胡志波，陳 桃，張子浩，郭美羚，王維清,3

(1.西南科技大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621010;2.昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；3.固體廢物處理與資源化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 綿陽(yáng) 621010；4.四川省非金屬礦粉體改性與高質(zhì)化利用技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室，四川 綿陽(yáng) 621010)

0 引言

四川攀西地區(qū)產(chǎn)生的大量含鈦高爐渣是我國(guó)重要的含鈦尾礦資源之一[1]。該地區(qū)的高爐渣組分復(fù)雜，處理難度大，并以300萬(wàn)t/a的速度持續(xù)增加，至今堆存量已超過(guò)8 000萬(wàn)t[2]。高爐渣的大量堆存不僅破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，而且造成了鈦資源的極大浪費(fèi)，因此對(duì)其開(kāi)展綜合利用研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

自20世紀(jì)60年代起，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)含鈦高爐渣資源的綜合利用開(kāi)展了大量的研究工作，其中應(yīng)用最多的是作為建筑材料，但經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低，難以實(shí)現(xiàn)鈦資源的有效利用[3-6]。另外研究較多的是高爐渣用作特種功能材料，但存在工藝復(fù)雜且處理量較小，不能解決高爐渣庫(kù)存量較大的問(wèn)題[7-9]。目前主要采用高溫碳化—低溫氯化法制備TiCl4、濕法浸出—煅燒法制備鈦白粉、高溫富集—選擇性分離含鈦礦物等工藝實(shí)現(xiàn)鈦組分的回收，其中前兩種工藝較為成熟，但因?qū)Νh(huán)境破壞較大而限制了其大規(guī)模應(yīng)用。婁太平等[10-11]將含鈦高爐渣原渣經(jīng)熱處理，使鈦組分富集于鈣鈦礦中，實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦的選擇性析出。馬俊偉等[12-13]通過(guò)對(duì)鈣鈦礦和鈦輝石的工藝礦物學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)兩者不適用于磁選和重選分離，基于兩者表面性質(zhì)的差異，采用浮選獲得了較好的分離效果。

高溫富集—選擇性分離含鈦礦物工藝的提出為實(shí)現(xiàn)高爐渣中鈦資源的綜合利用提供了一條更加綠色的途徑。本文以攀西地區(qū)含鈦高爐渣為研究對(duì)象，結(jié)合原渣性質(zhì)，基于團(tuán)隊(duì)前期的研究成果[14-15]，采用高溫使高爐渣中鈦組分富集于鈣鈦礦中，以硫酸和氫氧化鈉為pH調(diào)整劑、水玻璃為抑制劑、辛基羥肟酸為捕收劑、乙二胺四乙酸為絡(luò)合劑，通過(guò)浮選實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦和脈石礦物的有效分離，為有效利用攀西地區(qū)含鈦高爐渣提供了新的途徑。

1 試驗(yàn)

1.1 改性含鈦高爐渣的制備

高爐渣原渣取自攀西地區(qū)，經(jīng)對(duì)輥破碎后進(jìn)行干磨，固定球料比為3∶1，磨至-200目即得到試驗(yàn)原料。將原料進(jìn)行熱處理，以5 ℃/min升溫速率分別升溫至900、1 500 ℃，并各恒溫2 h；再以5 ℃/min降溫速率分別降溫至1 320、1 100 ℃，并各恒溫2 h；冷卻至室溫即得到改性含鈦高爐渣。

1.2 改性含鈦高爐渣磨礦細(xì)度試驗(yàn)

為了實(shí)現(xiàn)含鈦組分的有效解離，探索磨礦細(xì)度對(duì)浮選試驗(yàn)的影響，采用XMQ-Φ150×50型錐形球磨機(jī)對(duì)改性含鈦高爐渣進(jìn)行磨礦試驗(yàn)。每次進(jìn)礦100 g，礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，通過(guò)控制磨礦時(shí)間來(lái)控制磨礦細(xì)度。

1.3 浮選試驗(yàn)

1.3.1 浮選藥劑

主要浮選藥劑有硫酸、氫氧化鈉、辛基羥肟酸(OHA)、乙二胺四乙酸(EDTA)，均為分析純級(jí)試劑。

1.3.2 浮選流程

浮選流程如圖1所示?？刂茊我蛔兞?，依次進(jìn)行pH、EDTA用量、OHA用量、水玻璃用量試驗(yàn)。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，得出各藥劑的最佳用量。

圖1 浮選流程

2 結(jié)果與討論

2.1 高溫富集試驗(yàn)

高爐渣原渣經(jīng)化學(xué)滴定法測(cè)得TiO2品位為21.16%。圖2和圖3分別為高爐渣改性前后的XRD衍射圖。對(duì)比圖2和圖3可知：高爐渣改性前后所含主要礦物成分均為鈣鈦礦、鈦輝石和鋁鎂尖晶石，未生成新的物相；經(jīng)高溫富集改性后高爐渣的鈣鈦礦衍射峰強(qiáng)度增大，表明微細(xì)粒含鈦礦物已富集于鈣鈦礦中，使得鈣鈦礦含量有所增加。

圖2 高爐渣原渣XRD衍射圖

圖3 改性高爐渣XRD衍射圖

2.2 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可知：隨著磨礦時(shí)間的增加，改性高爐渣中-0.074 mm 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增加；當(dāng)磨礦時(shí)間為6 min時(shí)，-0.074 mm質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%；繼續(xù)延長(zhǎng)磨礦時(shí)間，-0.074 mm粒級(jí)物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加趨勢(shì)變緩。延長(zhǎng)磨礦時(shí)間會(huì)增加選礦能耗，因此選擇適宜的磨礦時(shí)間為6 min。

圖4 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果

2.3 pH試驗(yàn)

固定OHA用量為100 g/t、EDTA用量為2 000 g/t、水玻璃用量為600 g/t，探索在不同礦漿pH環(huán)境中改性高爐渣的浮選效果，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖5可知：在pH低于5.5時(shí)，TiO2品位與TiO2回收率均逐漸增加；當(dāng)pH高于5.5時(shí)，TiO2品位逐漸下降，TiO2回收率繼續(xù)增加，且TiO2品位下降的幅度大于其回收率增加的幅度。因此選擇適宜的礦漿pH為5～6。

圖5 礦漿pH對(duì)改性高爐渣浮選指標(biāo)的影響

2.4 EDTA用量試驗(yàn)

固定礦漿pH為5～6，OHA用量為100 g/t，水玻璃用量為600 g/t，探索在不同EDTA用量時(shí)改性高爐渣的浮選效果，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 EDTA用量對(duì)改性高爐渣浮選指標(biāo)的影響

由圖6可知：當(dāng)EDTA用量小于2 000 g/t時(shí)，TiO2的品位與回收率均隨EDTA用量的增加而增加；當(dāng)EDTA用量大于2 000 g/t時(shí)，TiO2的品位與回收率均先緩慢增加，然后快速下降；當(dāng)EDTA用量為2 000 g/t時(shí)，TiO2品位為38.00%、TiO2回收率為8.14%。

2.5 OHA用量試驗(yàn)

固定礦漿pH為5～6，EDTA用量為2 000 g/t，水玻璃用量為600 g/t，探索在不同OHA用量時(shí)改性高爐渣的浮選效果，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。由圖7可知：當(dāng)OHA用量小于112.5 g/t時(shí)，TiO2品位隨OHA用量的增加先增加后緩慢下降，TiO2回收率逐漸增加；當(dāng)OHA用量大于112.5 g/t時(shí)，TiO2品位逐漸下降，TiO2回收率快速增加；當(dāng)OHA用量為100 g/t時(shí)，TiO2品位最高，為38.83%，但其TiO2回收率過(guò)低，僅有6.89%；當(dāng)OHA用量為112.5 g/t時(shí)，TiO2品位為37.70%，TiO2回收率為19.53%。綜合考慮，選擇OHA用量為112.5 g/t。

圖7 OHA用量對(duì)改性高爐渣浮選指標(biāo)的影響

2.6 水玻璃用量試驗(yàn)

固定礦漿pH為5～6，OHA用量為112.5 g/t，EDTA用量為2 000 g/t，探索在不同水玻璃用量時(shí)改性高爐渣的浮選效果，試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，TiO2品位隨著水玻璃用量的增加而逐漸增加，TiO2回收率卻隨著水玻璃用量的增加而逐漸下降。綜合考慮，確定水玻璃用量為600 g/t。

圖8 水玻璃用量對(duì)改性高爐渣浮選指標(biāo)的影響

2.7 開(kāi)路浮選試驗(yàn)

使用硫酸調(diào)節(jié)礦漿pH會(huì)導(dǎo)致SO42-與鈣鈦礦表面的Ca2+結(jié)合形成CaSO4包覆于礦粒表面，降低捕收劑對(duì)鈣鈦礦的作用。本試驗(yàn)在調(diào)節(jié)礦漿pH前添加EDTA，目的是使EDTA在添加SO42-之前與鈣鈦礦表面的Ca2+結(jié)合形成絡(luò)合物，降低SO42-對(duì)浮選的影響。采用1粗3精2掃的開(kāi)路浮選流程(見(jiàn)圖9)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，精礦TiO2品位為42.38%，較原礦TiO2品位(21.16%)提高了1倍，TiO2回收率達(dá)到23.99%。精礦TiO2品位達(dá)到了生產(chǎn)要求(高于40%)。

圖9 開(kāi)路浮選試驗(yàn)流程

表1 開(kāi)路浮選試驗(yàn)結(jié)果 單位：%

3 結(jié)論

通過(guò)高溫處理，高爐渣中的鈦組分得到了有效富集；通過(guò)磨礦處理實(shí)現(xiàn)了含鈦組分的有效解離，最佳磨礦時(shí)間為6 min。浮選試驗(yàn)獲得的優(yōu)化工藝條件為：礦漿pH 5～6，EDTA用量2 000 g/t，OHA用量112.5 g/t，水玻璃用量600 g/t。采用1粗3精2掃的開(kāi)路浮選流程，獲得了TiO2品位為42.38%、TiO2回收率為23.99%的精礦指標(biāo)。