鄧 建，楊耀輝，王洪彬，嚴(yán)偉平，曾小波

（1.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所,四川 成都 610041；2.中國地質(zhì)調(diào)查局金屬礦產(chǎn)資源綜合利用技術(shù)研究中心,四川 成都 610041；3.攀鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司,四川 攀枝花 617000）

0 引言

鈦是一種重要稀有金屬，被廣泛應(yīng)用于化工、電力、冶金、制鹽、醫(yī)藥、航空航天、船艦、潛艇以及制造化工、化纖工業(yè)等行業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著十分重要的作用[1?2]。鈦主要以化合物的形式賦存于鈦鐵礦（FeTO3）和金紅石（TiO2）中，目前已探明鈦資源絕大部分都以鈦鐵礦的形式存在[3]。鈦鐵礦主要分布在亞洲、大洋洲和歐洲，我國（26.14%）與澳大利亞（28.41%）占世界儲量一半以上。我國探明的鈦鐵礦資源分布在 21 個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）共 108 個礦區(qū)，主要產(chǎn)區(qū)為四川、河北、海南、廣東、湖北、廣西、云南、陜西、山西等地，其中以四川攀西地區(qū)儲量最大，鈦（TiO2）儲量高達(dá)35 526.6 萬t，約占全國的90.54%，主要礦區(qū)分為攀枝花礦區(qū)、白馬礦區(qū)、攀西礦區(qū)和太和礦區(qū)[4?6]。隨著資源的開發(fā)，攀西礦區(qū)的礦石嵌布粒度越來越細(xì)，同時隨著開采的不斷深入，出現(xiàn)輝長巖、輝石巖在礦石中含量逐漸減少，而橄輝巖含量增多的現(xiàn)象，導(dǎo)致選礦難度增加[7?9]。攀西礦區(qū)的釩鈦磁鐵礦有效利用率低，尤其是鈦資源，約50%的鈦進(jìn)入鐵精礦中沒有得到利用，而進(jìn)入選鐵尾礦中的鈦鐵礦資源由于受選鐵制約也導(dǎo)致其利用率不到30%，這造成了鈦資源的巨大浪費(fèi)[10]?！皬?qiáng)磁選-浮選工藝”是目前攀西地區(qū)選礦廠選鈦的主要工藝，而浮選是從選鐵尾礦中得到合格鈦鐵礦產(chǎn)品的關(guān)鍵工藝。在浮選工藝中，浮選藥劑的選擇起到了決定性作用，針對不同的礦石性質(zhì)藥劑制度截然不同，對選礦藥劑的性質(zhì)優(yōu)化是提高鈦資源利用率的一個重要途徑[11?12]。目前常用的鈦鐵礦捕收劑有脂肪酸類捕收劑，含磷、砷類捕收劑，羥肟酸類捕收劑等。如：有氧化石蠟皂、塔爾油、石油磺酸鈉、苯乙烯膦酸、乳化塔爾油、MOS 及其升級產(chǎn)品MOH、R-1、R-2、ROB、HO 和XT 等，大部分可以取得較為理想的指標(biāo)。常用到的鈦鐵礦浮選調(diào)整劑有硫酸、水玻璃、酸化水玻璃、氟硅酸鈉、草酸、CMC、腐殖酸鈉等常規(guī)的無機(jī)調(diào)整劑[13?14]。隨著釩鈦磁鐵礦資源開采不斷深入，礦石性質(zhì)有了巨大變化，礦石的品位變低、可選性變差、脈石礦物成分變復(fù)雜，常規(guī)調(diào)整劑抑制效果越來越差，對于易發(fā)生次生蝕變的橄欖石礦物，目前尚缺乏對其有效的選擇抑制劑。

鑒于此，筆者以攀西某選鐵尾礦的強(qiáng)磁預(yù)富集產(chǎn)品為試驗(yàn)礦樣（原礦中含鈦 16.60%）進(jìn)行鈦鐵礦浮選藥劑優(yōu)化試驗(yàn)研究。針對該原料的性質(zhì)特點(diǎn)，對其開展了常用藥劑的優(yōu)化試驗(yàn)，對捕收劑種類及用量、抑制劑種類及用量、硫酸用量藥劑進(jìn)行了優(yōu)化，并自研了一種該類鈦鐵礦脈石礦物的有效抑制劑EMA。最終，通過優(yōu)化的磁選除鐵-浮選脫硫+一粗一掃五次精選閉路流程獲得了合格的鈦鐵礦精礦，對該地區(qū)選鐵尾礦中鈦鐵礦的浮選優(yōu)化具有借鑒意義。

1 礦石性質(zhì)

1.1 樣品化學(xué)成分

浮選原礦樣品的 X 熒光光譜（半定量分析）和化學(xué)多元素分析結(jié)果如表1、2 所示。

表1 原礦X 熒光光譜（半定量）分析結(jié)果Table 1 XRF analysis results of raw ore (semi quantitative) %

表2 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 2 Chemical multi-element analysis results of raw ore %

分析結(jié)果表明，原礦主要有用元素TFe 含量為16.18%，F(xiàn)eO 含量為15.78%，F(xiàn)e2O3含量為5.58%，TiO2含量為16.6%，Cu 含量為0.011%，Co 含量為0.03%，Ni 含量為0.036%；脈石組分SiO2含量為29.132%，MgO 含量為15.779%，CaO 含量為9.451%，Al2O3含量為2.68%。

1.2 礦物組成與含量

通過光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、能譜探針、X 射線衍射對樣品進(jìn)行了綜合鑒定，并統(tǒng)計了礦物量，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 礦物組成Fig.1 Mineral compositions

按照礦物的物理化學(xué)特征和工藝特征，將樣品中的礦物劃分為四種工藝類型：鈦磁鐵礦（6.54%）、鈦鐵礦（31.2%）、金屬硫化物（0.54%）和脈石礦物（61.72%）。主要礦物包括鈦鐵礦（31.2%）、鈦磁鐵礦（6.54%）、輝石（41.21%）、橄欖石（14.11%）；次要礦物包括斜長石（1.47%）、綠泥石（2.67%）；微量礦物包括金屬硫化物（0.54%）等。

1.3 樣品粒度分析

浮選原礦樣品篩分結(jié)果如表3 所示。

表3 浮選原礦篩分分析結(jié)果Table 3 Screening analysis results of flotation raw ore

可以看出，浮選原礦樣品中?0.075～+0.038 mm含量最高，金屬分布率36.50%。粒度越細(xì)，TiO2品位越高，原礦?0.019 mm 中TiO2品位24.20%，金屬分布率26.00%，含較多的微細(xì)粒。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

通過樣品性質(zhì)分析可以看出，樣品中含有一定的鈦磁鐵礦（6.54%）、金屬硫化物（0.54%），為避免其對精礦產(chǎn)品的影響，在鈦鐵礦浮選前對樣品進(jìn)行了弱磁除鐵、脫硫處理。隨后進(jìn)行了藥劑優(yōu)化條件試驗(yàn)（粗選試驗(yàn)）、全開路與閉路試驗(yàn)。

2.1 藥劑種類優(yōu)化試驗(yàn)

2.1.1 捕收劑種類優(yōu)化

本次試驗(yàn)選用MOS、優(yōu)鈦、MOH 三種鈦鐵礦常用捕收劑進(jìn)行粗選條件試驗(yàn)，用量均為2 000 g/t，其中硫酸用量1 800 g/t，抑制劑（EMA）用量300 g/t，柴油用量150 g/t，進(jìn)行該礦樣的捕收劑對比優(yōu)化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示。

圖2 捕收劑種類試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Test results of collector types

捕收劑MOH 具有較好的浮選效果，可獲得鈦精礦TiO2品位28.85%，回收率87.73%的浮選指標(biāo)。MOS 可獲得鈦精礦TiO2品位27.80%，回收率87.85%的浮選指標(biāo)，精礦品位較MOH 低。優(yōu)鈦捕收能力較強(qiáng)，使得浮選產(chǎn)率較大、粗精礦品位較低，回收率雖然有89.96%，但TiO2品位只有23.18%，不利于后續(xù)浮選，對于該樣品浮選效果較差。MOH 為該鈦鐵礦浮選優(yōu)選捕收劑。

2.1.2 抑制劑種類優(yōu)化

試驗(yàn)所用抑制劑種類分別為EMA（自研）、水玻璃、酸化水玻璃，用量均為300 g/t 進(jìn)行粗選試驗(yàn)，其中捕收劑MOH 用量2 000 g/t，硫酸用量1 800 g/t，柴油用量150 g/t，試驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。

圖3 抑制劑種類試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Test results of inhibitor types

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，加入抑制劑后均對鈦精礦的品位有所提升，其中水玻璃效果最差，酸化水玻璃次之，其中EMA 回收率最高，因此選擇抑制劑為EMA 作為試驗(yàn)最佳抑制劑，MOH 用量為2 000 g/t、硫酸用量為1 800 g/t，EMA 用量為300 g/t 時，可達(dá)到粗選鈦精礦TiO2品位28.85%、回收率87.73%的浮選指標(biāo)。EMA 為該樣品浮選的較優(yōu)抑制劑。

2.2 藥劑用量優(yōu)化試驗(yàn)

2.2.1 捕收劑用量優(yōu)化

試驗(yàn)捕收劑采用MOH，其用量分別為1 000、1 500、2 000、2 500 g/t 進(jìn)行試驗(yàn)，確定較優(yōu)捕收劑用量，其中硫酸用量1 800 g/t，柴油用量150 g/t，抑制劑用量300 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Test results of collector dosage

結(jié)果表明，隨著捕收劑量的增加，浮選回收率逐漸增加，但也伴隨著浮選鈦精礦品位的下降，當(dāng)捕收劑用量2 000 g/t 后，增加捕收劑用量回收率增加變緩，精礦品位下降變快，說明此時捕收劑已達(dá)到相對適宜的水平，增加其用量浮選效果變差。因此最佳捕收劑用量為2 000 g/t，可達(dá)到精礦TiO2品位28.85%，回收率87.73%的浮選指標(biāo)。

2.2.2 抑制劑用量優(yōu)化

試驗(yàn)抑制劑采用EMA，其用量分別為0、150、300、450、600 g/t 進(jìn)行試驗(yàn)，確定較優(yōu)抑制劑用量，其中捕收劑MOH 用量2 000 g/t，硫酸用量1 800 g/t，柴油用量150 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 抑制劑EMA 用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Test results of inhibitor EMA dosage

由圖5 可知，隨著抑制劑的增加，鈦鐵礦粗精礦的品位呈明顯上升趨勢，鈦鐵礦回收率呈先增加后下降的趨勢。由此可知，抑制劑可以有效提高粗精礦的品位，同時加入抑制劑對回收率也有一定的提升，綜合可以看出抑制劑用量在300 g/t 時，浮選效果較優(yōu)，因此確定抑制劑用量為300 g/t。

2.2.3 硫酸用量優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)鈦鐵礦的浮選pH 在5.5～4.5 調(diào)整為宜，試驗(yàn)對應(yīng)硫酸用量為1 500～2 000 g/t，捕收劑MOH 用量2 000 g/t，抑制劑用量300 g/t，柴油用量150 g/t，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 硫酸用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Test results of sulfuric acid dosage

結(jié)果表明，隨著硫酸用量的增加，礦漿pH 隨之降低，鈦鐵礦精礦的品位有顯著的提升，但硫酸用量過多對回收率也有一定的影響。其中，硫酸用量為1 800 g/t，此時礦漿pH 為4.2，鈦鐵礦浮選指標(biāo)較好，鈦精礦TiO2品位30.10%，回收率85.53%。

2.3 全流程優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)粗選優(yōu)化試驗(yàn)，對物料進(jìn)行全流程試驗(yàn)優(yōu)化，確定較優(yōu)的浮選流程并進(jìn)行閉路試驗(yàn)。試驗(yàn)進(jìn)行了一粗一掃四次精選、一粗一掃五次精選流程進(jìn)行浮選試驗(yàn)，以及閉路試驗(yàn)。最終優(yōu)化得浮選流程如圖7 所示。

圖7 浮選閉路試驗(yàn)流程及條件Fig.7 Flotation closed circuit test process and conditions

混合樣原礦通過磁選除鐵-浮選脫硫+一粗一掃四次精選選鈦的全開路可獲得鈦精礦TiO2品位45.50%，回收率 61.73% 的指標(biāo)?；旌蠘釉V通過磁選除鐵-浮選脫硫+一粗一掃五次精選選鈦的全開路試驗(yàn)可獲得鈦精礦TiO2品位46.56%，回收率51.52%的指標(biāo)?；诖胚x除鐵-浮選脫硫+一粗一掃五次精選的閉路試驗(yàn)可以獲得鈦精礦產(chǎn)率25.18%，TiO2品位46.48%，回收率71.31% 的良好指標(biāo)。

2.4 指標(biāo)評價與產(chǎn)品分析

對獲得的精礦產(chǎn)品進(jìn)行粒度分析與各粒級TiO2品位分析，并與原礦進(jìn)行對比，用以對浮選產(chǎn)品指標(biāo)進(jìn)行評價，結(jié)果如圖8 所示。由圖8 可知，原礦主要粒度分布在?0.075～+0.038 mm 和?0.028 mm，隨著粒度的減小，原礦中TiO2品位增大，表明大部分的鈦鐵礦集中在細(xì)粒級中，這給浮選回收帶來了一定的困難。鈦精礦粒度主要分布在?0.075～+0.028 mm，隨著粒度的減小，原礦中TiO2品位減小，說明粗粒鈦鐵礦被有效回收且與脈石得到了較好的分選。眾多研究表明，粒度較細(xì)時藥劑對礦物的選擇性降低，這致使細(xì)粒中存在較多脈石礦物，導(dǎo)致其品位下降，細(xì)粒鈦鐵礦的回收率較低。綜上，該藥劑制度總體指標(biāo)優(yōu)異，但對微細(xì)粒鈦鐵礦的回收有待加強(qiáng)，這也是目前鈦鐵礦選礦普遍存在的問題，在工業(yè)實(shí)踐時適當(dāng)減少微細(xì)粒進(jìn)入浮選系統(tǒng)可得到更好的浮選效果，同時減少藥劑成本。

圖8 產(chǎn)品的品位及粒度分布評價Fig.8 Evaluation of product grade particle size distribution

2.5 試驗(yàn)小結(jié)

浮選粗選條件試驗(yàn)對浮選抑制劑種類、捕收劑種類以及用量進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)捕收劑采用MOH，用量2000 g/t，硫酸用量1 800 g/t 和抑制劑采用EMA 用量為300 g/t 條件下，鈦鐵礦的浮選效果最好，可達(dá)到粗選精礦鈦品位28.85%，回收率87.73%的效果。入浮物料，利用硫酸+EMA+MOH，通過磁選除鐵-浮選脫硫+一粗一掃五次精選選鈦流程，閉路試驗(yàn)可以獲得鈦精礦產(chǎn)率25.18%，TiO2品位46.48%，回收率71.31%的良好指標(biāo)。

3 結(jié)論

針對TiO2品位為16.6%，主要礦物為鈦鐵礦、鈦磁鐵礦、輝石、橄欖石，次要礦物為斜長石、綠泥石的攀西某選鐵尾礦進(jìn)行了選鈦藥劑優(yōu)化試驗(yàn)研究。對其開展了捕收劑種類及用量、抑制劑種類及用量、硫酸用量藥劑優(yōu)化試驗(yàn)，以及全開路、閉路優(yōu)化試驗(yàn)，獲得以下結(jié)論：

1)該原料粗選條件試驗(yàn)研究表明，其粗選最優(yōu)捕收劑為MOH，用量為2000 g/t；最優(yōu)抑制劑為EMA，用量為300 g/t；最優(yōu)硫酸用量為1 800 g/t。

2)通過最優(yōu)化的磁選除鐵-浮選脫硫+一粗一掃五次精選閉路試驗(yàn)可以獲得鈦精礦產(chǎn)率25.18%，TiO2品位46.48%，回收率71.31% 的良好浮選指標(biāo)。