朝阳某钒钛磁铁矿选矿试验研究

＊邢波 胡秀明 张金良 王廷平 彭方杰

（朝阳师范高等专科学校 辽宁 122000）

钒钛磁铁矿是以铁、钒、钛为主的复合铁矿石，其主要选矿产品之一是钒钛磁铁精矿[1]，稀有钒钛资源附加值高，大多数钒和一半以上的钛存在于钒钛磁铁精矿中[2]，因此该种矿物综合利用价值非常高。我国钒钛磁铁矿资源丰富，目前探明的钒钛磁铁矿主要分布在攀西、承德等地区，是主要的钛资源来源之一[3-6]。辽宁朝阳地区近年以来已探明的钒钛磁铁矿储量近200亿吨[7]，资源优势凸显，而全球铁、钛、钒资源需求量随着经济的发展逐渐增加[8]，就目前朝阳钒钛磁铁矿开发情况看，有非常大的市场和研发空间。朝阳地区的钒钛磁铁矿原矿属贫矿、风化矿床残坡积矿体[9-11]，如何确定合理的选矿工艺提高钒钛磁铁矿的选矿效果，以确保钒钛磁铁精矿回收率和品位，是实现铁、钛、钒分离和钒钛磁铁综合利用的前提和基础，是朝阳地区钒钛磁铁矿开发利用的首要任务。本研究着重对朝阳钒钛磁铁进行预先抛尾、富集研究，为钒钛资源综合利用奠定基础。

1.矿石性质

朝阳地区钒钛磁铁矿石成分复杂，其金属矿物除主要的钒钛磁铁矿和钛铁矿外，还有磁赤铁矿、褐铁矿等。脉石矿物以斜长石和辉石为主，少量钛闪石、橄榄石、云母、方解石等。

(1)化学分析

对朝阳某钒钛矿主要化学成分分析结果见表1。从表中可以看出原矿物中具备回收价值的TFe、V2O5、TiO2品位分别为11.29%、0.06%和2.93%，其相比于攀枝花地区的钒钛磁铁矿，铁、钒、钛的品位并不高，是典型的低品位钒钛磁铁矿石。SiO2含量高达50.95%，Al2O3、CaO和MgO含量之和达22%，这些是主要的脉石矿物成分。

表1 试样主要化学组成Tab.1 Chemical composition of the minerals

(2)物相分析

根据物相分析结果可知，原矿中可回收含铁钒钛矿物主要有钒钛磁铁矿和钛铁矿。铁和钛的矿物物相分析结果见表2。从表中可以看出易于分选的铁矿石主要有磁铁矿、钒钛铁矿等，是研究回收的主要对象，45.55%的铁以磁铁矿和钒钛铁矿形式存在，11.09%的铁以赤、褐铁矿的形式存在。43%左右的铁主要存在于硅酸铁矿中，占比较大。由于铁伴生在硅酸根里面，这就增加了铁矿选别难度，会严重影响铁的回收率。根据钛的物相分析结果可知，钛铁矿中钛的含量最高为2.03%，钒钛磁铁矿中钛为0.66%、硅酸钛中钛含量为0.19%，钛主要存在于钒钛磁铁矿和钛铁矿中，从分布上看钒钛磁铁矿和钛铁矿中钛的含量总和达93%。因此要回收钛，必须要首先保证钒钛磁铁矿和钛铁矿的回收率及品位。

表2 铁、钛物相分析Tab.2 Phase analysis of iron and titanium

(3)矿物组成

根据显微镜鉴定和X射线物相分析可知矿石中主要矿物的含量，其结果见表3和图1。原矿中的含铁矿物有钒钛磁铁矿和钛铁矿，其含量为12.06%；脉石矿物以辉石和长石为主，含量76.04%，石英等其他脉石矿物占4.05%。

表3 矿石中主要矿物含量Tab.3 Content of main mineral in the ore

图1 磁铁矿边缘析出的它形钛铁矿固熔分离体、呈蠕虫状和板状自形熔离体的钛铁矿Fig.1 Anisotropic ilmenite solid melt separators and ilmenite in the form of wormlike and platelike idiomorphic fused bodies precipitated from the edge of magnetite

肉眼观察，样品矿石主要为土状构造。钛铁矿是主要的富钛、铁矿物，多呈自形-半自形结晶体分布，部分呈短脉状或丝缕状分布，部分结晶较大，形成单矿物块体，内部裂隙发育形成碎裂结构，钒钛磁铁矿内部沿边缘或裂隙有钛铁矿板状晶体析出，颗粒结合紧密，不利于铁矿物与钛矿物之间单体解离。图1为铁矿石镜下观察图片。由图可知脉石分布情况：长石多为自形长柱状结晶体构成岩石的主体，辉石结晶分布于长石之间，呈半自形—它形结构。当矿石粒级较粗时，可以预先脱出大量的脉石矿物然后进一步磨矿处理，磨矿粒度必然是影响分选效果的重要因素。

2.选矿试验

根据矿石性质分析，从工艺和成本等多方面考虑，最终确定预先抛尾-磨矿-磁选的分选工艺，基本试验流程如图2所示。

图2 钒钛磁铁矿分选试验流程图Fig.2 Flow chart of the separation test of vanadium titanomagnetite

(1)预先抛尾试验

预先抛尾采用磁选法，将对辊破碎后的原矿给入SLON湿式滚筒磁选机进行磁选，场强5000GS。SLON湿式滚筒磁选机设备型号为φ500×300mm，槽体形式为顺流，给矿粒度0-1mm，圆筒转速0-50r/min，处理能力（干矿量）0.2-0.6t/h。粗选得到品位为30.09%的粗精矿，产率14.26%，回收率38.01%。得到的粗精矿经锥形球磨机磨矿，进入DTCXGZN50型磁选管精选，探索不同磨矿细度和场强对分选效果的影响。

(2)分选试验研究

磨矿试验：试验选用XMQ型锥形球磨机进行磨矿，质量浓度70%，磨矿时间分别设置为2min、4min、6min、8min，所得物料在磁选强度200mT条件下磁选，分选效果见图3。从图中可看出，随着磨矿时间的增加，-0.045mm的物料含量呈递增趋势，磨矿时间4min时，-0.045mm含量达到88.23%，磨矿时间继续增加细粒级含量变化趋于平缓。铁回收率随物料细颗粒含量的增加而提高，当磨矿时间为4min的时候,磁选铁回收率达到80.57%，品位最高49.55%，综合各项指标，选别效果最佳，故取为时间4min、-0.045mm的物料含量为88.23%为最佳磨矿参数。

图3 磨矿时间和细度对磁选效果的影响Fig.3 Influence of grinding time and fineness

磁选试验：为确定DTCXG-ZN50型磁选管精选的最佳场强，试验在磨矿时间为4min条件下进行，矿浆浓度70%，设计5组不同的场强分别为120mT、160mT、200mT、220mT，磁选结果见图4。从曲线可以看出随着磁场强度的增加，铁品位逐渐降低，当场强强度为200mT的时候铁品位达为49.49%，继续增加场强，品位迅速降低；回收率受场强影响明显，当场强增加时，回收率呈递增趋势。综合磨耗和品位考虑，合适的磁选场强应为200mT最佳。

图4 磁场强度对磁选效果的影响Fig.4 Influence of magnetic field intensity

(3)产品分析

试验证明该工艺对朝阳地区钒钛磁铁矿石的分选简单有效，首先采用磁选预先抛尾，大大降低了分选成本，将磨矿入料降低了近一半，磁选管精选磁场强度适中，实现了铁矿石的有效富集和回收，在降低成本和提高回收率指标方面均易取得较好的选矿效果。合理的磨矿时间和磁选场强分别是4min和200mT。取该条件下的选矿精矿产品进行化学成分分析，结果如表4所示。由分析结果可知，经过分选后，有用矿物在精矿中得到了有效的富集，其中TFe品位由原来的11.29%提高到49.49%，TiO2由原来的2.93%提高到19.75%，V2O5含量由原来的0.06%提高到0.92%，而有害杂质SiO2、Al2O3等大多进入尾矿。由此可知该工艺对铁、钒、钛元素的富集效果明显，产品的工业价值较高。铁的精选回收率80.31%，总回收率11.45%，钛的回收率87.88%。

表4 精矿主要化学成分Tab.4 Chemical composition of the concentrate

3.结论

该地区钒钛磁铁矿原矿物中具备回收价值的TFe、V2O5、TiO2品位分别为11.29%、0.06%和2.93%，是典型的低品位钒钛磁铁矿石，分选首要目标是实现有用矿物的富集。

磨矿条件对矿石的单体解离影响较大，当磨矿时间为4min时，-0.045mm含量达到88.23%，此时单体解离程度高，当场强为200mT时，铁回收率达到80.57%，品位达49.49%。

预先抛尾—磨矿—磁选工艺，工艺简单，生产成本低，有用矿物在精矿中得到了有效的富集，TFe品位由原来的11.29%提高到49.49%，TiO2由原来的2.93%提高到19.75%，V2O5含量由原来的0.06%提高到0.92%，铁的精选回收率80.31%，总回收率11.45%，钛的回收率87.88%。该工艺对铁、钒、钛元素的富集效果明显，产品的工业价值较高，为后续工艺奠定较好的基础。