国外某细粒级海滨砂矿多金属综合回收选矿工艺研究①

张 华，潘 炳，李 欣，袁 福

（长沙矿冶研究有限责任公司，湖南 长沙410012）

因潮汐、海流作用，砂质沉积物中的重矿物碎屑在海滨地带富集，由此形成的矿床被定义为海滨砂矿［1］。海滨砂矿具有极大的经济价值，分布广泛，是锆石、金红石、独居石、钛铁矿及锡石的重要开采源，具有勘探及开采简单、粒度细、有用成分品位高、选矿和冶炼方便等优点，受到了各国的重视［2-4］。

随着国民经济飞速发展，人类对矿产资源需求量急剧增加，海滨砂矿越来越成为一种重要的矿产资源而被开发利用［5-8］。国外某细粒级海滨砂矿主要含有钛铁矿、锆石、金红石、独居石等有用矿物，具有较高的经济价值，但其矿物种类较多，有价矿物粒度较细，增加了高效富集难度。为实现经济价值最大化，使有用矿物充分有效地分选富集，本文以该海滨砂矿为研究对象，从矿物物理化学性质差异入手，通过针对性地选择分选设备以及不同的选别工艺组合，最终实现钛铁矿、锆石、金红石、独居石等有价矿物的高效分选。

1 试验原料、设备及方法

1.1 试验原料

试验所用矿样源自国外某海滨地带，原矿化学多元素成分分析结果见表1。由表1可知，原矿中主要可供回收的有价矿物为TiO2、ZrO2、稀土氧化物（REO）等；脉石组分主要为SiO2，其次为Al2O3、CaO和MgO。

表1 原矿化学多元素成分分析结果（质量分数）／%

原矿钛物相分析结果见表2。结果表明，原矿中钛主要以钛铁矿和金红石形式存在；钛铁矿部分呈金红石化，钛分布率为58.56%；高钛矿物以金红石为主，含白钛矿、锐钛矿、板钛矿等，钛分布率合计为40.29%；钛磁铁矿、榍石中TiO2分布率仅为1.15%。

表2 原矿钛的化学物相分析结果

X射线衍射、矿物参数自动分析系统（MLA）综合分析结果查明，该海滨砂矿中锆矿物主要为锆石；钛矿物有钛铁矿、金红石（包括锐钛矿）及白钛石；稀土矿物主要为独居石、少量磷钇矿。脉石矿物主要为石英，其次为少量电气石、泥质物等。含铬矿物为铬铁矿及铬铁尖晶石，偶见有赤铁矿、褐铁矿等铁矿物。其主要矿物组成和含量见表3。此外，镜下发现，部分钛铁矿呈金红石化，使得钛铁矿磁性减弱，不利于钛的磁选回收。

表3 原矿主要矿物组成及含量（质量分数）／%

原矿粒度筛析结果见表4。由表4可知，原矿样中钛铁矿、锆英石矿物粒度总体较细，-90+53 μm粒级占比较大；钛矿物粒度相对较粗，锆矿物粒度相对较细；钛、锆元素主要分布在-150+45 μm粒级中。

表4 原矿粒度筛析及锆、钛分布

1.2 试验方法

该矿中主要回收的有用矿物为钛铁矿、金红石、锆英石和独居石等，其粒度较一般海滨砂矿细，采用一般磁选设备难以获得较高分选效率。针对该矿石，采用电磁平环强磁选机进行湿法预选，将钛铁矿、稀土矿以及锆石高效分离，得到相应产品的粗精矿；粗精矿再经后续的重选／磁选／电选处理或联合处理的精细化精选，最终获得钛精矿、金红石精矿、锆英石精矿以及稀土精矿。试验主要设备为摇床、磁选机以及电选机等。

2 试验结果及讨论

2.1 湿法预选试验

湿法预选主要利用海滨砂矿中各矿物的导磁性及比重差异将物料进行初步分选，分离出钛铁矿、独居石、锆英石、金红石粗精矿。针对原矿粒度较细、部分钛铁矿呈金红石化的特点，采用平环强磁选机进行湿法预选，选用较高场强（1.2 T）将钛铁矿（磁性物1）分离出来；因磁场强度较高，钛铁矿中夹带有少量独居石等弱磁性矿物，采用湿式中磁选机进行精选；湿式中磁选所得非磁性物与平环强磁选第二级（2 T）磁性物2合并，进入稀土矿物精选流程；平环强磁选得到的非磁性物为富集了锆与金红石的产品，为确保锆英石回收率，采用一粗一扫、中矿再选三段摇床重选工艺，三段摇床精矿合并为锆英石粗精矿，进入锆英石精选流程。湿法预选工艺流程见图1，试验结果见表5。由表5可知，经平环强磁选、湿式中磁选、摇床重选的湿法预选流程，锆、钛、稀土得到了初步分离，抛除了10.57%的摇床尾矿，各有价矿物回收率损失不大。

表5 湿法预选试验结果

图1 湿法预选流程

2.2 稀土矿物精选试验

因矿物蚀变，其导磁性减弱，湿法预选时，磁性较弱的钛铁矿进入独居石粗精矿中，经鼓筒电选⁃双筒中磁选将蚀变矿物逐步选出，以减少其对独居石提纯的干扰，但由于蚀变矿物与独居石的导磁及导电性能差异并不明显，电选⁃磁选分选效率不高。分析发现，独居石与蚀变矿物比重差异较大，再次通过摇床进行独居石与蚀变矿物的分离；在进入摇床前，使用弧板电选机对独居石粗精矿进行电选，分离出部分黑色蚀变中矿，以减少后续摇床作业量，并可降低矿物复杂性及独居石富集难度；摇床精矿干燥后，进入双筒中磁选机，进一步分离得到钛铁矿、磷钇精矿以及独居石精矿，具体工艺流程见图2，试验结果见表6。由表6可知，稀土矿物精选流程可得到独居石精矿、磷钇精矿以及独居石中矿3个主要产品，并副产出钛铁矿和锆中矿；锆中矿可进入选锆流程进一步富集。该段作业TREO回收率99.22%、Y2O3回收率98.90%；在确保独居石、磷钇矿精矿产品达标的前提下，稀土矿物回收率得到了保障。

表6 稀土矿物精选试验结果

图2 稀土矿物精选流程

2.3 锆英石1精选试验

锆英石作为非导电性及非导磁性矿物，其精选主要通过电选⁃磁选工艺除去少量钛和铁等导电、导磁性杂质，以获得高品质锆精矿。湿法预选流程得到的摇床精矿作为锆英石1精选给矿。工艺流程见图3，试验结果见表7。由表7可知，锆英石粗精矿经干燥后通过电选⁃磁选联合流程精选，锆富集效果明显。鼓筒电选、筛板电选导体产品合并进入后续金红石精选流程，磁选所得磁性产品与弧板电选所得导体合并进入后续锆英石2精选流程。

表7 锆英石1精选试验结果

图3 锆英石1精选流程

2.4 金红石精选试验

金红石粗精矿1和金红石粗精矿2合并，作为金红石精选流程给矿。此产品夹带少量脉石矿物，为保证精矿品位，鼓筒电选后通过178 μm筛网隔除脉石，金红石精选主要通过电选⁃磁选工艺进行，具体工艺流程见图4，试验结果见表8。由表8可知，金红石粗精矿经电选⁃磁选精选，获得了金红石精矿、高钛产品1和高钛产品2、钛铁矿5和锆英石粗精矿2，其中金红石精矿产率3.74%、TiO2品位92.80%、ZrO2含量0.71%、TiO2回收率11.74%。金红石精矿TiO2品位达到了金红石一级品的质量标准。锆英石粗精矿2进入锆英石2精选流程。

表8 金红石精选试验结果

图4 金红石精选流程

2.5 锆英石2精选试验

稀土矿物精选流程非导磁产品（锆中矿1）、锆英石1精选流程锆英石粗精矿2以及金红石精选流程非导体产品（锆中矿2）混匀，进行锆英石再提取，以提高锆英石总回收率，混匀物料中夹带的少量脉石矿物，通过125 μm筛网隔除。锆英石2精选通过电选⁃磁选⁃重选联合工艺进行多次分选，具体工艺流程见图5，试验结果见表9。从表9可知，通过锆英石2精选流程，获得了锆英石精矿2、锆中矿3以及钛铁矿6。

图5 锆英石2精选试验流程

表9 锆英石2精选试验结果

2.6 主要产品汇总

将各流程中的锆英石、钛铁矿、金红石、独居石等精矿产品以及各中矿产品进行汇总，主要产品及指标见表10。由表10可知，该海滨砂矿通过湿法预选、重选／磁选／电选联合的分阶段流程分选，获得了钛铁矿、锆英石、独居石、金红石、磷钇矿等精矿产品，锆、钛、稀土综合回收率分别为97.08%、76.86%、88.13%，综合高效回收了海滨砂矿中的多金属组分。

表10 主要产品及指标汇总

3 结 论

1）试验样品为典型的微细粒海滨砂多金属矿，主要可供回收的有价矿物为钛矿物、锆矿物及稀土氧化物。锆矿物主要为锆石；钛矿物有钛铁矿、金红石（包括锐钛矿）及白钛石，部分钛铁矿呈金红石化，使得钛铁矿磁性减弱，不利于钛的磁选回收；稀土矿物主要为独居石，少量磷钇矿；脉石矿物主要为石英，少量电气石、泥质物等。

2）采用平环强磁选机湿法预选，稀土矿物、锆英石、金红石粗精矿通过重选／磁选／电选联合工艺分阶段精选，获得了钛铁矿、锆英石、独居石、金红石、磷钇矿等精矿产品，取得了锆、钛、稀土综合回收率分别为97.08%、76.86%、88.13%的良好分选指标，综合高效回收了海滨砂矿中的多金属。