陕南地区角闪岩型难选金红石矿选矿试验研究.DOC

1、陕南 地区 角闪岩型 难选金红石矿选矿试验研究 刘明宝 1,2，阎赞 1,2，印万忠 3 (1.陕西省尾矿资源综合利用重点实验室 陕西商洛， 726000； 2.商洛学院化学工程与现代材料学院，陕西商洛， 726000； 3.东北大学 资源与土木工程学院 ，辽宁沈阳， 110004) 摘要： 陕南地区 某 角闪岩型 难选金红石矿含 TiO2 3.35%， 主要脉石矿物为石英、白云石、绿泥石等， 有用矿物嵌布粒度微细，矿物嵌布关系复杂，分选难度大。采用摇床抛尾，粗精矿再磨 后 浮选 金红石 ，浮选精矿酸洗后 再 脱硫的流程可获得 TiO2 90.56%，回收率 为 50.24%的金红石精矿 ，

2、其中 含 S 0.025%、 P 0.021%、 TFe 0.56%， 精矿指标达到天然金红石精矿二级标准 ，试验研究 可 为陕南地区金红石 矿的开发利用提供 良好 的 技术借鉴 。 关键词 ：金红石选矿，浮选，组合用药 中图分类号： TD973；文献标志码： A Beneficiation Study of an amphibolite-type Refractory Rutile Ore in Southern Shaanxi LIU Ming-bao1,2, YAN zan1,2 , YIN Wan-zhong3 (1. Shaanxi Key Laboratory of Compreh

3、ensive Utilization of Tailings Resources, Shangluo Shaanxi 726000; 2.College of Chemical Engineering and Modern Material ， Shangluo University, Shangluo Shaanxi 726000; 3. College of Resources and Civil Engineering, Northeasten University, Shenyang 110004, China) Abstract: The amphibolite-type rutil

4、e ore in Southern Shaanxi contains 3.06% TiO2, and the dolomite, chlorite as well as quartz et al are the main gangue minerals. It is very difficult to beneficiate due to the fine particle size of valuable mineral and the complex embedded relationship. A rutile concentrate with TiO2 grade of 90.56%

5、and recovery of 50.24% can be obtained using a joint beneficiation process, namely discarding tailings by shaker-rough concentrate regrinding-flotation-acid washing -desulfurization flotation, and the contents of impurities such as S, P, TFe are 0.025%, 0.021%, 0.56%, respectively. The concentrate m

6、eet the Grade standards of natural rutile concentrate and this study provides some technical reference for exploiting the rutile source in Southern Shaanxi. Keywords: rutile beneficiation; flotation; reagents combinations 金红石资源主要包括原生金红石矿和金红石砂矿两大类型 ， 因 其含钛量高、杂质少，所作者简介： 刘明宝 (1982- )，男，山东寿光人，博士，讲师，研究领域

7、： 共伴生矿浮选分离技术及理论 基金项目：陕西省自然科学基金 (No.2016JQ5059)；陕西省教育厅重点科研项目 (No.16JS030)；商洛市科学技术研究发展计划专项 (No.SK2015-18) 以金红石 是生产金红石型钛白粉的最佳原料以及高档电焊 的必需原料之一，同时也是生产四氯化钛、金属钛 、 钛合金以及搪瓷制品的优质原料。 与国外金红石资源主要为海滨砂矿不同，我国金红石资源中原生金红石量占总资源量的 86%1。陕西省陕南地区金红石矿地质储量大 ， 已探明金红石 TiO2储量 63 万 t，矿体成群、成带分布，含 TiO2品位高达 4. 71%。但该地区金红石矿却具 有矿石组成

8、复杂，嵌布粒度微细的矿物学特性， 该特性 导致 陕南地区的 金红石 资源 至今未被大规模开发利用 。对陕西省来说，钛产业是陕西省的传统优势，优质稳定的钛原料供应对保障陕西省在国内外钛产业的地位及提升陕西省在高端钛材及各类特种钛复合材料领域的发展水平具有尤为重要的意义 。 因此，针对该区域内金红石资源进行开发利用研究具有十分重要的现实意义。 1 矿石性质 试验矿样取自商洛市商南县，外观呈砂土状， 原矿 XRD 图谱如图 1 所示， 多元素分析 、粒度及 TiO2分布 情况分别 如 表 1 和 表 2 所示 。 0 10 20 30 40 50 60 70 80050010001500200025

9、00石英金红石绿泥石方 解 石/白 云 石ICP2 /图 1 金红石矿样 XRD 图谱 Fig.1 XRD pattern of rutile ore 表 1 原矿多元素分析 Table 1 Multi-element analysis of raw mineral 成份 TiO2 SiO2 CaO MgO TFe Al2O3 S P 其他 含量 /% 3.31 34.90 15.12 12.45 13.27 18.32 0.50 0.47 1.66 由 图 1、表 1 中数据可推断出 该矿区内的脉石矿物主要为石英、方解石 (白云石 )、绿泥石、长石、赤铁矿及硫化物 矿物 等。 同时， 前期工

10、艺矿物学研究 2也表明 该区域内金红石矿中 的 有价矿物嵌布粒度细微，且被石英、绿泥石及碳酸盐等矿物包裹，属微细粒难选金红石矿。 表 2 原矿粒度组成及 TiO2分布情况 Table2 Distribution of particle size and TiO2 in raw ore 粒级 / mm 产率 / % TiO2品位 / % TiO2分布率 /% +5.0 46.10 3.31 45.55 -5.0+2.5 8.50 3.23 8.20 -2.5+1.25 4.10 3.33 4.08 -1.2+0.655 9.10 3.64 9.89 -0.65+0.315 5.50 4.39 7

11、.21 -0.315 26.22 3.09 24.19 总计 100.00 3.35 100.00 由表 2 可以看出，该金红石矿样中含 TiO2为 3.35%， -5mm 粒级部分占矿样总量的 54%左右，表明该矿床中存在大量易于粉碎及泥化的矿物。在不同粒级中 TiO2 品位相差不大并且 TiO2 分布率与各粒级产率基本呈现正相关关系，进一步证明了该金红石矿样存在有价矿物嵌布粒度微细的矿物学特性。 2 试验研究 2.1 重选抛尾试验研究 由矿样 的矿物学特性可知该金红石矿 中含有大量易泥化矿物，为给后续流程提供较好的作业环境，试验首先采用重选作业对该金红石矿样进行脱泥 3-4。将原矿磨至 -

12、0.074mm 占85%后采用摇床脱除原矿中所含的大量泥质脉石，重选结果如表 3 所示。由表 3 可以看出，原矿经过摇床重选后可抛去 65.84%的尾矿，获得品位为 8.16%，产率为 34.16%，回收率为83.21%的重选精矿，大大减少了后续作业处理量，简化了矿物组成，可为后续浮选作业提供良好的浮选环境。 表 3 重选试验结果 Table 3 The results of gravity-separation 产品名称 产率 /% 品位 /% 回收率 /% 精矿 34.16 8.16 83.21 尾矿 65.84 0.85 16.79 原矿 100.00 3.35 100.00 2.2 摇

13、床精矿浮选试验研究 摇床精矿中 TiO2 的品位仅仅为 8.16%，对该粗 精矿进行镜下观察得知大部分金红石矿物仍以连生体形式存在，目前研究结果表明 5，对细粒嵌布的金红石 来说，细磨 -浮选工艺是获得较高选别指标的关键， 不同 工艺因素 对选别指标的影响分别研究如下。 2.2.1 磨矿细度试验 固定 Na2CO3、 NH4F、 Pb(NO3)2、 苄基胂酸和羟肟酸钠用量分别为 2000g/t、 400 g/t、 400 g/t、 800 g/t 和 500 g/t。 矿浆搅拌时间及粗选时间分别控制在 2min 和 4min。 摇床精矿再磨细度与金红石选别指标关系如图 2 所示 。 75 80

14、 85 90 951 2 .51 3 .01 3 .51 4 .01 4 .51 5 .01 5 .5828384858687品位/%品 位 作业回收率/%-0 .03 7m m 含量 /%回收率图 2 磨矿细度对金红石选别指标的影响 Fig.2 Effect of grinding fineness on the rutile separation indexes 由图 2 可以看出，随磨矿细度的增加，金红石品位呈现先上升再下降的趋势，在 -0.037mm含量占 85%时，精矿 TiO2含量达到 15.42%的最大值，此时金红石回收率随磨矿细度增加逐渐降低。当 -0.037mm 含量占大于

15、85%时， 随磨矿细度的增加，浮选环境逐渐复杂化，药剂选择性下降，从而造成金红石品位和回收率均呈现逐渐下降的趋势 。综合分析，本试验选择磨矿细度为 -0.037mm 占 85%，此时 TiO2品位为 15.42%，作业回收率为 84.43%。 2.2.2 Na2CO3用量试验 Na2CO3 在浮选中除了可以分散矿浆、防止 微细颗粒异相凝聚外，还可抑制白云石、方解石等脉石矿物溶解，降低钙镁离子对浮选的影响 6。在磨矿细度为 -0.037mm 占 85%，其余条件与磨矿细度试验相同时， Na2CO3用量对精矿指标的影响如图 3 所示。 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2

16、 2.4 2.613.514.014.515.015.583.083.584.084.585.085.586.086.587.0回收率/%品 位 作业回收率/%Na2CO3用量 /g/t作 业 回收率图 3 Na2CO3用量对精矿指标的影响 Fig.3 Effect of Na2CO3 dosage on separation indexes 由图 3 可以看出，随 Na2CO3用量增加，精矿品位逐渐上升，回收率相差不大，当 Na2CO3用量超过 2000g/t 时，精矿品位和回收率趋于稳定，本实验中 Na2CO3用量定为 2000g/t。 2.2.3 NH4F 用量试验 采用 NH4F 作为

17、抑制剂的主要原因是 F-可与 Ca2+、 Mg2+生成溶度积极小的氟化物沉淀，从而抑制了白云石、方解石等含钙镁离子的脉石矿物与捕收剂的作用 6-7。在磨矿细度为-0.037mm 占 85%， Na2CO3用量为 2000g/t，其余条件与磨矿细度试验相同时 NH4F 用量对精矿指标的影响如图 4 所示。 200 400 600 800 100012131415161718787980818283848586作业回收率/%NH4F 用量 / g/t品 位 品位/%作 业 回收率图 4 NH4F 用量对精矿指标的影响 Fig.4 Effect of NH4F dosage on separatio

18、n indexes 由图 4 可以看出，精矿品位随 NH4F 用量增加呈现上升后下降的趋势，而回收率则呈现逐渐下降的趋势。精矿指标的变化趋势说明 NH4F 用量过大时对金红石矿物也有一定的抑制作用，可能是当矿浆中 NH4F 浓度大时 F-与金红石表面含钛质点配位 ，从而阻碍了捕收剂分子在金红石表面的吸附所致。本实验中 NH4F 用量选择 800g/t，此时精矿品位和 作业 回收率分别为 17.05%和 81.08%。 2.2.3 硝酸铅用量试验 试验研究及生产实践均表明 Pb2+是金红石 的良好活化剂，在磨矿细度为 -0.037mm 占85%， Na2CO3用量为 2000g/t， NH4F

19、用量 800g/t，其余条件不变时，硝酸铅用量与浮选指标的关系如图 5 所示。 200 300 400 500 600 700 8001 6 .01 6 .51 7 .01 7 .51 8 .01 8 .51 9 .01 9 .52 0 .02 0 .57678808284868890品位/%品 位 作业回收率/%P b (N O3)用量 / g /t作 业 回收率图 5 硝酸铅用量与浮选指标的关系 Fig.5 Effect of Pb(NO3)2 dosage on separation indexes 由图 5 可以看出，随硝酸铅用量增加精矿品位和回收率变化趋势一致，均呈现出现上升后下降的

20、趋势，表明铅离子对金红石浮选具有良好的活化作用。但当铅离子用量过大时，精矿品位和回收率均会降低，可能是由于矿浆中游离的铅离子过多从而消耗了部分捕收剂的缘故。本 试验 中硝酸铅用量选择 600g/t，此时金红石精矿品位为 20.32%，作业回收率为 85.74%。 2.2.4 捕收剂用量试验 目前研究结果表明，常用的金红石捕收剂中苄基胂酸的选择性最好，但捕收能力较弱，C5-C9羟肟酸钠选择性稍差，但捕收能力强且具有起泡性，因此本试验中选 择苄基胂酸与C5-C9羟肟酸钠的混合药剂作为金红石的捕收剂 8-10。组合捕收剂用量与选别指标的关系如表 4 所示。 表 4 组合捕收剂用量与选别指标的关系 T

21、able 4 Relationship between the dosage of reagent combinations and the separation indexes 捕收剂用量 名称 产率 /% 品位 /% 作业回收率 /% 苄基胂酸 +C5-C9羟肟酸钠 700+600 精矿 38.56 18.35 86.72 尾矿 51.44 2.11 13.28 苄基胂酸 +C5-C9羟肟酸钠 800+500 精矿 34.43 20.32 85.74 尾矿 65.57 1.77 14.26 苄基胂酸 +C5-C9羟肟酸钠 900+400 精矿 30.68 22.13 83.21 尾矿 69

22、.32 1.98 16.79 苄基胂酸 +C5-C9羟肟酸钠 1000+300 精矿 26.73 24.52 80.31 尾矿 73.27 2.19 19.69 苄基胂酸 +C5-C9羟肟酸钠 1 精矿 34.67 17.03 72.35 100+200 尾矿 65.33 3.45 27.65 原矿 100.00 8.16 100.00 由表 4 可以看出，组合用药时，当苄基胂酸和 C5-C9羟肟酸钠的用量分别为 1000g/t 和300g/t 时可获得精矿品位为 24.52%，作业回收率为 80.31%的较佳指标。当二者用量在试验范围内的其他配比时均未获得较好的协同效应。 2.3 闭路试验

23、在条件试验的基础上，采用如图 6 所示的 流程进行 闭路 试验， 所得精矿指标如表 5 所示 。 表 5 闭路流程试验结果 Table 5 Results of closed-circuit test 产品名称 产 率 /% 品位 /% 作业回收率 /% 精矿 6.38 83.25 65.08 尾矿 93.62 3.04 34.92 原矿 100.00 8.16 100.00 由表 5 可以看出，闭路试验可获得品位为 83.25%，作业回收率为 65.08%的精矿产品，由精矿中所含 TiO2来看，该精矿尚未达到天然金红石精矿最低等级标准 11。考虑到该矿中有价矿物的嵌布粒度较细且主要为白云石、

24、绿泥石等可溶于酸的脉石矿物所包裹，因此，试验结束后在该精矿中滴入浓盐酸并观察试验现象。试验表明，闭路试验所得精矿中滴入浓盐酸后有密集小 气泡产生且伴随有 H2S 气味逸出，表明该精矿中还含有一定的酸溶性脉石及硫化矿，所以为继续提高精矿指标，试验决定对所得闭路精矿进一步进行酸洗和浮选工艺处理以除去其中的钙镁碳酸盐杂质和硫化物矿物。 2.4 闭路精矿酸洗及浮选 酸洗过程不仅可以去除闭路精矿中的钙镁碳酸盐杂质，也会对与金红石共伴生的赤铁矿和磁铁矿有一定的溶出作用，为防止溶解产生的 Fe3+水解，酸洗过程 pH控制在 2.0 以下并加入 Na2SO3以降低矿浆电位 7。酸洗及浮选工艺流程如图 7 所示

25、，最终精矿产品指标分析如表 6 所示 表 6 最终精矿指标 Table 6 Final concentrate indexes TiO2含量 /% TiO2作业回收率 /% 杂质含量 S P TFe 90.56 60.37 0.025 0.021 0.56 由表 6 可以看出，最终精矿中含 TiO2 90.56%，该产品作业回收率为 60.37%，对原矿回收率 50.24%。精矿中含杂质 S 0.025%，杂质 P 0.021%， TFe 0.56%，达到天然金红石精矿二级标准。 图 6 闭路试验流程图 Fig.6 Flowsheet of closed-circuit test 精矿 摇床精

26、矿 Pb(NO3)2， 300g/t 苄基胂酸 +C5-9水杨羟肟酸钠 500g/t+100g/t NH4F， 800g/t 苄基胂酸 +C5-9水杨羟肟酸钠 800g/t+200g/t 2min 4min 2min 4min 扫选， 3min 2min 3min Na2CO3， 2000g/t NH4F， 800g/t 2min Pb(NO3)2， 600g/t 4min 苄基胂酸 +C5-9水杨羟肟酸钠 1000g/t+300g/t NH4F， 400g/t 苄基胂酸 +C5-9水杨羟肟酸钠 500g/t+100g/t NH4F， 400g/t 苄基胂酸 +C5-9水杨羟肟酸钠 500g/

27、t+100g/t NH4F， 200g/t 苄基胂酸 +C5-9水杨羟肟酸钠 500g/t+100g/t 2min 4min 2min 4min 2min 4min 粗选， 5min 精选 1 精选 2 精选 3 精选 4 尾矿 图 7 酸洗及脱硫浮选流程图 Fig.7 Acid washing and desulfurization flotation flowsheet 3 结论 (1) 陕南地区金红石矿属于石榴角闪岩型，含 TiO2 3.35%左右，有用矿物 主要 为金红石，脉石矿物 主要 为石英、白云石、绿泥石等，矿物共伴生关系复杂，属于难选原生金红石矿。 (2) 采用摇床抛尾 -金红

28、石浮选 -浮选 精矿酸洗 后 脱硫的联合工艺，最终可获得 TiO2品位为 90.56%，回收率为 50.24%的金红石精矿，其中含 S 0.025%、 P 0.021%、 TFe 0.56%，精矿指标达到天然金红石精矿二级标准 ，该流程最大的特点是摇床可 预先 抛除产率在 60%以上的尾矿，大大简化了后续浮选的作业环境，浮选后精矿 进行 酸洗及脱硫则进一步提高了精矿中金红石的品位并降低了其中的杂质含量 。 (3) 为获得高品位 金红石 精矿，大量的金红石中矿损失在尾矿中，因此如何强化尾矿中金红石矿物的回收是金红石选矿中的重要课题。另外， 浮选所采用的苄基胂酸虽具有良好的选择性，但其有一定的毒性

29、，因此应针对 细粒金红石 开发绿色高效的浮选捕收剂。 参考文献 1 吴 贤 , 张 健 , 康新婷 , 黄 瑜 . 我国金红石矿资源分布开发及技术现状 J. 稀有金 属 , 2007, 31(S1): 146-150. HCl， pH=1.8 Na2SO3， 1000g/t Na2CO3， pH=6.2 CuSO4， 200g/t 丁黄药， 80g/t 2#， 30g/t 闭路精矿 脱硫浮选， 5min 酸洗， 20min 精矿 尾矿 2 高利坤 . 细粒难选金红石矿分步浮选工艺及理论研究 D. 昆明：昆明理工大学 , 2009. 3 王军 , 程宏伟 ,刘贝 . 枣阳大阜山原生金红石矿脱泥试

30、验研究 J. 有色金属 (选矿部分 ), 2014, (4): 53-56. 4 朱建光 , 周菁 . 钛铁矿、金红石和稀土选矿技术 M. 长沙：中南大学出版社 , 2009： 118-119. 5 黄俊玮，王守敬，李 洪潮，郭珍旭 . 某榴辉岩型金红石矿粗选试验研究 J. 非金属矿， 2017， 40(1)： 46-49. 6 朱建光 . 浮选金红石用的捕收剂和调整剂 J. 国外金属矿选矿 , 2008 (2): 3-8. 7 黄礼煌 . 化学选矿 M. 北京 ： 冶金工业 出版社 , 2012： 289-290. 8 高利坤 , 张宗华 , 王雅静 . 陕西某微细粒难选金红石矿选矿试验研究 J. 矿冶工程 , 2008, 28(4): 42-44. 9 王雅静 张宗华 . 微细粒金红石浮选捕收剂的研究 J. 矿业快报 , 2008, (1): 31-33. 10 刘贝 , 王军 , 覃文庆 , 等 . 湖北枣阳细 粒原生金红石矿浮选分离研究 J. 有色金属 (选矿部分 ), 2014, (6):38-42. 11 高利坤 , 陈 云 . 陕西某金红石矿反浮选试验研究 J. 金属矿山 , 2009, (5): 88-92.