ZCLA选矿机在毕机沟钒钛磁铁矿尾矿综合回收铁、钛中的应用

于元进 曾尚林 曾维龙

(1.洋县钒钛磁铁矿有限责任公司；2.长沙矿冶研究院有限责任公司)

ZCLA选矿机在毕机沟钒钛磁铁矿尾矿综合回收铁、钛中的应用

于元进1曾尚林2曾维龙2

(1.洋县钒钛磁铁矿有限责任公司；2.长沙矿冶研究院有限责任公司)

毕机沟尾矿库堆存大量钒钛磁铁矿尾矿，其铁、钛矿物含量相对较高，具有很高的再回收利用价值。采用ZCLA选矿机进行1次粗粒湿式预先抛尾，可得到尾矿产率为39.16%，精矿铁、钛回收率分别为82.95%、93.22%的指标。ZCLA精矿弱磁选回收铁矿，强磁选—重选回收钛铁矿工艺流程，可获得铁精矿全铁品位为56.90%和钛精矿TiO2品位为44.48%的合格产品，开创了一种钒钛磁铁矿尾矿库综合利用的新工艺。

钒钛磁铁矿尾矿 综合回收 ZCLA选矿机 预先抛尾 磁选 重选

钛是重要的战略金属，钛由于具有比强度高、耐腐蚀性好、使用温度范围大、性能可调性好等优点，被广泛应用于航天与航海中[1]。我国钛资源主要赋存于钒钛磁铁矿、钛铁矿和金红石矿中，钒钛磁铁矿中钛资源占总储量的95%，钛铁矿中钛资源占总储量的5%，主要分布在云南、海南、广东、广西等地，金红石矿储量较少，主要分布在湖北、河南、山西等地。

低品位钒钛磁铁矿原矿TiO2品位低，回收难度大，大多民营企业仅回收钒钛磁铁矿中的磁铁矿，将钛铁矿作为尾矿排放到尾矿库中，造成钛资源的大量浪费。本文以陕西毕机沟钒钛磁铁矿尾矿为原料，引进新型ZCLA重磁拉选矿机“以下简称ZCLA选矿机”对该尾矿进行预选抛尾，对钒钛磁铁矿尾矿铁、钛资源进行综合回收及工艺探索。

1 尾矿工艺矿物学研究

陕西毕机沟钒钛磁铁矿尾矿全铁品位为13.5%、TiO2品位为5.21%，可回收的目的矿物主要是钛铁矿，金属矿物主要是钛铁矿，次为假象赤铁矿和褐铁矿；脉石矿物以斜长石和角闪石居多，次为辉石、黑云母、绢云母、绿泥石、磷灰石和榍石等。粒度组成及钛金属粒级分布见图1，钛铁矿单体解离度情况见表1。

由图1可知，该尾矿-0.074 mm粒级含量仅为19.28%，没有大于3 mm的物料，粒级主要为0.045～0.45 mm，其金属分布率达70.70%。

图1 粒度组成及钛金属粒级分布

表1 选铁尾矿中钛铁矿的解离度 %

单体连生体>3/43/4～1/21/2～1/4<1/4合计54.218.77.86.313.0100.00

由表1可知，该尾矿呈单体形式产出的钛铁矿仅为54.2%，其余部分呈富连生体或贫连生体形式产出，欲充分回收尾矿样中的钛铁矿，必须使钛铁矿与脉石矿物达到充分解离，工艺矿物学研究表明，需再磨矿，磨矿细度需达到-0.074mm占80%～90%。

2 试验研究

2.1 工艺流程的选择

钛铁矿与其他矿物在密度、磁性、电性等各种性质上均存在一定差异。因此，对于含钛矿石的选矿，重选、磁选、电选和浮选等选矿方法均可使用[2-3]。

由于该钒钛磁铁矿选铁尾矿已堆放在尾矿库中，如果将该尾矿重新采掘、运输到选矿厂进行加工，面临掘、运输成本高和选钛后尾矿无地存放的问题。长沙矿冶研究院联合设备厂家研发的ZCLA选矿机，对-10mm的钒钛磁铁矿能够铁、钛同时回收，且为永磁结构、能耗小、处理量大、重量轻、不需要安装基础，可在采砂船上应用等优点。为此，拟将ZCLA选矿机安装在尾矿库的移动平台上，采用ZCLA选矿机直接在尾矿库上进行抛尾，尾矿直接排放到尾矿库，粗精矿再输送到选矿厂进选钛工艺流程。

2.2 ZCLA选矿机的结构及工作原理[4]

ZCLA选矿机综合了磁选机、离心选矿机、摇床等多种选矿设备的特点，是一种复合力场的永磁选矿设备。主要由给矿槽、转筒、聚磁介质、磁性矿溜槽、磁系以及固定装置、磁性物接矿斗、非磁性矿接矿斗、可调节倾斜角度的支架等部件组成，其分选表面磁场强度为636.94kA/m。ZCLA选矿机将待选物料从给料槽1给入转筒2中，转筒2在一个由磁系以及固定装置4产生的高梯度非均匀磁场分选空间内旋转时，物料中的磁性物受磁力和重力作用，紧贴滚筒2的内壁随滚筒一起旋转，当滚筒2旋转至顶部无磁区时，由其自身重力作用和喷水管的水流冲洗作用，卸落进入磁性矿收集溜槽3内，由磁性矿溜槽3流入磁性矿接矿斗5中。非磁性物则沿着转筒2的筒壁直接溜走进入非磁性矿接矿斗6中，实现了磁性矿与非磁性矿的分离。ZCLA选矿机的分选原理见图2。

图2 ZCLA选矿机的结构及工作原理

1—给矿槽；2—转筒；3—磁性矿溜槽；4—磁系以及固定装置；5—磁性物接矿斗；6—非磁性矿接矿斗；7—可调节倾斜角度的支架

2.3 ZCLA选矿机预先抛尾试验

试验采用φ630 mm系列的内筒式永磁强磁选机，分析内筒式永磁强磁选机的各个可控参数，重点对该设备的转筒倾斜角度和转筒倾斜角度转速进行试验，确定内筒式永磁强磁选机的最佳工作条件。

对于α、β及富集比均不高时的粗扫选作业，采用汉考克-卢伊肯公式(1)对选矿效率进行评价，即

(1)

式中，E为选矿效率，%；α为原矿品位，%；β为精矿品位，%；θ为尾矿品位，%；βm为精矿理论品位(毕机沟钛铁矿理论TiO2品位按49.5%计算)。

2.3.1 转筒倾斜角度条件试验

在给矿不磨矿，固定转筒转速为13r/min的条件下，变化转筒倾斜角度分别为7°，9°，11°，13°，试验流程为ZCLA选矿机1次选别得到粗精矿，试验结果见图3，选矿效率见表2。

图3 ZCLA选矿机倾斜角度试验结果

表2 转筒倾斜角度试验选矿效率

由表2可知，ZCLA选矿机转筒倾斜角度的大小决定相同浓度矿浆的流速，影响矿石的分选时间；ZCLA选矿机分选过程中，转筒的倾斜角度越大，矿浆流经分选区的速度也越大，矿浆中的磁性矿物在分选区所受的竞争力也越大；因此，随着倾斜角度的增大，可被捕获的磁性矿物的粒度增大，粒度较小的磁性矿物被捕获的几率减小，而连生体由于磁性较弱，捕获难度大，磁选精矿的品位随倾斜角度的增大而升高，但回收率降低；在转筒转速为13 r/min条件下，选择θ=9°为转筒倾斜角度的最佳值，选矿效率为36.16%。

2.3.2 转筒转速条件试验

在给矿不磨矿，固定转筒倾斜角度θ=9°的条件下，变化转筒转速分别为7，9，11，13，15， 17 r/min，试验流程为ZCLA选矿机1次选别得到粗精矿，试验结果见图4，选矿效率见表3。

图4 转筒转速试验结果

表3 转筒转速试验选矿效率

由图4可见，ZCLA选矿机分选过程中，转筒转速越大，磁性矿物就越容易被捕获，因为磁性矿物在被捕获的过程中，增大转速则会缩短筒壁在分选区域停留的时间，若磁性矿物被筒壁吸附且以运动方式捕获，则可缩短竞争力对磁性矿物的作用时间，磁性矿物被捕获的几率增加，故磁选精矿的品位和回收率随着转筒转速增大而提高；但在转筒转速增大的同时，也会缩短筒壁在卸矿区的时间，使被筒壁捕获的磁性矿物还没完全卸下，筒壁就已经出了卸矿区，则会造成精矿的流失，降低选矿指标；综合考虑，在转筒倾斜角度θ=9°的条件下，选择15 r/min为转筒转速的最佳值，此时选矿效率为36.33%。

2.3.3 矿样生产

在不磨矿条件下，固定转筒倾斜角度θ=9°，转筒转速r=15 r/min，试验流程为ZCLA选矿机1次选别进行试验室生产，得到粗精矿为后续流程试验提供矿样。试验结果见表4。

表4 ZCLA选矿机生产矿样结果 %

名称产率品位TiO2TFe回收率TiO2TFe分选效率精矿60.847.8718.9493.2282.95尾矿39.160.896.056.7817.05给矿100.005.1413.90100.00100.0036.13

由表4可知，采用ZCLA选矿机可获得抛尾尾矿产率为39.16%，铁、钛回收率分别为82.95%、93.22%，分选效率为36.13%的试验指标。

2.4 综合利用新工艺试验流程对比研究

钛铁矿单体解离度测定结果表明，尾矿样中部分铁、钛矿物已经达到单体解离，不需要将所有的ZCLA粗粒湿式预先抛尾精矿进行再磨矿处理，因此选择0.1 mm作为分级粒度，将+0.1 mm物料磨细至-0.1 mm与原-0.1 mm物料合并进行选铁选钛。试验流程为粗精矿经0.1 mm筛分级—+0.1 mm磨矿—弱磁选铁，选铁尾矿粗选(ZCL选矿机或螺旋溜槽)—摇床重选选钛，该流程进行了选钛粗选作业段溜槽抛尾和ZCLA选矿机抛尾的对比试验，2种流程相同工艺时，选择同样的工艺参数和条件，试验数质量流程分别见图5和图6。

对比图5和图6试验结果可见，2种工艺流程获得的铁精矿和钛精矿指标非常接近，铁精矿产率分别为7.63%和7.76%，全铁品位均在57%左右，钛精矿产率分别为5.45%和5.89%，TiO2品位均在45%左右，但图5流程的钛精矿回收率比图6流程回收率提高了3.90个百分点。因为图6流程采用ZCLA选矿机进行选钛粗选，抛尾量比螺旋溜槽粗选提高了10.43个百分点，尾矿中钛金属损失率减少了4.96个百分点，提高了摇床的给矿入选品位，最终提高了全流程钛精矿的产率和回收率。

图5 尾矿样ZCLA抛尾—0.1 mm分级磨矿—弱磁选铁

图6 尾矿样ZCLA抛尾—0.1 mm分级磨矿—弱磁选铁

3 结 语

(1)毕机沟钒钛磁铁矿尾矿采用ZCLA选矿机进行抛尾试验，可获得抛尾尾矿产率为39.16%，铁、钛回收率分别为82.95%、93.22%，分选效率为36.13%的试验指标。

(2)采用ZCLA选矿机进行直接粗粒湿式预先抛尾，抛尾精矿经0.1mm分级—+0.1mm磨矿—弱磁选铁，选铁尾矿经粗选ZCL选矿机—摇床重选选钛流程，可获得全铁品位为57%的铁精矿和TiO2品位为45%的钛精矿，开创了一种钒钛磁铁矿尾矿综合利用新工艺。

[1] 杨绍利.钒钛材料[M].北京:冶金工业出版社，2007.

[2] 朱俊士.中国钒钛磁铁矿选矿[M].北京:冶金工业出版社，1996.

[3] 曾尚林,曾维龙.国内外高梯度磁分离技术的发展及应用[J].矿冶工程，2009(6):53-55.

[4] 曾维龙.攀西地区钒钛磁铁矿选矿新设备及新工艺研究[C]∥2012年钒钛磁铁矿资源开发技术交流会论文集.成都:中国钒钛产业联盟，2012：41-44.

2015-01-07)

于元进(1963—)，男，高级工程师，723300 陕西省汉中市洋县。