矿 ＴｉＯ２品位为 ３５．４７％，回 收率为 ２５．３５％。 ２．１．３ 闭路试验 采用一粗二精、中矿顺序返回的闭 路流程进行了试验，试验流程和药剂制度见图 ３，结果 见表 ３。 B3 63 A0g/t -0.074 mmC90 4g/t -0.044 mmC90 NaOH ;/ , 164;0 -* 3 -2 23 2500 800 2500 600 3 min 3 min 3 min 4 min 2 min 2 min ;/ 164;0 400 300 4 min 3 min 图 ６ 反浮选开路试验流程 表 ４ 反浮选开路试验结果 流程产品名称产率／ ％ ＴｉＯ２品位／ ％ 回收率／ ％ 精矿３１．１８３０．０７７０．４６ 开路尾矿６８．８２５．７１２９．５４ 原矿１００．００１３．３０１００．００ 精矿２６．００３０．７５６１．２７ 闭路尾矿７４．００６．８３３８．７３ 原矿１００．００１３．０５１００．００ 由表 ４ 可知，开路和闭路相比，精矿 ＴｉＯ２品位基 本相同，约 ３０％，但开路有更高的精矿回收率，能达到 ７０．４６％。 同时试验中发现，中矿返回后对浮选泡沫影 响很大，所以选择开路流程为最终流程。 ２．３ 正浮选和反浮选精矿比较 对最佳条件下得到的精矿，即正浮选闭路试验和 反浮选开路流程的精矿进行比较可以看出，正浮选精 矿 ＴｉＯ２品位为 ３７．９５％，高于反浮选精矿，回收率却只 有 ２３．７９％，有用矿物损失严重，反浮选的回收率能够 达到 ７０．４６％，因而反浮选可作为粗选抛尾流程，富集 钛矿物。 分别对正浮选闭路和反浮选开路的精矿进行了 ＸＲＤ 分析，结果见图 ７。 由图 ７ 可知，两种精矿中锐钛 矿和钛铁矿含量都较高，金红石较少。 反浮选精矿中 石英的相对含量低于正浮选，却仍然存在铁铝榴石，使 ＴｉＯ２品位低于正浮选。 这说明 １６４ 捕收剂对石英具 ８４矿 冶 工 程第 ３６ 卷 有很强的捕收能力，对铁铝榴石捕收能力较差，而且其 选择性好，能保证较高的 ＴｉＯ２回收率。 2030104050 1 9V3 2 V3 3 1/; 4 ;A 5 54; 60708090 2 / θ 1 2 3 3 4 4 4 4 4 4 5 4 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 22 2 2 2 1 111 1 1 1 1 1 11 1 1 ,-23 C-23 图 ７ 精矿 ＸＲＤ 分析结果 ３ 结 论 １） 正浮选得到了 ＴｉＯ２品位 ３７．９５％、回收率 ２３．７９％ 的钛精矿，而反浮选可得到 ＴｉＯ２品位 ３０．０７％、回收率 ７０．４６％的钛精矿，采用反浮选流程可明显提高钛回 收率。 ２） 正浮选中，ＹＳ⁃３ 捕收剂不浮铁铝榴石，但对含 钛矿物和石英的选择性差，草酸抑制脉石的同时，也抑 制了含钛矿物，造成精矿品位高而回收率低。 ３） 反浮选中，淀粉是含钛矿物的有效抑制剂，１６４ 捕收剂能有效浮选石英，但对铁铝榴石捕收能力差，使 反浮选精矿 ＴｉＯ２品位不高。 ４） 该矿石矿物嵌布粒度细，共生关系复杂，即使 细磨也不能实现有用矿物的单体解离。 原矿反浮选抛 掉产率 ６８．８２％尾矿的同时保证了较高的回收率，因此 可作为粗选抛尾流程，实现 ＴｉＯ２的初步富集，为进一 步深入研究和开发利用奠定基础。 参考文献 ［１］ 王立平，王 镐，高 颀，等． 我国钛资源分布和生产现状［Ｊ］． 稀 有金属，２００４，２８（１）２６５－２６７． ［２］ 蒋 昊，朱树生，孙忠诚，等． 云南某低品位钛铁矿选矿试验研究 ［Ｊ］． 矿冶工程，２０１５（４）４０－４３． ［３］ 张凯熙，葛英勇，郭开希． 陕西某选铁尾矿中钛铁矿的浮选实验研 究［Ｊ］． 矿冶工程，２０１４（６）３８－４０． ［４］ 易运来，魏 茜，刘忠荣． 国外某复杂钛铁矿的选矿试验研究［Ｊ］． 矿冶工程，２０１４（１）４１－４３． ［５］ 戴新宇． 原生钛铁矿选矿技术的进展［Ｊ］． 中国矿业，２００２，１１ （２）４０－４２． ［６］ 吴 贤，张 健． 我国大型原生金红石矿的选矿工艺［Ｊ］． 稀有金 属快报，２００６，２５（８）５－１０． ［７］ 高利坤，戴惠新，陈禄政． 细粒难选锐钛矿浮选试验研究［Ｊ］． 昆 明理工大学学报（理工版），２０１２，３７（３）１－５． ［８］ 朱建光． 金红石和钛铁矿的浮选［Ｊ］． 有色矿冶，１９９７，１３（３）２８－ ３５． ［９］ 朱建光． 浮选金红石用的捕收剂和调整剂［Ｊ］． 国外金属矿选矿， ２００８，４５（２）３－８． ［１０］ 赵一鸣，李大新，吴良士，等． 内蒙古磨石山沉积变质型锐钛矿矿 床一个大型新类型钛矿床的发现、勘查和研究［Ｊ］． 地质学报， ２０１２，８６（９）１３５０－１３６６． ［１１］ 魏焕民，苗淑贤，赵争争，等． 司家营研山铁矿浮选尾矿回收研究 ［Ｊ］． 矿业工程，２０１３，１１（２）２４－２６． 􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎 （上接第 ４５ 页） 通过氧化焙烧⁃磁选试验，可获得ＴｉＯ２品位４７．３４％、Ｃｒ２Ｏ３ 含量 ０．２８％的合格钛精矿。 ３ 结 论 １） 重砂矿中主要有用矿物为钛铁矿，其次为钛磁 铁矿和锆英石，脉石矿物主要为石英、铬铁矿，其次为 长石、高岭石、绿泥石和云母等，其中去除铬铁矿是该 资源有效利用的关键。 ２） 经弱磁⁃强磁⁃氧化焙烧⁃干式磁选流程，最终可 获得 ＴｉＯ２品位 ４７．３４％、Ｃｒ２Ｏ３含量 ０．２８％的合格钛精 矿以及 ＴＦｅ 品位 ５５．２４％的钛磁铁精矿。 ３） 采用氧化焙烧的方法，可增强钛铁矿与铬铁矿 的磁性差异，通过磁选实现二者的分离，最终达到提钛 降铬的目的。 参考文献 ［１］ 唐德生，邹贻薪． 原生钛铁矿氧化焙烧的磁性变化与磁选分离 ［Ｊ］． 矿产综合利用，１９８５（２）５－１１． ［２］ 刘云龙，郭培民，庞建明，等． 钛铁矿磁化焙烧分离的热力学分析 ［Ｊ］． 钢铁钒钛，２０１３（３）７－１２． ［３］ 马 浩，陈铁军，黄献宝，等． 镜铁矿粉矿磁化焙烧⁃磁选试验研究 ［Ｊ］． 矿冶工程，２０１５（５）３９－４１． ［４］ 唐立靖，唐 云，梁居明． 高铝高硅褐铁矿钠化焙烧⁃磁选试验研 究［Ｊ］． 矿冶工程，２０１５（２）１１７－１１９． ［５］ 李 解，韩腾飞，李保卫，等． 赤铁矿微波还原焙烧⁃弱磁选工艺研 究［Ｊ］． 矿冶工程，２０１４（１）８２－８６． ［６］ 张志荣，孙体昌，胡天洋． 酒钢镜铁山铁矿石直接还原⁃磁选试验 研究［Ｊ］． 矿冶工程，２０１４（５）５４－５７． ９４第 ２ 期王友昌等 锐钛矿和钛铁矿混合型钛矿石的浮选分离研究