張 華，潘 炳，李 欣，袁 福

（長沙礦冶研究有限責(zé)任公司，湖南 長沙410012）

因潮汐、海流作用，砂質(zhì)沉積物中的重礦物碎屑在海濱地帶富集，由此形成的礦床被定義為海濱砂礦［1］。海濱砂礦具有極大的經(jīng)濟價值，分布廣泛，是鋯石、金紅石、獨居石、鈦鐵礦及錫石的重要開采源，具有勘探及開采簡單、粒度細、有用成分品位高、選礦和冶煉方便等優(yōu)點，受到了各國的重視［2-4］。

隨著國民經(jīng)濟飛速發(fā)展，人類對礦產(chǎn)資源需求量急劇增加，海濱砂礦越來越成為一種重要的礦產(chǎn)資源而被開發(fā)利用［5-8］。國外某細粒級海濱砂礦主要含有鈦鐵礦、鋯石、金紅石、獨居石等有用礦物，具有較高的經(jīng)濟價值，但其礦物種類較多，有價礦物粒度較細，增加了高效富集難度。為實現(xiàn)經(jīng)濟價值最大化，使有用礦物充分有效地分選富集，本文以該海濱砂礦為研究對象，從礦物物理化學(xué)性質(zhì)差異入手，通過針對性地選擇分選設(shè)備以及不同的選別工藝組合，最終實現(xiàn)鈦鐵礦、鋯石、金紅石、獨居石等有價礦物的高效分選。

1 試驗原料、設(shè)備及方法

1.1 試驗原料

試驗所用礦樣源自國外某海濱地帶，原礦化學(xué)多元素成分分析結(jié)果見表1。由表1可知，原礦中主要可供回收的有價礦物為TiO2、ZrO2、稀土氧化物（REO）等；脈石組分主要為SiO2，其次為Al2O3、CaO和MgO。

表1 原礦化學(xué)多元素成分分析結(jié)果（質(zhì)量分數(shù)）／%

原礦鈦物相分析結(jié)果見表2。結(jié)果表明，原礦中鈦主要以鈦鐵礦和金紅石形式存在；鈦鐵礦部分呈金紅石化，鈦分布率為58.56%；高鈦礦物以金紅石為主，含白鈦礦、銳鈦礦、板鈦礦等，鈦分布率合計為40.29%；鈦磁鐵礦、榍石中TiO2分布率僅為1.15%。

表2 原礦鈦的化學(xué)物相分析結(jié)果

X射線衍射、礦物參數(shù)自動分析系統(tǒng)（MLA）綜合分析結(jié)果查明，該海濱砂礦中鋯礦物主要為鋯石；鈦礦物有鈦鐵礦、金紅石（包括銳鈦礦）及白鈦石；稀土礦物主要為獨居石、少量磷釔礦。脈石礦物主要為石英，其次為少量電氣石、泥質(zhì)物等。含鉻礦物為鉻鐵礦及鉻鐵尖晶石，偶見有赤鐵礦、褐鐵礦等鐵礦物。其主要礦物組成和含量見表3。此外，鏡下發(fā)現(xiàn)，部分鈦鐵礦呈金紅石化，使得鈦鐵礦磁性減弱，不利于鈦的磁選回收。

表3 原礦主要礦物組成及含量（質(zhì)量分數(shù)）／%

原礦粒度篩析結(jié)果見表4。由表4可知，原礦樣中鈦鐵礦、鋯英石礦物粒度總體較細，-90+53 μm粒級占比較大；鈦礦物粒度相對較粗，鋯礦物粒度相對較細；鈦、鋯元素主要分布在-150+45 μm粒級中。

表4 原礦粒度篩析及鋯、鈦分布

1.2 試驗方法

該礦中主要回收的有用礦物為鈦鐵礦、金紅石、鋯英石和獨居石等，其粒度較一般海濱砂礦細，采用一般磁選設(shè)備難以獲得較高分選效率。針對該礦石，采用電磁平環(huán)強磁選機進行濕法預(yù)選，將鈦鐵礦、稀土礦以及鋯石高效分離，得到相應(yīng)產(chǎn)品的粗精礦；粗精礦再經(jīng)后續(xù)的重選／磁選／電選處理或聯(lián)合處理的精細化精選，最終獲得鈦精礦、金紅石精礦、鋯英石精礦以及稀土精礦。試驗主要設(shè)備為搖床、磁選機以及電選機等。

2 試驗結(jié)果及討論

2.1 濕法預(yù)選試驗

濕法預(yù)選主要利用海濱砂礦中各礦物的導(dǎo)磁性及比重差異將物料進行初步分選，分離出鈦鐵礦、獨居石、鋯英石、金紅石粗精礦。針對原礦粒度較細、部分鈦鐵礦呈金紅石化的特點，采用平環(huán)強磁選機進行濕法預(yù)選，選用較高場強（1.2 T）將鈦鐵礦（磁性物1）分離出來；因磁場強度較高，鈦鐵礦中夾帶有少量獨居石等弱磁性礦物，采用濕式中磁選機進行精選；濕式中磁選所得非磁性物與平環(huán)強磁選第二級（2 T）磁性物2合并，進入稀土礦物精選流程；平環(huán)強磁選得到的非磁性物為富集了鋯與金紅石的產(chǎn)品，為確保鋯英石回收率，采用一粗一掃、中礦再選三段搖床重選工藝，三段搖床精礦合并為鋯英石粗精礦，進入鋯英石精選流程。濕法預(yù)選工藝流程見圖1，試驗結(jié)果見表5。由表5可知，經(jīng)平環(huán)強磁選、濕式中磁選、搖床重選的濕法預(yù)選流程，鋯、鈦、稀土得到了初步分離，拋除了10.57%的搖床尾礦，各有價礦物回收率損失不大。

表5 濕法預(yù)選試驗結(jié)果

圖1 濕法預(yù)選流程

2.2 稀土礦物精選試驗

因礦物蝕變，其導(dǎo)磁性減弱，濕法預(yù)選時，磁性較弱的鈦鐵礦進入獨居石粗精礦中，經(jīng)鼓筒電選?雙筒中磁選將蝕變礦物逐步選出，以減少其對獨居石提純的干擾，但由于蝕變礦物與獨居石的導(dǎo)磁及導(dǎo)電性能差異并不明顯，電選?磁選分選效率不高。分析發(fā)現(xiàn)，獨居石與蝕變礦物比重差異較大，再次通過搖床進行獨居石與蝕變礦物的分離；在進入搖床前，使用弧板電選機對獨居石粗精礦進行電選，分離出部分黑色蝕變中礦，以減少后續(xù)搖床作業(yè)量，并可降低礦物復(fù)雜性及獨居石富集難度；搖床精礦干燥后，進入雙筒中磁選機，進一步分離得到鈦鐵礦、磷釔精礦以及獨居石精礦，具體工藝流程見圖2，試驗結(jié)果見表6。由表6可知，稀土礦物精選流程可得到獨居石精礦、磷釔精礦以及獨居石中礦3個主要產(chǎn)品，并副產(chǎn)出鈦鐵礦和鋯中礦；鋯中礦可進入選鋯流程進一步富集。該段作業(yè)TREO回收率99.22%、Y2O3回收率98.90%；在確保獨居石、磷釔礦精礦產(chǎn)品達標(biāo)的前提下，稀土礦物回收率得到了保障。

表6 稀土礦物精選試驗結(jié)果

圖2 稀土礦物精選流程

2.3 鋯英石1精選試驗

鋯英石作為非導(dǎo)電性及非導(dǎo)磁性礦物，其精選主要通過電選?磁選工藝除去少量鈦和鐵等導(dǎo)電、導(dǎo)磁性雜質(zhì)，以獲得高品質(zhì)鋯精礦。濕法預(yù)選流程得到的搖床精礦作為鋯英石1精選給礦。工藝流程見圖3，試驗結(jié)果見表7。由表7可知，鋯英石粗精礦經(jīng)干燥后通過電選?磁選聯(lián)合流程精選，鋯富集效果明顯。鼓筒電選、篩板電選導(dǎo)體產(chǎn)品合并進入后續(xù)金紅石精選流程，磁選所得磁性產(chǎn)品與弧板電選所得導(dǎo)體合并進入后續(xù)鋯英石2精選流程。

表7 鋯英石1精選試驗結(jié)果

圖3 鋯英石1精選流程

2.4 金紅石精選試驗

金紅石粗精礦1和金紅石粗精礦2合并，作為金紅石精選流程給礦。此產(chǎn)品夾帶少量脈石礦物，為保證精礦品位，鼓筒電選后通過178 μm篩網(wǎng)隔除脈石，金紅石精選主要通過電選?磁選工藝進行，具體工藝流程見圖4，試驗結(jié)果見表8。由表8可知，金紅石粗精礦經(jīng)電選?磁選精選，獲得了金紅石精礦、高鈦產(chǎn)品1和高鈦產(chǎn)品2、鈦鐵礦5和鋯英石粗精礦2，其中金紅石精礦產(chǎn)率3.74%、TiO2品位92.80%、ZrO2含量0.71%、TiO2回收率11.74%。金紅石精礦TiO2品位達到了金紅石一級品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。鋯英石粗精礦2進入鋯英石2精選流程。

表8 金紅石精選試驗結(jié)果

圖4 金紅石精選流程

2.5 鋯英石2精選試驗

稀土礦物精選流程非導(dǎo)磁產(chǎn)品（鋯中礦1）、鋯英石1精選流程鋯英石粗精礦2以及金紅石精選流程非導(dǎo)體產(chǎn)品（鋯中礦2）混勻，進行鋯英石再提取，以提高鋯英石總回收率，混勻物料中夾帶的少量脈石礦物，通過125 μm篩網(wǎng)隔除。鋯英石2精選通過電選?磁選?重選聯(lián)合工藝進行多次分選，具體工藝流程見圖5，試驗結(jié)果見表9。從表9可知，通過鋯英石2精選流程，獲得了鋯英石精礦2、鋯中礦3以及鈦鐵礦6。

圖5 鋯英石2精選試驗流程

表9 鋯英石2精選試驗結(jié)果

2.6 主要產(chǎn)品匯總

將各流程中的鋯英石、鈦鐵礦、金紅石、獨居石等精礦產(chǎn)品以及各中礦產(chǎn)品進行匯總，主要產(chǎn)品及指標(biāo)見表10。由表10可知，該海濱砂礦通過濕法預(yù)選、重選／磁選／電選聯(lián)合的分階段流程分選，獲得了鈦鐵礦、鋯英石、獨居石、金紅石、磷釔礦等精礦產(chǎn)品，鋯、鈦、稀土綜合回收率分別為97.08%、76.86%、88.13%，綜合高效回收了海濱砂礦中的多金屬組分。

表10 主要產(chǎn)品及指標(biāo)匯總

3 結(jié) 論

1）試驗樣品為典型的微細粒海濱砂多金屬礦，主要可供回收的有價礦物為鈦礦物、鋯礦物及稀土氧化物。鋯礦物主要為鋯石；鈦礦物有鈦鐵礦、金紅石（包括銳鈦礦）及白鈦石，部分鈦鐵礦呈金紅石化，使得鈦鐵礦磁性減弱，不利于鈦的磁選回收；稀土礦物主要為獨居石，少量磷釔礦；脈石礦物主要為石英，少量電氣石、泥質(zhì)物等。

2）采用平環(huán)強磁選機濕法預(yù)選，稀土礦物、鋯英石、金紅石粗精礦通過重選／磁選／電選聯(lián)合工藝分階段精選，獲得了鈦鐵礦、鋯英石、獨居石、金紅石、磷釔礦等精礦產(chǎn)品，取得了鋯、鈦、稀土綜合回收率分別為97.08%、76.86%、88.13%的良好分選指標(biāo)，綜合高效回收了海濱砂礦中的多金屬。