伊朗某钛铁矿强磁选粗精矿浮选提质降杂试验研究

秦晓艳 刘 建 先凤学 杨保祥 郝佳美 高虎林 董文超

（1.昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093；2.昆明钢铁控股集团，云南 昆明 650302；3.攀枝花市钒钛产业协会，四川 攀枝花 617063）

QIN Xiaoyan1LIU Jian1XIAN Fengxue2YANG Baoxiang3HAO Jiamei1GAO Hulin1 DONG Wenchao12

（1.Faculty of Land Resource Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China；2.Kunming Iron and Steel Holding Group，Kunming 650302，China；3.Panzhihua Vanadium and Titanium Industry Association，Panzhihua 617063，China）

钛是一种银白色的过渡金属，化学性质活泼，可与多种金属发生化学反应，形成各种性能优良的合金[1]，并被广泛应用于航空航天、国防工业、化工工业、交通运输等领域[2-5]。目前，金属钛主要从矿石中提取，含钛的矿石主要包括钛铁矿、金红石、钛磁铁矿、红钛铁矿等[6]，其中，钛铁矿是含钛矿石中分布最广、储量最多、产量最高、工业应用价值最大的矿石[7]。据美国地质勘探局（USGS）在2018年统计的资料显示，全球钛铁矿储量约6.8亿t，主要分布在中国、澳大利亚、莫桑比克等国家[8]。

近几年，随着钛铁矿开采深度和复杂程度不断增加，钛铁矿中TiO2品位越来越低，分选愈发困难，单一选别方法难以满足大部分选厂对钛精矿产品指标的要求，因此，大多数选厂都采用联合工艺选钛[9]，主要包括磁选─浮选联合、重选─磁选联合、重选─浮选等。

针对磁选工艺富集后的钛铁矿未能达到最低销售质量标准的问题，研究人员大多采用浮选工艺对磁选粗精矿进一步提质降杂。邓冰等[10]对攀西某钒钛磁铁矿强磁选粗精矿进行了浮选试验研究。浮选采用EMZT-01、H2SO4和草酸作为调整剂，以EMZB-01作为浮钛捕收剂、煤油作为辅助捕收剂，在1粗4精1扫的闭路工艺流程条件下，获得了TiO2品位47.78%、TiO2浮选作业回收率为61.25%的钛精矿产品。该浮选工艺选别指标良好，但在闭路实验中H2SO4总用量高达3 355 g/t、捕收剂EMZB-01总用量高达3 850 g/t，药剂消耗量过大。黄晓毅等[11]对某钛铁矿石强磁抛尾后的粗精矿进行了浮选试验，最终确定采用1次粗选、3次精选、2次扫选且对精选1尾矿再进行扫选的工艺流程，最终获得了钛精矿TiO2品位46.22%、浮选作业回收率64.22%的良好指标，但缺点是工艺相对复杂。目前，钛铁矿磁选粗精矿浮选工艺技术可靠性高，选别指标良好，但存在药剂消耗量大、浮选流程复杂等问题。

针对上述问题，为进一步降低浮选成本，完善钛铁矿磁选粗精矿浮选药剂制度及工艺流程，对伊朗某钛铁矿强磁选后的粗精矿进行了系统的浮选试验研究。该钛铁矿石原矿TiO2含量为5.4%，脉石矿物主要为辉石、斜长石、角闪石等，原矿先经磨矿─弱磁除铁─强磁粗选─强磁精选的工艺流程获得强磁选粗精矿，本文以该强磁选粗精矿为研究对象，在化学多元素分析的基础上，对抑制剂草酸和水玻璃进行药剂种类及用量试验，对调整剂H2SO4、捕收剂MOH、抑制剂LD-C进行了粗选用量试验，最终，在闭路试验中获得了良好的浮选指标。研究结果为选矿厂建设提供了技术依据，同时为该类矿石的开发利用提供参考。

1 试验原料及试验方法

1.1 试验原料

试验原料为伊朗某钛铁矿经强磁选后的粗精矿，试样化学多元素分析结果见表1。

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由表1可知：试样TiO2含量为24.59%，有用矿物为钛铁矿，是试样中唯一可回收利用的组分；SiO2含量较高，达20.36%，CaO含量为7.28%、MgO含量为5.17%，Al2O3含量为4.3%；矿样中S含量较低，为0.034%，无须进行脱硫处理。脉石矿物主要为辉石，其次为斜长石、角闪石等。

1.2 试验方法

试样分选方法采用浮选工艺。每次试验称取试样250 g，将其加入XFD型单槽浮选机中，按照顺序依次添加不同种类及用量的浮选药剂，搅拌后进行充气并刮泡，将各种条件下所得的浮选产品经过滤后烘干并进行称重、制样，最终进行化验分析，计算浮选指标。

1.3 试验药剂

试验中所用到的调整剂为浓硫酸，抑制剂为草酸、水玻璃、LD-C，捕收剂为MOH，辅助捕收剂为柴油。其中浓硫酸、MOH、柴油为工业纯，草酸、LD-C和水玻璃为分析纯。

1.4 试验设备

试验中所用到的设备有XFD型单槽浮选机、电子天平、pH计、真空过滤机、真空干燥箱。

2 试验结果及分析

2.1 粗选条件试验

浮选体系复杂，影响矿物浮选指标的因素很多[12]。试验主要研究了抑制剂（草酸和水玻璃）的种类及用量、pH调整剂H2SO4用量、抑制剂LD-C用量、捕收剂MOH用量对磁选粗精矿浮选指标的影响。粗选试验流程如图1所示。

2.1.1 抑制剂种类及用量试验

选取对钛铁矿的脉石矿物抑制效果较强的抑制剂，是进行钛铁矿与脉石矿物有效分离的必要条件[13]。针对该矿样的脉石矿物（主要为辉石，其次为斜长石、角闪石等），选取了两种常用抑制剂草酸[14]和水玻璃[15]进行抑制剂种类及用量试验。

2.1.1.1 草酸用量试验

草酸可以显著降低脉石矿物表面的活性位点，降低脉石矿物表面上的捕收剂吸附密度，从而提高钛铁矿在浮选过程中的选择性[16]。在H2SO4用量1 500 g/t，MOH用量1 500 g/t，柴油用量50 g/t条件下，考察了草酸用量对浮选指标的影响，结果如图2所示。

由图2可知，随着草酸用量的增加，TiO2品位逐渐升高，TiO2回收率在草酸用量为200 g/t时达到最大值，之后随着草酸用量的增加，TiO2回收率逐渐降低。在草酸用量为200 g/t时，对脉石矿物的抑制效果最佳，此时TiO2的品位为31.87%、回收率为82.26%。

2.1.1.2 水玻璃用量试验

水玻璃可选择性地吸附在脉石矿物表面，增加脉石矿物亲水性[17]，同时改变脉石矿物表面电性，使脉石矿物和钛铁矿表面均呈负电，增大钛铁矿与脉石矿物之间静电斥力，降低矿粒的凝聚作用，提高浮选体系的分散性[18-19]。在 H2SO4用量 1 500 g/t，MOH用量1 500 g/t，柴油用量50 g/t条件下，进行了水玻璃用量试验，结果如图3所示。

图3表明，随着水玻璃用量的增加，TiO2的品位逐渐升高，但TiO2回收率在水玻璃用量为200 g/t时达到最大值，之后随着水玻璃用量的增加，TiO2回收率下降明显。说明水玻璃用量为200 g/t时，对脉石矿物的抑制效果最佳，此时TiO2的品位为29.09%、回收率为84.30%。

通过上述试验可以看出草酸作为抑制剂的效果明显优于水玻璃，因此，选用草酸作为抑制剂，用量为200 g/t。

2.1.2 调整剂H2SO4用量试验

试验采用的pH调整剂为H2SO4。在钛铁矿浮选过程中，添加H2SO4不仅可以调整钛铁矿浮选矿浆的pH值，还可以在钛铁矿表面发生特性吸附，增加钛铁矿表面的活化位点，使得捕收剂更容易吸附在钛铁矿表面[20]。在草酸用量200 g/t、MOH用量1 500 g/t、柴油用量50 g/t的条件下，进行了H2SO4用量试验，结果见图4。

图4表明，随着H2SO4用量的增加，TiO2品位不断升高，但TiO2回收率却大幅度下降，说明H2SO4用量与TiO2品位之间呈正相关，与TiO2回收率之间呈负相关。综合考虑，选取H2SO4用量为1 500 g/t。

2.1.3 抑制剂LD-C用量试验

药剂LD-C是一种新型高效抑制剂，用于抑制钙镁类脉石，其分子上主要与脉石矿物作用的基团为羧基（—COOH）和羟基（—OH）。上述试验中，在只添加抑制剂水玻璃或草酸时，粗精矿TiO2品位无法达到最佳指标。经过探索试验发现，在添加草酸的基础上，再添加抑制剂LD-C时，对浮选粗精矿TiO2品位有提升效果。固定H2SO4用量1 500 g/t、草酸用量200 g/t、MOH用量1 500 g/t、柴油50 g/t条件下，进行了LD-C用量试验，结果如图5所示。

图5表明，随着LD-C用量增大，TiO2品位逐渐上升，TiO2回收率显著下降，说明LD-C用量与TiO2品位之间呈正相关，与TiO2回收率之间呈负相关。综合考虑，选取LD-C用量为20 g/t，与不添加抑制剂LD-C的试验相比，TiO2的回收率仅略微下降，但TiO2品位提高了3.71个百分点。因此，确定LD-C用量为20 g/t。

2.1.4 捕收剂MOH用量试验

MOH是一种新型组合类捕收剂，兼顾捕收性与选择性，在实际矿石浮选过程中稳定性强[21-22]。选择MOH作捕收剂，在H2SO4用量1 500 g/t、草酸用量200 g/t、LD-C用量20 g/t、柴油用量50 g/t条件下，进行粗选捕收剂MOH用量试验，结果见图6。

由图6可知，当MOH用量较小时，TiO2品位与回收率均较低，随着MOH用量增加，TiO2回收率逐渐增加，但TiO2品位在MOH用量为1 000 g/t时达到最大值，之后随着MOH用量的增加，TiO2品位略有下降，当MOH用量超过1 500 g/t时，TiO2的品位明显降低。综合考虑TiO2品位和回收率指标，选取MOH用量为1 500 g/t。

2.2 闭路浮选试验

根据条件试验结果，按图7流程进行了闭路试验，结果见表2。

表2表明，磁选粗精矿浮选采用1次粗选、3次精选、1次扫选工艺流程，可获得TiO2品位为46.52%、TiO2回收率为69.59%的良好指标。

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3 精矿产品质量分析及抑制剂作用机理

3.1 精矿产品质量检测

对闭路试验中钛精矿产品进行化学多元素分析，结果见表3。

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从表3可知，精矿中TiO2品位达到了46.52%，CaO含量降低至0.23%，MgO含量降低至1.18%，SiO2含量降低至1.28%，说明草酸和LD-C对该脉石矿物的抑制效果显著。

3.2 草酸和LD-C的抑制机理

试样中脉石矿物主要为辉石，其次为斜长石、角闪石等，其中，辉石在脉石矿物中的含量最高，其在浮选过程中对钛铁矿分选效果影响亦最大。由于本文以草酸和LD-C作为辉石的抑制剂，为更直观地表述草酸和LD-C对钛铁矿和辉石浮选分离作用机理，将草酸和LD-C在钛铁矿和辉石表面吸附模型示意绘于图8。其中，LD-C为有机高分子抑制剂，示意图中只绘制了LD-C分子中主要与辉石作用的基团，即羧基（—COOH）和羟基（—OH）。

如图8所示，在浮选过程中，辉石表面会溶解暴露出大量Ca、Mg活性位点，在添加草酸后，草酸的C2O42-与辉石表面的活性位点发生吸附，显著降低了辉石表面的活性位点[14]，阻碍了后续捕收剂MOH对辉石的吸附，草酸在辉石表面的吸附量远远大于在钛铁矿表面的吸附量，钛铁矿的可浮性几乎不受影响，辉石的可浮性却显著降低。继续向矿浆中添加LD-C后，LD-C分子中的—OH和—COOH与辉石表面Ca、Mg原子发生强化学吸附。LD-C在辉石表面的选择性吸附降低了辉石表面的疏水性，进一步扩大了钛铁矿和辉石之间的可浮性差异，使辉石对捕收剂的吸附能力大大降低。草酸和LD-C在辉石表面的吸附作用远大于在钛铁矿表面的吸附作用，致使辉石的浮选得到了有效抑制。

4 结论

（1）伊朗某钛铁矿强磁选粗精矿中唯一可回收利用的组分钛铁矿TiO2品位为24.59%。SiO2含量较高，达20.36%，还含有CaO、MgO、Al2O3等，脉石矿物主要为辉石，其次为斜长石、角闪石等。矿样中S含量较低，不需要进行脱硫处理。

（2）针对矿石性质特点，通过条件试验确定浮选粗选抑制剂草酸和LD-C用量分别为200 g/t和20 g/t、pH调整剂H2SO4用量1 500 g/t、捕收剂MOH用量1 500 g/t、辅助捕收剂柴油用量50 g/t，在此基础上，试样经1粗3精1扫、中矿顺序返回的闭路浮选工艺流程，最终获得了钛精矿TiO2品位46.52%、TiO2回收率69.59%的良好指标。该工艺流程简单，药剂用量少，浮选指标良好。

（3）草酸和LD-C会对辉石表面溶解露出的大量Ca、Mg活性位点进行吸附，降低了辉石表面的疏水性的同时阻碍了捕收剂MOH的吸附。草酸和LD-C与辉石表面发生的吸附作用远大于在钛铁矿表面的吸附作用，使辉石的浮选得到有效抑制。