钒钛磁铁矿石选矿工艺优化实践

    攀枝花地区储存丰富的钒铁磁铁矿，攀钢作为回收钒钛磁铁矿的主体企业，虽然经过多次联合攻关，但由于原矿性质的变化装备水平落后，攀钢对钛铁矿的回收率较低，大量的钛资源没有得到回收利用，造成了资源的流失浪费。因此，攀钢选钛厂正结合多年生产经验，对攀枝花钛资源的选钛技术及装备水平进行优化研究。

    一、攀枝花钛资源

    攀枝花—西昌地区是一个超大型的钒钛铁矿岩储藏区，由攀枝花、红格、白马和太和等几大矿区组成的。矿体范围大，矿石类型为致密块状、浸染状。矿石中的钛矿物主要为粒状钛铁矿、钛铁晶石和少量片状钛铁矿。攀枝花选钛原矿的矿物组成及钛铁矿的化学成分见表1和表2。

表1  选钛原矿的矿物组成分析结果

表2  钛铁矿化学成分分析结果

    目前，攀枝花矿回收的钛主要是原矿中的粒状钛铁矿，回收率为17.88％左右。选钛原矿中矿物组成复杂、TiO₂品位低，同时钛铁矿的成分和含量都比较多，这给钛铁矿的高效回收带来一定的困难，因此，攀枝花钛铁矿的高效回收需要先进的工艺技术和装备水平。

    二、现有选钛技术及装备水平

    （一）选钛技术

    攀枝花选钛技术及装备水平以攀钢密地选钛厂为代表。攀钢密地选钛厂是从事钛精矿生产的全国最大的专业化厂家。1980年建成投产第一条年产5万t钛精矿生产线，处理攀钢矿业公司选矿厂的部分选铁尾矿。经过不断的科技攻关和技术革新，到2004年选钛厂接取攀钢选矿厂生产的全部选铁尾矿作为选钛原矿，现已形成以“重选—电选”为主体的粗粒钛铁矿回收生产线和以“强磁—浮选”为主体的细粒钛铁矿回收生产线及一条硫钴精矿回收生产线。目前攀钢选钛厂已形成实际年生产能力25万～27万t钛精矿的，成为国内模最大的原生钛铁矿选矿厂。

    （二）选钛装备

    1、浓缩、分级、脱泥装备

    选钛浓缩分级脱泥设备发展经历2次阶段性的跨跃。第一阶段是新型高效浓缩分级箱的研制，并成功取代四室水力分级机。第二阶段是斜板浓缩分级箱的研制和应用。

    2、强磁装备

    选钛工艺流程先后采用φ1500mm×1000mm湿式笼式永磁强磁机，和Shp－2000强磁选机，目前在选钛厂生产使用的强磁设备有赣州金环磁选设备公司的Slon立环式脉动高梯度强磁机和广州有色金属研究院的SSS－I高梯度强磁机。

    3、重选装备

    先后采用铸铁螺旋溜槽（FLX－φ600mm和φ1200mm螺旋溜槽）和GL－2螺旋选矿机。目前采用西昌玻钢公司的NL－600螺旋、LL₂－1200刻槽螺旋溜槽和河南沁龙化学防腐公司的DL－2000刻槽螺旋溜槽。

    4、电选装备

    先后使用的电选机：长沙矿冶研究院制造的YD－3A型、YD－3B型和YD31200－23型。同时对Carpco公司制造的HIP (25) 231－200型改造后使用。

    5、浮选装备

    先后采用的浮选机主要有：SF－4m³、SF－10m³、SF-1.2 m³和GF－4 m³。

    三、攀钢选钛技术及装备优化研究

    （一）优化研究的必要性

    攀钢选钛现有回收率仅在17.88％之间，这说明钛铁矿的回收率还有很大的提升空间。从钛铁矿回收的多年生产实践看，“重选—电选”流程由于原则流程对原矿的适应性差，其生产状况难以得到根本的改变，选铁尾矿中的钛资源难以得到高效回收，“强磁—浮选”流程才是回收选钛厂钛铁矿的更为先进、合理的选矿流程；同时现有微细粒选钛中浮钛作业的原矿准备作业不够充分，造成入浮钛作业的原矿品位较低、泥化现象严重，从而造成最终选别指标不理想运行成本高的结果。

    （二）选钛工艺流程优化

    针对现有选钛流程存在的问题及本着资源综合利用的观点，优化研究中对选钛厂现有生产工艺流程进行了优化。优化流程包括钛铁矿回收、次铁精矿回收、硫钴矿回收以及浮选尾矿回收四大流程。

    钛铁矿回收流程是针对原细粒级回收流程采用“强磁—浮选”流程的主要问题：浮选原矿品位低、浮选药剂和动力费用高、浮选粒度范围太宽且控制不严格。因此选钛厂进行的扩能改造工程，粗、细粒原矿采取适合各自特点的处置措施：对粗粒部分，按照“强磁抛尾—粗粒再磨—强磁精选—浮选”的流程展开；对细粒部分，采用“强磁抛尾—强磁精选—浮选”的流程进行优化改造，优化改造完成后，形成粗、细粒级两个选钛系统。

    次铁精矿回收流程是对选钛过程中产生的次铁精矿进行集中回收处理，形成铁精矿年产量20万t的生产线。铁精矿回收流程内部结构为：粗粒分级（细粒直接进人分级）—磨矿—一次精选—二次精选—扫选，通过此流程得到最终铁精矿，同时将铁精矿回收产生的尾矿返回钛铁矿回收流程。

    硫钴矿回收流程是对浮钛作业前的浮硫作业所得的粗硫精矿进行集中回收，虽然选钛厂现有硫钴矿回收流程，但由于流程结构的不完善，大量硫钴矿从尾矿中流失，硫钴精矿的年产量只有1万t，优化后年产量将翻倍，达到2万t以上，同时还对硫钴精矿回收产生的尾矿进行钛矿回收。

    浮选尾矿回收是针对浮选尾矿按照“强磁抛尾—分级—脱铁—强磁—磨矿—浮选”的流程展开。

    （三）选钛技术水平的提升

    1、强磁准备作业充分

    鉴于攀枝花选钛厂使用的Shp、Slon和SSS－I强磁机出现严重的磁介质堵塞问题，堵塞后选别指标严重恶化，因此对强磁前的物料进行了充分的准备，包括强磁前的隔粗、脱铁以及粗矿磨矿的回收利用。流程中，一段强磁选前采用一段隔粗和脱铁，能有效去除粗渣和原矿中的铁，有利于设备的维护，更有利于流程的连续、生产的稳定、强磁产品质量的保证，在高效脱铁的同时又能减少钛的流失。

    2、强磁冷却水的充分准备

    针对生产中出现的强磁线圈及配电系统水冷出现的问题，优化研究中对强磁冷却水进行了的冷却、过滤、软化、循环利用以及补加等进行了充分准备。

    3、提高浮选粒度上限且严格把关

    粗粒浮选时采用0.154mm粒度界限为浮选入浮粒度上限。将钒钛磁铁矿回收钛铁矿的浮选粒度界限由原来的－0.074mm扩大到为－0.154mm，钒钛磁铁矿中回收粒度－0.154～+0.074mm粒级钛铁矿采用“弱磁除铁→一段强磁→磨矿筛分分级→二段强磁→浮选”工艺流程，分级采用高效旋流器＋德瑞克筛组合，筛孔尺寸0.15mm＋0.18mm组合筛网。

    4、尾矿浓缩处理技术

    尾矿浓缩处理一直是许多选矿厂的棘手问题，处理不当，将给生产、环境带来影响，进而影响大局，本次优化研究中专门针对尾矿浓缩处理这个问题进行了研究：将浮选尾矿集中处理，使浮选药剂更加少接触尾矿，保证绝大部分矿物有正常沉降速度，同时在尾矿浓缩设施中设置自动控制添加絮凝剂，提高沉降速度，尽可能实现尾矿的高浓度输送和循环水充分利用，针对浮选尾矿含药剂、pH在5～6，浮选尾矿的絮凝剂采用分子量在500万～800万的聚丙烯酰胺和石灰。

    （四）选钛装备水平的提高

    1、筛分设备

    （1）隔粗设备

    对于物料隔粗，选钛厂先后使用过：直线筛、反冲式圆筒筛、Slon圆筒筛、圆振筛，均存在筛网堵塞、物料输送困难、工作环境差等问题。本次选钛扩能改造工程针对出现的问题经过研究，采用唐山陆凯科技有限公司开发、研制的复振筛。

    唐山陆凯科技有限公司开发、研制的FM-VSk2020c3X筛分系统，是筛机直线振动与局部电磁振动形成复合运动的复振筛，配以弧形筛组合成的新型筛分系统，采用新的振动原理，利用电磁激振器驱动振动系统激振筛网，并伴有筛机的直线振动。弧形筛的大量脱水和复振筛的复合振动作用可达到提高筛分效率、加大处理量、降低筛上物料水分的目的。本系统具有操作简单，性能稳定，效率高、功耗低、动载小、自清理筛网等特点。筛网采用聚氨酯筛网。

    （2）细筛设备

    选铁细筛采用唐山陆凯科技有限公司研制，开发的MVS系列电磁振动高频振网筛叠层筛是在MVS普通系列单层电磁筛的基础上新开发的一种产品，它有多层独立的筛箱，上下重叠安装在同一机架上，每层筛箱独立工作，互不影响。这样就相当于在原一台筛机的占地面积上又增加了多台筛机的处理面积。多层筛箱结构相同，布局紧凑，大大减少了筛机的占地面积。

    选钛细筛采用5叠层德瑞克筛，德瑞克筛具有筛分效率高、筛网开孔率高且使用寿命长，动力消耗低，操作维护简单的特点。

    德瑞克筛具有以下特点：

    ①最大可实现五路并联，扩展了德瑞克细筛原有的有的多路给料原理；②直线振动配合15-25°的筛面倾角，筛分物料流动区域延长，传递速度更快，具有更大的筛分能力和筛分效率；③配置德瑞克独有的可张紧、高开孔率、寿命长的耐磨防堵聚酯醋筛网（细达0. 1omm)，确保最低的筛分成本；④配置重复造浆槽，最大限度从给料中筛除细粒级物料。

    2、浓缩分级设备

    针对选钛厂使用斜窄流浓缩分级机出现的堵塞问题，本次扩能改造结合选钛厂实际采用昆明理工大学研制的高频振动变形式斜板浓密分级设备。

    设备主要特点：

    ①分级浓缩通道的集成模式，保证各通道作业的稳定性和同一性，②斜板组模块化，多个模块组合与集成使设备大型化，安装维护方便，③分级浓缩过程在独立的斜板通道内分别完成，保证设备获得高而稳定的分级浓缩效率，④根据矿浆性质和作业要求，进行斜板通道的变形设计，使设备发挥最佳效能；⑤抗静电、耐磨损、表面光滑疏水的特殊高分子材料加工的斜板，板面不粘接矿泥，⑥斜板组模块间歇式高频微振，对斜板板面进行自动清洗，斜板板面不堆积物料，通道不堵塞，分级浓密效率大于70％，⑦底流采用二级阀门控制。

    3、强磁设备

    采用国内先进和成熟的赣州金环磁选设备有限公司和广州有色金属研究院的SLON和SSS－I两种型号高梯度强磁机。

    SLON和SSS－I两种型号高梯度强磁机具有转环立式转动、反冲精矿、配有脉动机构等结构特点。且具有富集比大、分选效率高、不易堵塞、对原矿适应性强、操作维护方便等优点。

    针对攀枝花钒钛磁铁矿的特点，对磁介质进行研制开发，同时对配电、密封、隔渣、耐磨等问题进行特别制造。

    4、浮选设备

    浮选设备采用充气式浮选机与浅槽式浮选机联合的工艺方法，即。粗粒级浮选采用XCF型和KYF型浮选机，细粒级浮选采用GF型和JJF型浮选机。

    同时对浮选机的防护耐磨、中间室的结构进行了改进。

    四、浮选药剂

    选钛厂细粒级回收先后试验和使用过：湖北石首荆江药剂选矿厂的MOs和MOH－1；长沙矿冶研究院的ROB，广州有色金属研究员的乳化塔尔油和HO；中国地质科学院矿产资源综合利用研究所的氧化石蜡皂、F968和EM351；四川国胜化工的SA、攀钢钛业公司的XT、攀钢矿业公司矿山设计研究院的R－1和R－2；湖南桃矿化工的TK。现在使用的湖北石首荆江药剂选矿厂的MOH。 

    针对粗粒级钛矿浮选目前已经试验和使用了湖北石首荆江药剂选矿厂的MOH－2。拟试验成都素言科技开发公司的UT。

    由表3 MOH－2工业连续试验结果可知，通过MOH－2连续试验得到的指标平均为：原矿品位21.77％，精矿品位47.11％，精矿产率35.79% ，浮选作业回收率77.45％，尾矿品位7.69％。

    由表4可知，MOH－2药剂连续试验期间的指标明显好于MOH－1生产指标，在精矿品位均合格前提下，试验期间的精矿回收率提高了15个百分点左右。

    2008年药剂成本为71.07元/t·精矿，MOH－2试验期间药剂成本为56.70元/t·精矿，相比之下药剂成本降低14.37元/t·精矿，其中钛捕收剂成本降低10. O1元/t·精矿。

表3  MOH－2工业连续试验结果

表4  2009年1～4月MOH－1粗粒级浮选生产指标统计情况/%

    优化完成后，攀枝花粗、细粒级钛铁矿回收流程结构更完善。技术更成熟，设备更先进，在选钛总原料不变的情况下，钛精矿年产量将由28万吨增至47.9万t，回收率将由17.88％提至37.22％，另有硫钴精矿2万t/a，铁精矿20万t/a,实现攀枝花钛铁矿的高效回收利用，主要指标见表5。

表5  选钛优化研究的主要技术经济指标

    五、结束语

    (一)经过多年的攻关，攀枝花钛铁矿选钛技术取得了较大进步，装备水平得到了提高，解决了钛铁矿回收的许多技术难题，提高了攀枝花钛资源的综合回收利用率，促进了攀钢钛产业的发展。

    (二)通过攀枝花钛铁矿选别技术和装备水平的优化研究，攀枝花钛铁矿回收的工艺流程更完善、技术更先进、装备水平更高，大大提高了钛铁矿的回收率，攀钢选钛厂的钛精矿年产量将达到近50万t。

    (三)针对尾矿沉降研究开发的“高频振动变形式斜板浓密分级设备”，具有结构新颖、高频微振的特点，能进一步提高了浓缩分级效率。尾矿处理技术的研究，不仅有效处理了尾矿，而且将极大改善环水水质，促进生产，降低成本，保护环境。