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应用SLon 磁选机提高选钛回收率的回顾与展望

发布日期:2019-01-03   来源:矿道网   投稿者:呵呵   浏览次数:2510

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我国四川省的攀枝花、西昌,河北省的承德及山东、云南等地拥有丰富的钒钛磁铁矿资源。1980 年以前,这些地区的大部分选矿厂将经过破碎、磨矿、弱磁选选出磁铁矿后的磁选尾矿( TiO2含量3% ~15%) 作为最终尾矿排放,其中的钛铁矿基本上没有回收。1980 年,攀枝花钢铁公司建成了我国第1条从钒钛磁铁矿磁选尾矿中回收钛铁矿的生产线[1],所采用的工艺流程为重选—脱硫浮选—电选,主要回收0. 25 ~ 0. 074 mm 粒级的钛铁矿,每年生产钛精矿5 万t,其TiO2品位为46. 2% ~ 46. 5%( 生产钛白粉的钛精矿要求TiO2品位达到47% 以上) ,TiO2回收率( 对磁选尾矿) 8. 7% 左右[2]。从此,我国的钒钛磁铁矿选钛技术和选钛工业得到了较快的发展,而SLon 型脉动高梯度强磁选机在其中发挥了重要作用。

1 我国早期选钛技术回顾

1980 年至1995 年期间,我国的选钛技术主要是将螺旋溜槽、摇床等重选设备用于粗选作业回收较粗粒级的钛铁矿[3],其精矿再用电选或浮选的方法精选,选钛回收率一般占磁选尾矿的10% 左右。由于当时选矿设备和选矿技术的限制,细粒级钛铁·1·矿绝大部分当作尾矿排放。

1. 1 攀钢选钛厂早期选钛流程

攀钢选钛厂早期的选钛流程始建于1980 年,后经过多次技术改造形成了如图1 所示的流程。该流程将磁选尾矿( 即选钛给矿,选钛回收率从这里开始计算,下同) 除渣、弱磁选除铁后分成粗粒级( +0. 1 mm) 、细粒级( 0. 1 ~ 0. 045 mm) 和微细粒级( -0. 045 mm) 3 个粒级,其中的粗粒级和细粒级经强磁选、重选、电选后得到TiO2品位为46. 5% 左右的钛精矿,而微细粒级因受当时选矿技术和设备的限制作为尾矿排放。图1 攀钢选钛厂1995 年以前的选钛流程图1 流程在1991 年以前每年可生产合格钛精矿5 万t,1992 年增加了1 条生产线以后达到年产钛精矿10 万t。该流程的建设成功使我国的钒钛磁铁矿选钛工业实现了从无到有的转变。

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图1 流程存在的主要问题有:

( 1) 微细粒级未得到回收,而且虽然名义上微细粒级为- 0. 045 mm,但由于水力分级设备分级效率不高,该粒级中仍含有较多的+ 0. 045 mm 钛铁矿。

( 2) 强磁选机为平环式,磁介质经常发生堵塞,且设备检修困难( 强磁选作业后被取消) 。

( 3) 分级、浓缩作业环节多,其溢流中钛铁矿损失率较高。

( 4) 重选和电选的作业回收率较低。上述原因导致了图1 流程选钛回收率低下,按年处理500 万t TiO2品位为10% 的磁选尾矿、年产10 万t TiO2品位为47%的钛精矿计算,TiO2的回收率仅为9. 4%。

1. 2 重钢太和铁矿早期选钛流程

重庆钢铁公司太和铁矿位于四川省西昌市,其矿石为钒钛磁铁矿,性质与攀枝花钒钛磁铁矿类似。该矿为回收磁选尾矿中的钛资源( TiO2含量12%左右) ,于1995 年建成了第1 条选钛生产线,其工艺流程如图2 所示。该流程将磁选尾矿分级成粗粒级、细粒级和溢流,粗粒级经螺旋溜槽粗选及磨矿后与细粒级合并,用弱磁选机除去残余的强磁性物质,然后通过摇床重选和浮选得到最终钛精矿。

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图2 太和铁矿2001 年以前的选钛流程图2 流程存在的主要问题有:

(1) 由于水力分级设备分级效率不高,有30%左右的TiO2损失在分级溢流中。( 2) 螺旋溜槽和摇床的分选粒度下限只能达到约30 μm,对细粒级钛铁矿的回收率很低,造成螺旋溜槽的作业回收率仅为59% 左右,摇床的作业回收率仅为47%左右,重选段( 包括分级、螺旋溜槽和摇床) 的综合回收率仅为22. 42%。

(3) 钛铁矿浮选是正浮选,而螺旋溜槽和摇床都不能回收细粒级钛铁矿,使浮选的给矿粒度偏粗,同时钛铁矿密度较大( 4. 7 ~ 4. 8 g /cm3 ) ,因此浮选时钛铁矿容易沉槽,造成浮选回收率偏低。上述原因导致了图2 流程的选钛回收率只能达到10%左右。1995 年至2001 年,太和铁矿采用该流程每年只能回收2 000 余t 钛精矿。·

1. 3 攀钢综合厂早期选钛流程

攀钢综合厂为攀钢附属集体企业,主要从攀钢排放的总尾矿中分流一部分回收铁精矿和钛精矿,原选钛采用螺旋溜槽粗选、摇床精选的重选流程( 图3) ,由于螺旋溜槽和摇床对细粒级回收率都很低,因此全流程的选钛回收率仅为7%左右。图3 攀钢综合厂早期选钛流程

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2 SLon 磁选机在选钛流程中的应用

SLon 立环脉动高梯度磁选机是我国自行研制的新一代高效强磁选设备[4-5]。该机利用磁力、脉动流体力和重力的综合力场分选弱磁性矿石,转环立式旋转,反冲精矿,配有矿浆脉动机构,具有选矿效率高、磁介质不易堵塞、分选粒度范围较宽、可靠性高和能耗低的优点。该设备首先在我国的氧化铁矿选矿工业中得到广泛应用[6],从1994 年开始在国内外的钛铁矿选矿中推广。

2. 1 在攀钢选钛厂回收-0. 045 mm 钛铁矿

攀钢选钛厂原先的选钛流程中,- 0. 045 mm 粒级作为尾矿排放( 图1) ,其中TiO2的金属占有率为40%左右,因此,攻克这部分物料的选钛难题,对提高全流程的选钛回收率具有重要的意义。1994 年至1996 年,攀钢选钛厂联合赣州有色冶金研究所等单位开展了从这部分物料中回收钛铁矿的小型试验和工业试验[7],取得了突破性的研究成果,并于1996 年在攀钢选钛厂采用1 台SLon - 1500 立环脉动高梯度磁选机建立了第1 条微细粒级选钛试验生产线,见图4。为避免浮选作业泡沫过多造成跑槽,图4 流程中首先用旋流器脱除- 0. 019 mm 矿泥,然后用1 台SLon - 1500 磁选机粗选,其粗选精矿再经脱硫浮选和钛浮选,最终得到TiO2品位为47%以上的优质钛精矿。SLon 磁选机在流程中的作业回收率达到76. 24%,浮选的作业回收率也达到了75% 左右,全流程的选钛回收率为30% 左右。但是由于- 0. 019mm 粒级未入选,使TiO2金属量损失了43. 49%,严重影响了钛铁矿回收率的进一步提高。图4 攀钢选钛厂第1 条微细粒级选钛生产流程- 0. 045 mm 粒级选钛试验生产线每年生产2万t 优质钛精矿,随后的几年攀钢选钛厂又分两期建成后八系统和前八系统- 0. 045 mm 粒级选钛生产线,至2004 年,攀钢选钛厂- 0. 045 mm 钛精矿的年产量达到15 万t 左右,加上粗粒级钛精矿,攀钢选钛厂年产钛精矿达到28 万t 左右。

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2. 2 在重钢太和铁矿分选钛铁矿

重钢太和铁矿原采用螺旋溜槽和摇床进行钛铁矿的粗选( 图2) ,由于其作业回收率很低,该矿于2000 年开始采用SLon 立环脉动高梯度磁选机进行选钛流程的技术改造,经过几次改造后的选钛流程如图5 所示。图5 太和铁矿采用SLon 磁选机的选钛流程图5 流程的主要优点有:

( 1) 由于SLon 磁选机的选矿粒度下限可达到10 μm 左右,因此磁选尾矿用水力分级机分级时可减少溢流量,让更多的细粒级钛铁矿进入选别作业。对比图2 和图5 可知,改造后溢流部分流失的TiO2金属量由32%左右降低至17%左右。

( 2) 由于SLon 磁选机分选粒度范围较宽,因此入选物料不再分粗粒级和细粒级,从而简化了选钛流程。

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( 3) SLon 磁选机取代螺旋溜槽和摇床后作业回收率大幅度提高。表1 为SLon 磁选机与螺旋溜槽和摇床的选矿指标对比结果。可见,尽管经过几年的开采,选钛给矿的TiO2品位随原矿的TiO2品位大幅度降低,但SLon 磁选机的作业回收率还是分别比螺旋溜槽和摇床提高了21. 99 和32. 67 个百分点,这使进入浮选作业的TiO2金属量由原来的22%左右提高到48%左右。

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( 4) 改善了浮选作业给矿的粒度组成。由于SLon 磁选机对0. 15 ~ 0. 02 mm 粒级钛铁矿的回收率高达85%以上,而这一粒级正好是浮选的最佳粒度范围,因此浮选的作业回收率由过去的48% 左右提高到69%左右。

SLon 磁选机在太和铁矿的成功应用大幅度提高了该矿钛铁矿的回收率,尽管选钛系统入选物料的TiO2含量由过去的12% 左右降低至9% 左右,TiO2的回收率却由过去的10% 左右提高到33% 左右,且钛精矿品位保证在47% 以上。至2007 年,该矿实现年产优质钛精矿12 万t。

2. 3 在攀钢综合厂分选钛铁矿

攀钢综合厂从攀钢排放的总尾矿中回收铁精矿和钛精矿,原选钛流程为螺旋溜槽粗选,摇床精选的单一重选流程( 图3) ,由于螺旋溜槽和摇床对细粒级回收率都很低,全流程的回收率仅为7% 左右。2002 年该厂采用SLon 磁选机建立了新的选钛流程( 图6) 。该流程的特点是: 经盘式选铁机选出残余磁铁矿等强磁性物质的选钛给矿全粒级进入SLon磁选机进行1 次粗选1 次精选,避免了水力分级机溢流中TiO2的损失( 由于水力分级机的分级效率不高,溢流中往往有15%左右+ 20 μm 的钛铁矿适合于浮选回收) ; SLon 磁选机本身具有脱泥的作用,可将绝大部分10 μm 以下的矿泥排入尾矿中; 在SLon磁选机的精选作业中采用较低的背景磁感应强度,还可将大部分- 20 μm 的矿泥排入尾矿中( - 20μm 的矿泥在进入浮选之前要尽可能脱除,否则会对浮选造成不利影响) ; SLon 磁选机精选作业的精矿产率只有16%左右,再用小型的高效浓缩机脱除- 20 μm 的残余矿泥,然后用浮选得到合格钛精矿。该流程使选钛回收率由原来采用重选工艺时的7%提高到27%左右。

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2. 4 在承钢黑山铁矿分选钛铁矿

河北省承德地区也有丰富的钒钛磁铁矿资源,其矿石性质类似于攀枝花地区的钒钛磁铁矿,不同的是攀枝花地区的磁选尾矿中TiO2含量一般可达到10%左右,而承德地区只能达到3% 至9%,即承德地区的钛铁矿入选品位普遍要低于攀枝花地区。在2001 年以前,承德地区的选钛工业非常落后,只有很少的企业用螺旋溜槽或摇床回收少量的品位为30%左右的钛铁矿,其用途主要是作为高炉的辅料。2002 年至2004 年,承德钢铁公司黑山铁矿参考攀枝花地区的选钛流程建设了1 条选钛生产线( 图7) 。该生产线在浮选前采用2 台SLon - 1750磁选机进行粗选、1 台SLon - 1750 磁选机进行精选,全流程的选钛生产指标为磁选尾矿品位8% 左右,钛精矿品位46. 5% 以上( 承德地区生产钛白粉的钛精矿TiO2品位要求≥46. 5%) ,TiO2回收率约25%,每年生产优质钛精矿2 万t 左右。

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SLon 磁选机在承德地区的成功应用,开创了承德地区生产优质钛精矿的先例。

3 通过优化流程进一步提高选钛回收率

从上述实例中可看出,采用SLon 立环脉动高梯度磁选机从钒钛磁铁矿的磁选尾矿中回收钛铁矿,在磁选尾矿TiO2品位为7% ~ 10% 的情况下,生产上全流程的TiO2回收率在20%至35%之间。影响钛铁矿回收率的因素主要有如下几方面:

( 1) SLon 磁选机( 包括其他类似的强磁选机)在生产上的TiO2作业回收率一般为80%左右,尽管实验室试验指标可获得更高的回收率,但生产上要求设备处理量大,矿浆流速快,故很难达到实验室的试验指标。现在的选钛流程要求尽可能提高浮选的给矿品位以降低浮选药剂消耗和浮选成本,因此一般采用1 粗1 精强磁选。假设强磁粗选和精选的作业回收率均为80%,则强磁作业的综合回收率为64%,即强磁选要损失该作业36%的TiO2金属量。

( 2) 隔渣、分级、浓缩环节多,TiO2损失大。由于浮选作业要求脱除- 20 μm 矿泥,这样在分级浓缩环节中要损失占入选给矿20%至40%的TiO2,同时由于分级效率不高,又造成了部分+ 20 μm 钛铁矿的损失。此外,在强磁选前的隔渣过程中,如果隔渣筛效率不高的话,也会从筛上物中损失一部分TiO2。

( 3) 浮选作业的TiO2回收率在生产上一般只能达到60% 至75%[8-10]。尽管实验室试验的浮选作业回收率可达到85%以上,但生产上由于浮选设备负荷重、生产环节控制不精准等原因,选钛回收率与实验室试验指标还有较大的差距。因此,要进一步提高选钛回收率,应从以上几个环节入手。

4. 1 攀钢选钛厂扩能改造工程

多年的生产实践证明,强磁选—浮选选钛流程与重选—电选流程相比,具有回收率较高、生产成本较低、生产环节较易控制等优点。2008 年,攀钢选钛厂开始着手进行扩能改造,具体实施计划为:

( 1) 将粗粒级选钛流程由原来的重选—电选改为强磁选—浮选。

( 2) 优化细粒级选钛流程。

( 3) 钛精矿产量由改造前的28 万t /a 提高到40万t /a。

赣州金环磁选设备有限公司受攀钢选钛厂委托,进行了选钛扩能改造新工艺试验,结果如图8 所示。图8 流程的主要特点为:

(1) 充分发挥SLon 磁选机本身的脱泥功能,磁选尾矿只分成粗粒级和细粒级入选,避免了分级溢流造成的直接损失。

(2) 细粒级强磁选作业由过去的1 次选别改为4 次选别,粗粒级强磁选作业采用SLon 磁选机1 次粗选,其粗精矿分级再磨并经弱磁选机除铁后,用SLon 磁选机进行1 次精选和1 次扫选,从而保证了强磁选作业有较高的作业回收率和较高的精矿品位( 参见表2) 。比较图4 和图8 可见,细粒级进入浮选作业的TiO2金属量由43%左右提高到72% 左右( 37. 65 /52. 55 = 72. 10%) ,粗粒级进入浮选作业的TiO2金属量高达该粒级的77% 左右( 36. 83 /47. 78= 77. 08%) 。

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(3) 高效率的强磁选为浮选创造了较好的条件,在保证钛精矿品位达到47% 以上的前提下,浮选作业回收率可保证在70% 左右,全流程回收率达到52. 17%。2009 年,攀钢选钛厂在图8 流程基础上,结合现场情况完成了扩能改造工程。2010 年该厂实现了年产优质钛精矿48 万t,预计2011 年可实现年产优质钛精矿50万t以上。目前生产上全流程实际达到的TiO2回收率为40% 左右,虽然比以前提高了很多,但由于生产条件的限制,许多作业环节还没有达到最佳状况,选钛回收率还有很大的提高潜力。

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3. 2 重钢太和铁矿新建钛铁矿选矿项目

重庆钢铁公司太和铁矿2007 年开始计划将原矿处理量由220 万t /a 扩建至630 万t /a,其选钛流程重新建设。该矿于2008 年与赣州金环磁选设备有限公司共同进行了选钛流程优化试验,试验结果如图9 所示( 图中磁选部分由赣州金环公司完成,浮选部分由太和铁矿完成) 。

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图9 流程的特点为:

(1) 磁选尾矿全粒级进入强磁选,可以避免分级溢流造成的直接损失,另一个好处是矿浆的流动性更好,可减缓矿浆管道和各种矿斗的磨损( 攀钢选钛厂粗、细粒级分别入选,粗粒级部分存在流动性较差,矿斗磨损较快的问题) 。

(2) 第1 段强磁选采用SLon 磁选机1 次粗选、1次扫选,TiO2作业回收率达到92. 12%,第2 段强磁选采用SLon 磁选机1 次精选、1 次扫选,TiO2作业回收率达到89. 25%( 81. 29 /91. 08) ,两段强磁选的TiO2综合作业回收率达到82. 22% ( 92. 12% ×89. 25%) ,使浮选给矿的TiO2金属量占到了选钛给矿的81. 29%。(3) SLon 磁选机有良好的脱泥效果。两段强磁选所得强磁选精矿( 浮选给矿) 的粒度筛析结果如表3 所示,可见,强磁选精矿含泥量很少,其粒度组成适合浮选,可以直接作为浮选给料而不需再脱泥。

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(4) 强磁选精矿直接进入浮硫和浮钛作业,浮钛作业采用1 次粗选和3 次精选,可获得钛精矿TiO2品位为47. 13% 和作业回收率为69. 55% 的指标。

太和铁矿已参考图9 流程开始了新建选钛项目的建设,目前尚在进行中。

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4 展望

目前,提高我国钛铁矿选矿回收率仍有很大的潜力,有很多工作可做,具体有如下几方面:

(1) 浮选作业回收率有待提高。目前我国生产上钛铁矿浮选作业回收率一般在60% ~ 75%,而实验室试验的钛铁矿浮选作业回收率可达到85% 以上( 表4) 。如果将来生产上浮选作业回收率能达到80%左右,则在选钛给矿品位为10% 左右、精矿品位达到47%以上的前提下,我国钒钛磁铁矿选钛生产的回收率可望达到60%左右。表4 选钛试验浮选作业指标%试验单位试验时间试料品位浮给浮精浮尾作业回收率赣州有色冶金研究所1995 年攀钢0. 045 ~ 0. 01 mm 粒级SLon - 1000 磁选机精矿23. 37 47. 60 5. 83 85. 52地矿部矿产综合利用研究所[10]2000 年攀钢- 0. 074 mm 粒级强磁选精矿22. 67 48. 47 5. 08 86. 68长沙矿冶研究院[11] 2002 年攀钢- 0. 045 mm 粒级选钛生产线SLon - 1500 磁选机精矿17. 58 47. 75 3. 68 85. 66注: 浮选作业含浮硫和浮钛,本文将硫产品计入尾矿,实际生产中硫产品可能单独回收。

(2) 研究- 20 μm 粒级钛铁矿的浮选药剂和浮选设备。随着钢铁工业对铁精矿品位要求的提高及入选原矿的日益贫化,钒钛磁铁矿选铁部分的磨矿粒度变细,选钛给矿中- 20 μm 粒级含量增多。用SLon 磁选机分选攀钢选钛厂- 20 μm 粒级的试验结果表明,在给矿品位为7. 75% 的情况下,1 次选别可获得TiO2品位为18. 73%、TiO2回收率为30. 27%的强磁选精矿。由于SLon 磁选机有良好的脱泥效果,该强磁选精矿中大部分- 10 μm 的矿泥已被脱除,若对其单独进行浮选,并研究出相关的浮选药剂和浮选设备,则钛铁矿的选矿回收率可进一步提高。

(3) 生产上二段强磁选尾矿和浮选尾矿的TiO2含量都在3%以上,这些物料中连生体较多,返回原流程再选可能不合适,但是可用它们生产一部分品位较低的次钛精矿。赣州金环磁选设备有限公司以太和铁矿选钛流程的二段强磁选尾矿和浮选尾矿为试料进行试验,获得了表5 所示的试验结果。综合以上内容,本文作者提出了图10 所示的今后钒钛磁铁矿选钛的设想流程。该流程预计在选钛给矿TiO2品位为10% 左右的情况下,产出TiO2品位为47%以上、TiO2回收率为60%左右的钛精矿和TiO2品位为30% 左右、TiO2回收率为10% 左右的次钛精矿两种钛产品,全流程的TiO2综合回收率可达到70%左右.钛5 结论

5.结论

( 1) 我国钒钛磁铁矿的选钛技术在1980 年以前几乎是一片空白。1980 后发展了以重选和电选为主的选钛流程,实现了我国钒钛磁铁矿选钛技术从无到有的转变,但是,由于当时细粒级钛铁矿不能回收等原因,选钛流程的回收率只能达到10% 左右。

(2) 从1994 年以后,SLon 立环脉动高梯度磁选机在钒钛磁铁矿的选钛流程中得到应用,使45 ~ 20μm 的钛铁矿得到了较好的回收,选钛流程的回收率普遍达到20% ~ 35%,钛精矿品位达到47% 以上。

(3) 充分利用SLon 磁选机处理量大和作业成本低的优点,在选钛流程的一段强磁选和二段强磁选作业中增加扫选作业,可较给大幅度地提高强磁选的作业回收率。经过优化的选钛流程,对于品位为10%左右的给矿,在保证精矿品位达到47%以上的前提下,目前实验室试验可达到52% 左右的回收率,生产上可达到40%左右的回收率。

(4) 随着对选钛流程和选钛设备的进一步优化以及浮选技术水平的提高,我国钒钛磁铁矿选钛生产的回收率有可能达到50% ~ 60%。

(5) 如果在- 20 μm 钛铁矿选矿技术方面取得突破,并从二段强磁选尾矿和浮选尾矿中再选出一部分品位为30%左右的次钛精矿,我国钒钛磁铁矿选钛的回收率可望在上述基础上进一步提高。

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