李 碩，陳福林*，蔡先炎，黃立雨，王志杰，吳 寧，黃 延

（1.釩鈦資源綜合利用國家重點實驗室,四川 攀枝花 617000；2.攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司,四川 攀枝花 617000；3.攀鋼集團新白馬礦業(yè)有限責(zé)任公司,四川 攀枝花 617000）

0 引言

釩鈦磁鐵礦是一種富含鐵、鈦、釩的典型鐵礦資源，目前已被列為我國重要的戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源。采用釩鈦磁鐵礦煉鐵的主要途徑與我國鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)生鐵的主體流程相同，均為采礦-選礦-燒結(jié)（球團）-高爐工藝[1-5]。釩鈦磁鐵礦經(jīng)選礦獲得的釩鈦鐵精礦由于TiO2含量高，在燒結(jié)與高爐冶煉過程中受硅鈣比和爐渣TiO2含量要求限制，在煉鐵過程中高爐入爐TFe 品位僅為50.5%～51.5%，煉鐵過程燃料比為540～570 kg/t，遠(yuǎn)高于普通鐵礦煉鐵水平[5-7]。在國家大力發(fā)展低碳經(jīng)濟的大環(huán)境下，隨著國內(nèi)煤炭和進口鐵礦石價格居高不下，世界鋼鐵價格大幅下跌，倒逼鋼鐵企業(yè)必須采取有效措施降低生鐵成本。攀鋼幾十年的實踐已證明，在高爐冶煉釩鈦鐵精礦的過程中，提高釩鈦鐵精礦TFe 品位是提升高爐入爐TFe 品位、降低高爐煉鐵燃料比的一項重要手段[8]，可有效降低企業(yè)生鐵生產(chǎn)成本，推動實現(xiàn)低碳發(fā)展。

近年來，各地的專家學(xué)者[9]在釩鈦鐵精礦提質(zhì)降雜方面積極開展學(xué)術(shù)研究。在提質(zhì)工藝研究方面，吳雪紅[10]開展了七段階磨階選研究，陳超等[11-12]探索了細(xì)磨深選、粗細(xì)粒級分別分選、復(fù)合力場分選以及磨礦-磁選-浮選的提鐵降雜工藝，謝美芳[13]、劉志雄[14]等分別研究了磁浮聯(lián)合提質(zhì)工藝；在提質(zhì)設(shè)備研究方面，陳超等[11]研究了新型提鐵降雜磁選機、磁選柱、磁場篩等新型設(shè)備，李國平等[15]研究了SXCT 濕式高頻諧波磁場磁選機的提鐵降雜能力，池冬瑞等[16]開展了新型復(fù)合力場精選機（浮電磁精選機）的提質(zhì)研究。以上研究雖在一定程度上提高了釩鈦鐵精礦的品位，但提質(zhì)的幅度并不大，且未說明提質(zhì)降雜的實質(zhì)。筆者在總結(jié)分析不同提質(zhì)方法及設(shè)備優(yōu)劣勢的基礎(chǔ)上，以攀西某典型釩鈦鐵精礦為研究對象，著重研究并介紹了三種不同提質(zhì)新工藝和磁選設(shè)備對釩鈦鐵精礦提質(zhì)降雜效果的影響，為攀西釩鈦鐵精礦實現(xiàn)TFe 品位較大幅度的提升提供了新的思路。

1 礦樣性質(zhì)

本研究所用釩鈦鐵精礦樣品來自于攀西某典型釩鈦磁鐵礦采選企業(yè)，該企業(yè)將采回的TFe 品位為27%左右的釩鈦磁鐵礦礦石先經(jīng)破碎和弱磁拋尾，再經(jīng)半自磨磨礦和直線篩篩分，篩下產(chǎn)品進行一段弱磁粗選，粗選精礦再由球磨機磨礦后進行兩段弱磁精選，最終得到TFe 品位約為55.5%的釩鈦鐵精礦，即本研究試驗所用樣品。試樣經(jīng)自然晾曬、低溫烘干混勻后，再用Zeiss Sigma 500 掃描電子顯微鏡+Bruker 能譜儀+AMICS 自動礦物分析系統(tǒng)、Zeiss Axio Imager M2 m 礦物光學(xué)顯微自動分析系統(tǒng)、WHⅡ多層振篩機以及化學(xué)分析設(shè)備對其化學(xué)成分、礦物組成、粒度組成及主要化學(xué)成分沿粒度分布規(guī)律等性質(zhì)進行了研究，分析結(jié)果見表1～3，礦物嵌布特征見圖1。礦樣中的Ti 元素主要分布于鈦磁鐵礦中，占比90.37%，其余分布于粒狀鈦鐵礦和榍石中，占比分別為7.47%和2.16%。

圖1 礦物嵌布特征照片F(xiàn)ig.1 Photographs of mineral embedding characteristics

表1 礦樣主要化學(xué)成分分析結(jié)果Table 1 Chemical composition analysis results of the sample %

表2 礦物組成及含量Table 2 The mineral composition and contents of the sample %

表3 礦樣粒度分析及主要化學(xué)成分沿粒度分布規(guī)律Table 3 Particle size analysis and distribution of main chemical components along particle size

由表1～3 及圖1 可知，樣品中TFe 品位達到了55.88%，且Fe 含量隨顆粒粒度的降低而逐漸升高，當(dāng)顆粒粒度＜0.074 mm 時，粒級TFe 品位達到了56.5%以上，提質(zhì)過程中可按0.074 mm 進行分級；樣品中主要雜質(zhì)元素的化學(xué)成分為TiO2、SiO2、Al2O3、MgO 和CaO；主要脈石礦物為綠泥石、蛇紋石、鎂鋁尖晶石，主要雜質(zhì)礦物為粒狀鈦鐵礦；大部分鈦鐵礦及鎂鋁尖晶石以網(wǎng)格狀、針狀、絮狀（圖1（a））、細(xì)脈狀和條帶狀（圖1（b））鑲嵌于鈦磁鐵礦基底形成客晶礦物，粒度普遍小于5 μm，磨礦解離難度較大；礦樣中90.37%的Ti 元素分布于鈦磁鐵礦中，其余分布于粒狀鈦鐵礦和榍石中；粗粒級脈石多且多以連生體存在（+0.10 mm，圖1（c）），細(xì)粒級脈石少且多以單體形式存在（-0.10 mm，圖1（d））。

以上研究結(jié)果表明，若要提升鐵精礦樣品的TFe 品位，需要采用合理的分級磨礦工藝，先降低樣品顆粒粒度，提升有用礦物與脈石礦物、雜質(zhì)礦物的單體解離度，再采用磁選設(shè)備對鐵精礦樣品進行提質(zhì)降雜研究。因此，筆者結(jié)合前期研究成果，分別開展了三種不同提質(zhì)工藝流程試驗和提質(zhì)磁選設(shè)備種類試驗，并對提質(zhì)前后鐵精礦中主要化學(xué)成分和主要礦物的變化情況進行了對比研究。

2 提質(zhì)試驗及結(jié)果討論

2.1 提質(zhì)工藝試驗

在實驗室采用GMT-6 型高頻脈沖脫磁器、KM-800-4 S 型高頻旋振篩、XCRS-Φ400×300 型電磁濕法鼓式磁選機等主要設(shè)備，將釩鈦鐵精礦按圖2～4所示的流程分別開展了“預(yù)先分級-粗粒再磨磁選”“預(yù)先分級-粗粒再磨磁選-細(xì)粒磁選”“深度磁選-分級-粗粒再磨磁選”3 種不同提質(zhì)工藝的對比試驗，結(jié)合鐵精礦樣品工藝礦物學(xué)分析結(jié)果和生產(chǎn)實際，在篩分時按0.074 mm 進行分級，篩上產(chǎn)品磨礦細(xì)度控制在-200 目（0.074 mm）＞95%，粗選磁場強度定為0.2 T 確保提質(zhì)回收率，精選磁場強度定為0.16 T 提升提質(zhì)精礦品位，試驗結(jié)果見表4。

圖2 “預(yù)先分級-粗粒再磨磁選”工藝流程Fig.2 "Preliminary classification-coarse grain grinding magnetic separation" process

圖3 “預(yù)先分級-粗粒再磨磁選-細(xì)粒磁選”工藝流程Fig.3 "Preliminary classification-coarse grain grinding magnetic separation-fine magnetic separation" process

圖4 “深度磁選-分級-粗粒再磨磁選”工藝流程Fig.4 "Deep magnetic separation-classification-coarse particle grinding magnetic separation" process

表4 提質(zhì)工藝試驗結(jié)果Table 4 The results of improving processes test

由表4 可知，三種工藝流程皆可獲得TFe 品位顯著提高的混合鐵精礦（鐵精礦1+鐵精礦2，下同）：①“預(yù)先分級-粗粒再磨磁選-細(xì)粒磁選”的分磨分選工藝提質(zhì)效果最佳，混合鐵精礦TFe 品位提升了3.36 個百分點，其Fe 金屬損失也最高（為2.37%）；②“預(yù)先分級-粗粒再磨磁選”工藝最簡單，F(xiàn)e 金屬損失最?。?.51%），但混合鐵精礦TFe 品位提高幅度最?。ㄌ岣?.3 個百分點）；③“深度磁選-分級-粗粒再磨磁選”工藝的混合鐵精礦TFe 品位提升幅度（提高2.79 個百分點）和Fe 金屬損失（為1.93%）均較適中。鑒于“預(yù)先分級-粗粒再磨磁選-細(xì)粒磁選”工藝的尾礦1 和尾礦2 中TFe 品位皆較低，且尾礦磁性鐵含量極少，綜合考慮認(rèn)為該工藝提質(zhì)效果最佳。

2.2 磁選設(shè)備種類試驗

按“預(yù)先分級-粗粒再磨磁選-細(xì)粒磁選”工藝流程開展了試樣的磁選設(shè)備種類試驗，磁選設(shè)備采用電磁濕法鼓式磁選機、SXCT0503 型高頻諧波磁場磁選機（150 mT 和250 mT 各1 臺）及JYFCXZ10 型磁選柱，試驗結(jié)果見表5。

表5 磁選設(shè)備種類試驗結(jié)果Table 5 The results of magnetic separation equipment type tests

由表5 可知，實驗室條件下，三種磁選設(shè)備對釩鈦鐵精礦礦樣TFe 品位提升能力排序為電磁濕法鼓式磁選機≈高頻諧波磁選機＞磁選柱，尾礦TFe品位高低排序為電磁濕法鼓式磁選機≈高頻諧波磁選機＜磁選柱。三種磁選設(shè)備均不能有效降低混合鐵精礦中TiO2含量，與圖1 中鈦鐵礦客晶因嵌布于鈦磁鐵礦中難以通過再磨使其解離，無法通過磁選分離達到降低TiO2含量的結(jié)果相符。

2.3 提質(zhì)過程主要成分變化規(guī)律

按“預(yù)先分級-粗粒再磨磁選-細(xì)粒磁選”工藝流程，對以電磁濕法鼓式磁選機為磁選設(shè)備所得混合鐵精礦和原礦（提質(zhì)前釩鈦鐵精礦）的主要化學(xué)成分和礦物組成進行了對比分析，結(jié)果分別見表6、7。

表6 提質(zhì)前后鐵精礦主要化學(xué)成分變化Table 6 Changes of main chemical compositions of iron concentrate before and after improving quality %

表7 提質(zhì)前后鐵精礦主要礦物成分變化Table 7 Changes of main mineral compositions of iron concentrate before and after improving quality %

由表6、7 可知：①混合鐵精礦中TiO2和V2O5隨TFe 品位的升高分別升高了0.24 和0.028 個百分點，S 降低0.1 個百分點，主要脈石組分降幅SiO2＞CaO＞MgO＞Al2O3，不利于高爐煉鐵的堿金屬Na2O 和K2O 均降低50%左右；②經(jīng)提質(zhì)后混合鐵精礦中鈦磁鐵礦含量大幅增加，磁黃鐵礦小幅降低，粒狀鈦鐵礦與脈石礦物的含量顯著下降（累計降低6.92 個百分點）；③提質(zhì)后混合鐵精礦中TiO2品位雖有提升，但TFe/TiO2較提質(zhì)原礦提高了0.20個百分點（增幅3.44%），且堿金屬含量顯著降低，表明該鐵精礦提質(zhì)降雜效果較佳。

3 結(jié)論

1）影響該釩鈦鐵精礦TFe 品位的主要雜質(zhì)元素化學(xué)成分為TiO2、SiO2、Al2O3、MgO 和CaO，粒狀鈦鐵礦及脈石組分占比高達14.26%，具有較大的提質(zhì)降雜空間；TFe 和主要脈石化學(xué)成分沿粒度分布差異較大，粗粒級脈石多與鈦磁鐵礦連生，細(xì)粒級脈石少且以單體為主；Ti 元素主要分布于鈦磁鐵礦，提質(zhì)過程鐵精礦TiO2降低困難。

2）針對該礦樣開展了“預(yù)先分級-粗粒再磨磁選”“預(yù)先分級-粗粒再磨磁選-細(xì)粒磁選”“深度磁選-分級-粗粒再磨磁選”3 種提質(zhì)工藝對比試驗，以及電磁濕法鼓式磁選機、高頻諧波磁選機、磁選柱3 種設(shè)備對比試驗。以電磁濕法鼓式磁選機為主要磁選設(shè)備，采用“預(yù)先分級（0.074 mm）-粗粒再磨（-0.074 mm 占96.50%）磁選-細(xì)粒磁選”工藝的提質(zhì)效果最優(yōu)，獲得的提質(zhì)混合鐵精礦中TFe 品位為59.24%、回收率為97.63%，提質(zhì)使鐵精礦的TFe 品位提高了3.36 個百分點，效果較佳。

3）該釩鈦鐵精礦經(jīng)提質(zhì)后TiO2和V2O5品位小幅升高，S 小幅降低，SiO2、CaO、MgO、Al2O3顯著降低，鈦磁鐵礦含量顯著提升，粒狀鈦鐵礦以及綠泥石、蛇紋石、鈣長石、鎂鋁尖晶石等脈石組分顯著降低（累計降低6.92 個百分點），TFe/TiO2較提質(zhì)原礦提高了0.2 個百分點（增幅3.44%）。

4）釩鈦鐵精礦提質(zhì)的本質(zhì)為通過磨礦和磁選，降低鐵精礦中的粒狀鈦鐵礦以及脈石礦物的含量，提升鈦磁鐵礦在精礦中的占比，從而實現(xiàn)鐵精礦中TFe 品位的提升。