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稀有金属2013年第4期

湖北低品位钨钛多金属矿综合回收试验研究

肖军辉樊珊萍王振徐龙华王德志

西南科技大学环境与资源学院

固体废物处理与资源化教育部重点实验室

摘要：

湖北十堰低品位钨钛多金属矿原矿含Fe为25.64%,TiO2为6.22%,WO3为0.26%,铁以磁铁矿为主、钛以钛铁矿为主、钨以黑钨矿为主。采用弱磁选回收铁得铁精矿、强磁选得钛钨混合精矿、复合摇床重选分离钨钛得钛精矿和钨精矿。铁、钛、钨分选试验得出,在一段磨矿细度为-0.045 mm占95%、弱磁选磁场强度H=0.10 T、二段磨矿细度为-0.038 mm占95%、强磁选磁场强度H=1.0 T的弱磁选—强磁选—重选工艺综合条件下,得到了Fe品位为62.76%,含TiO2为0.79%,WO3为0.09%,铁回收率为56.20%的铁精矿;WO3品位为65.01%,含Fe为10.18%,TiO2为2.01%,钨回收率为49.67%的钨精矿;TiO2品位为48.10%,含Fe为21.06%,WO3为0.98%,钛回收率为71.01%的钛精矿,实现了有价金属铁、钛、钨的综合回收。

关键词：

多金属矿;钛铁矿;黑钨矿;磁选;摇床重选;

中图分类号： TD95

作者简介：肖军辉(1981-),男,四川中江人,博士,讲师;研究方向:资源综合利用与冶金工程E-mail:xiaojunhui33@163.com;

收稿日期：2012-10-24

基金：国家自然科学基金项目(50804039);西南科技大学科研基金(12zx7119)资助;

Comprehensive Recovery of Low Grade Tungsten-Titanium Polymetallic Ore in Hubei

Abstract：

The raw ore of low grade tungsten titanium polymetallic ore contained Fe of 25.64%,TiO2 of 6.22%,WO3 of 0.26% in Shiyan of Hubei province.Iron primarily existed as magnetite,and titanium was mainly in the form of ilmenite,and tungsten was primarily in the form of wolframite.Low intensity magnetic separation was adopted to recover iron and get iron concentrate,high intensity magnetic separation was adopted to get titanium and tungsten mixed concentrate,compound table gravity separation was adopted to separate titanium from tungsten and get titanium concentrate and tungsten concentrate.Iron,titanium and tungsten separation experiments were performed,in that,the low intensity magnetic separation-high intensity magnetic separation-table gravity separation flowsheet was adopted,under the comprehensive conditions of-0.045 mm of first grinding fineness,H=0.10 T magnetic field of low intensity magnetic separation,-0.038 mm of second grinding fineness,H=1.0 T of magnetic field of high intensity magnetic separation,and iron concentrate of Fe grade of 62.76%,TiO2 grade of 0.79%,WO3 grade of 0.09%,iron recovery of 56.20% was got.Tungsten concentrate of WO3 grade of 65.11%,Fe grade 10.18%,TiO2 grade of 2.01%,tungsten recovery of 49.67% was got.Titanium concentrate of TiO2 grade of 48.10%,Fe grade of 21.06%,WO3 grade of 0.98%,titanium recovery of 71.01% was got.The comprehensive recovery of valuable metals of iron,titanium and tungsten was realized.

Keyword：

polymetallic ore;ilmenite;wolframite;magnetic separation;table gravity separation;

Received： 2012-10-24

随着矿产资源开发程度的加剧, 品位高、含杂低、工艺简单等特点的矿石越来越少, 对于低品位矿石的利用将越来越重要, 尤其是低品位多金属矿石的开发利用尤为重要。由于低品位矿石的处理工艺较为复杂, 成本相对比较高, 如何综合利用其中的有价金属, 实现多金属综合回收将有较大的实际意义。钛和钨均属于稀有金属元素, 独立的矿床相对比较少, 大部分以伴生矿石为主, 如何实现矿石中的多金属回收, 不仅可获得良好的经济效益, 同时也是对资源的综合利用 ^[1] 。本研究针对湖北十堰地区的具有代表性的细粒低品位铁、钛、钨多金属矿进行选矿试验研究, 推荐合理的分选工艺, 实现其中有价金属铁、钛、钨的综合回收利用。

1 实验

1.1 试样性质

本次试验试样来自湖北十堰地区, 原矿含Fe 25.64%、 TiO₂ 6.22%、 WO₃ 0.26%, 铁以磁铁矿为主, 钛以钛铁矿为主, 长石中钛铁矿以它形浸染状分布于磁铁矿中, 粒度一般为20～100 μm, 较小者可达10 μm左右, 较大的可达200 μm左右; 有它形石英颗粒呈星点状分布于磁铁矿中, 粒径为20～50 μm, 最小可达5～10 μm, 可见有钛铁矿穿插于石英颗粒, 说明钛铁矿后于石英形成; 大部分钛铁矿分布于磁铁矿颗粒边缘, 少量溶出于磁铁矿中。钨以黑钨矿为主, 且嵌布粒度也较细, 部分粒度细至6 μm, 与钛铁矿的关系比较紧密, 共生关系现象较为明显。试样光谱分析见表1、化学分析见表2,、铁物相分析见表3、钛物相分析见表4、钨物相分析见表5、粒度分析见表6, 试样XRD分析图1。

从表1～6中数据知, 试样含Fe 25.64%, TiO₂ 6.22%, WO₃ 0.26%, 其中铁以磁铁矿为主, 占全铁的60.96%; 钛以钛铁矿及钛磁铁矿为主, 占全钛的74.76%; 钨以黑钨矿为主, 且锰的含量比较高, 占全钨的84.62%。此外, 粒度分析的结果显示铁在各个粒级的品位差异较小, 钨和钛随粒度的减小, 品位有所增加, 金属分布率比较均匀。

从图1知, 试样主要矿物有绿泥石、石英、长石、云母等脉石矿物, 另有一定量的磁铁矿、钛铁矿、黑钨矿等有价金属矿物, 属于复杂低品位铁、钛、钨多金属有价矿石。

表1 试样光谱分析

Table 1 Spectrum analysis results of sample/%

Ag	Al	As	B	Ba	Be	Bi	Ca	Cd	Co
0.002	>5.000	0.030	<0.001	<0.040	<0.001	<0.001	4.000	<0.001	0.005
Cu	Fe	Ga	Ge	Mg	Mn	Mo	Ni	P	Pb
0.020	2.000	0.001	<0.001	10.000	0.900	0.010	0.020	<0.100	0.060
Cr	Si	Sn	Ti	V	W	Zn	In	Ta	Nb
0.050	>>10.000	0.005	0.100	0.060	0.400	0.080	<0.010	<0.003	<0.010

表2 试样主要化学成分分析结果

Table 2 Main chemical composition analysis results of sample/%

Fe	TiO₂	WO₃	MnO	P	S	As	MgO	SiO₂	CaO	Al₂O₃
25.640	6.220	0.260	2.640	0.110	0.060	0.004	5.240	19.860	3.220	6.940

表3 试样铁物相分析结果

Table 3 Iron phase analysis results of sample/%

Compositions	TFe	mFe	Hematite	Ferrosilite	Iron carbonate	Pyrite	Others
Content	25.64	15.63	4.51	3.03	0.22	0.16	2.09
Percentage	100.00	60.96	17.59	11.82	0.86	0.62	8.15

表4 试样钛物相分析结果

Table 4 Titanium phase analysis results of sample/%

Compositions	TTiO₂	Rutile	Ilmenite and titanomagnetite	Perovskite	Sphene and silicate
Content	6.22	0.05	4.65	0.24	1.28
Percentage	100.00	0.80	74.76	3.86	20.58

表5 试样钨物相分析结果

Table 5 Tungsten phase results of sample/%

Compositions	TWO₃	Tungstite	Wolframite	Scheelite
Content	0.26	0.00	0.22	0.04
Percentage	100.00	0.00	84.62	15.38

表6 试样粒度分析结果

Table 6 Granularity analysis results of sample

Size category fraction/mm	Rate of production/%	Grade/%			Distribution rate/%
Size category fraction/mm	Rate of production/%	Fe	TiO₂	WO₃	Fe	TiO₂	WO₃
-2～+1	8.03	23.86	4.64	0.15	7.47	5.99	4.63
-1.0～+0.5	9.22	24.22	4.68	0.17	8.71	6.94	6.03
-0.50～+0.28	16.19	26.98	5.82	0.16	17.03	15.15	9.97
-0.280～+0.154	16.22	23.22	6.03	0.20	14.68	15.73	12.48
-0.154～+0.100	10.04	26.14	6.21	0.28	10.23	10.02	10.82
-0.100～+0.074	9.22	25.22	6.66	0.25	9.07	9.87	8.87
-0.074～+0.045	15.98	26.04	7.01	0.35	16.22	18.01	21.52
-0.045～+0.038	7.95	28.10	7.69	0.39	8.71	9.83	11.93
-0.038～0	7.15	28.25	7.36	0.50	7.88	8.46	13.75
Total	100.00	25.64	6.22	0.26	100.00	100.00	100.00

图1 试样XRD分析结果

Fig.1 XRD analysis results of sample

1.2 实验方法

依据工艺矿物学研究结论知, 原矿有价金属铁、钛、钨的品位较低, 且矿物的嵌布粒度较细、共生关系明显、矿物组成复杂、综合回收有价金属难度高。磁铁矿为强磁性矿物, 钛铁矿和黑钨矿属于弱磁性矿物且二者的比磁化系数相差较小, 但钛铁矿和黑钨矿的比重差异比较大。故采用弱磁选回收铁得铁精矿, 弱磁选尾矿采用强磁选—重选联合工艺回收钛、钨得钨精矿和钛精矿。

实验过程中采用的仪器设备主要为: iCAP6500等离子发射光谱仪、 AA700原子吸收光谱仪、鼓式磁选管(XSCRS-14)、高梯度强磁选机(赣州金环磁选设备有限公司)、复合摇床(床面自行采用特殊材料复合处理, 特别适合细粒及微细粒矿物的分选, 550×1100 mm)、锥形球磨机(XMQ-Ф240 mm×90 mm)破碎机、圆盘粉碎机、干燥箱、真空过滤机等。

2 结果与讨论

2.1 铁分选试验研究

试样中的铁以磁铁矿为主, 且铁的嵌布粒度比较细, 与钛、钨的共生关系明显, 合理选择弱磁选回收铁过程中的磨矿细度和磁场强度 ^[2,3,4] , 不仅影响铁的分选, 同时对钛和钨的分选影响也比较大, 铁分选试验工艺流程见图2。

2.1.1 磨矿细度影响试验

磨矿细度是反应矿物单体解离程度的一个重要指标, 磨矿细度提高有利于提高矿物的解离, 但磨矿细度过高, 容易产生过磨现象, 影响分选指标; 反之, 磨矿细度降低, 矿物的解离程度下降, 同样影响分选指标。故在磁场强度H=0.08 T的弱磁选条件下, 进行磨矿细度影响试验, 工艺流程见图2, 结果见表7。

从表7中数据知, 磨矿细度提高, 铁品位逐渐升高, 铁回收率先升高后降低, 磨矿细度-0.045 mm占95%时, 可得到铁品位63.16%, 铁回收率为50.01%的铁精矿分选指标。

图2 弱磁选回收铁试验工艺流程

Fig.2 Low intensity magnetic separation experimental flowsheet of recovering iron

2.1.2 磁场强度影响试验

磨矿细度试验结果显示-0.045 mm占95%比较合适, 铁的分选效果比较理想, 影响铁分选指标的另一个重要因素为磁场强度, 提高磁场强度, 有利提高铁的综合回收率, 但由于钛铁矿和黑钨矿属于弱磁性矿物, 故磁场强度不能过高; 反之, 降低磁场强度, 铁品位提高, 但铁的回收率有所降低 ^[5,6,7,8] 。故在磨矿细度-0.045 mm占95%条件下, 进行磁场强度影响试验, 工艺流程见图2, 结果见图3。

表7 磨矿细度试验结果(%)

Table 7 Experimental results of grinding fineness(%)

Grinding fineness of occupying 95%	Products	Rate of production	Grade			Recovery
Grinding fineness of occupying 95%	Products	Rate of production	Fe	TiO₂	WO₃	Fe	TiO₂	WO₃
-0.154 mm	Iron concentrate	24.14	55.22	2.26	0.08	52.00	8.77	7.37
	Tailings	75.86	16.22	7.48	0.32	48.00	91.23	92.63
	Total	100.00	25.64	6.22	0.26	100.00	100.00	100.00
-0.074 mm	Iron concentrate	22.32	58.62	1.87	0.06	51.04	6.71	5.11
	Tailings	77.68	16.16	7.47	0.32	48.96	93.29	94.89
	Total	100.00	25.64	6.22	0.26	100.00	100.00	100.00
-0.045 mm	Iron concentrate	20.30	63.16	0.78	0.04	50.01	2.54	3.09
	Tailings	79.70	16.08	7.61	0.32	49.99	97.46	96.91
	Total	100.00	25.64	6.22	0.26	100.00	100.00	100.00
-0.038 mm	Iron concentrate	18.06	63.87	0.66	0.04	44.99	1.92	2.77
	Tailings	81.94	17.21	7.45	0.31	55.01	98.08	97.23
	Total	100.00	25.64	6.22	0.26	100.00	100.00	100.00

图3 铁的磁场强度试验结果

Fig.3 Experimental results of iron magnetic field intensity

从图3知, 随着磁场强度的增加, 磁场强度对铁品位及回收的影响比较明显, 磁场强度提高, 铁品位降低, 铁回收率升高。综合考虑得到铁品位大于60%的铁精矿, 磁场强度H=0.10 T比较合适, 可以得到铁品位为62.76%, 铁回收率为56.18%的铁精矿分选指标。

2.2 弱磁选尾矿回收钛、钨试验研究

通过弱磁选回收铁后, 钛和钨在尾矿中均得到一定程度的富集, TiO₂品位为7.68%, WO₃品位为0.33%。由于钛铁矿和黑钨矿均属于弱磁性矿物且比磁化系数差异不太大, 但两者的比重差异比较大 ^[9,10,11,12] 。因此, 分别采用高梯度强磁选、摇床重选、强磁选—摇床重选进行钛、钨分选试验, 以得到适合钛、钨分选的工艺流程。

2.2.1 强磁选试验

影响强磁选分选指标的主要因素为磨矿细度和磁场强度, 因此对弱磁选尾矿进行磁场强度和磨矿细度试验, 试验工艺流程见图4。由于弱磁选尾矿的磨矿细度细度-0.045 mm占95%, 故首先进行磁场强度试验, 结果见图5。

从图5知, 磁场强度提高, 有利于提高钛钨精矿的综合回收率, 由于钛、钨均属于弱磁性矿物, 强磁选只能得到二者的混合精矿。兼顾品位及回收率, 选择磁场强度H=1.0 T比较合理, 可得到含TiO₂ 23.87%, WO₃ 1.08%, 钛作业回收率为90.50%, 钨作业回收率为95.69%的钛钨混合精矿。由于钛、钨的嵌布粒度均比较细, 故在磁场强度H=1.0 T的强磁选条件下, 进行磨矿细度对钛、钨分选的影响试验, 工艺流程见图4, 结果见表8。

从表8中数据知, 磨矿细度提高, 钛钨混合精矿中的钛、钨品位均有所提高。当磨矿细度为-0.038 mm占95%时, 钛钨精矿中的TiO₂为29.12%, WO₃为1.20%, 但磨矿细度过高, 钛和钨的综合回收率降低。因此, 磨矿细度为-0.038 mm占95%比较合理。

2.2.2 摇床重选试验

由于钛铁矿和黑钨矿的比重差异较大, 且二者的嵌布粒度很细, 重选是主要利用分选物料在比重和粒度上的差异一种分选方法 ^[13,14,15] , 故采用自行研制的复合摇床进行分选试验, 工艺流程见图6, 结果见表9。

表8 磨矿细度试验结果(%)

Table 8 Experimental results of grinding fineness(%)

Grinding fineness of occupying 95%	Products	Work rate of production	Grade			Work recovery
Grinding fineness of occupying 95%	Products	Work rate of production	Fe	TiO₂	WO₃	Fe	TiO₂	WO₃
-0.045 mm	Concentrate	29.12	31.28	23.87	1.08	62.47	90.50	95.69
	Tailings	70.88	7.72	1.03	0.02	37.53	9.50	4.31
	Total	100.00	14.58	7.68	0.33	100.00	100.00	100.00
-0.038 mm	Concentrate	25.56	29.12	26.78	1.20	51.04	89.14	93.21
	Tailings	74.44	9.59	1.12	0.03	48.96	10.86	6.79
	Total	100.00	14.58	7.68	0.33	100.00	100.00	100.00
-0.019 mm	Concentrate	24.76	27.18	27.25	1.22	46.17	87.85	90.94
	Tailings	75.24	10.43	1.24	0.04	53.83	12.15	9.06
	Total	100.00	14.58	7.68	0.33	100.00	100.00	100.00
-0.010 mm	Concentrate	20.16	25.23	28.78	1.36	34.89	75.56	83.07
	Tailings	79.84	11.89	2.35	0.07	65.11	24.44	16.93
	Total	100.00	14.58	7.68	0.33	100.00	100.00	100.00

表9 磨矿细度试验结果(%)

Table 9 Grinding fineness experimental results of gravity separation(%)

Grinding fineness of occupying 95%	Products	Work rate of production	Grade			Work recovery
Grinding fineness of occupying 95%	Products	Work rate of production	Fe	TiO₂	WO₃	Fe	TiO₂	WO₃
-0.045 mm	Tungsten concentrate	0.27	17.13	4.56	57.23	0.32	0.16	46.80
	Titanium concentrate	14.46	23.56	45.13	0.92	23.36	84.96	40.29
	Tailings	85.27	13.05	1.34	0.05	76.32	14.88	12.91
	Total	100.00	14.58	7.68	0.33	100.00	100.00	100.00
-0.038 mm	Tungsten concentrate	0.38	12.65	2.56	61.23	0.33	0.13	70.44
	Titanium concentrate	14.02	23.16	47.13	0.33	22.27	86.05	14.00
	Tailings	85.60	13.18	1.24	0.06	77.40	13.82	15.56
	Total	100.00	14.58	7.68	0.33	100.00	100.00	100.00
-0.019 mm	Tungsten concentrate	0.32	11.25	2.01	62.01	0.25	0.08	60.83
	Titanium concentrate	13.12	20.89	47.56	0.38	18.80	81.21	15.28
	Tailings	86.56	13.63	1.66	0.09	80.95	18.71	23.89
	Total	100.00	14.58	7.68	0.33	100.00	100.00	100.00
-0.010 mm	Tungsten concentrate	0.22	10.26	1.68	63.12	0.15	0.05	42.02
	Titanium concentrate	11.04	20.15	47.88	0.45	15.27	68.86	15.03
	Tailings	88.74	13.89	2.69	0.16	84.58	31.09	42.95
	Total	100.00	14.58	7.68	0.33	100.00	100.00	100.00

图6 摇床重选试验工艺流程

Fig.6 Table gravity separation experimental flowsheet

从表9中数据知, 摇床对钛和钨的分选效果是比较明显的, 可以得到单独的钨精矿和钛精矿, 磨矿细度提高有利于提高精矿品位, 但细度过高, 金属回收率降低, 综合考虑磨矿细度-0.038 mm占95%较为合适, 可得到WO₃为61.23%, 含Fe 12.65%, TiO₂ 2.56%, 钨作业回收率为70.44%的钨精矿; TiO₂为47.13%, 含Fe 23.16%, WO₃ 0.33%, 钛作业回收率为86.05%的钛精矿。

2.2.3 强磁选-摇床重选试验

通过单一的强磁选和摇床重选得出, 强磁选可以实现钛和钨的初步回收, 摇床重选可以分别得到钛精矿和钨精矿, 但摇床作为一种精选设备, 处理细粒矿物的处理量比较低。因此, 采用强磁选进行预先抛尾后丢弃大量的脉石矿石, 可以减少在重选过程中脉石对钛和钨的分选影响, 工艺流程见图7, 结果见表10。

从表10中数据知, 采用强磁选对弱磁选铁尾矿进行预先抛尾的效果是比较明显的, 强磁选尾矿采用重选回收钨和钛, 可得到WO₃为65.11%, 含Fe 10.22%, 含TiO₂ 1.98%, 钨作业回收率为57.37%的钨精矿; TiO₂为48.42%, 含Fe 21.02%, 含WO₃ 0.04%, 钛作业回收率为74.90%的钛精矿, 分选指标比较理想。

2.3 铁、钛、钨综合回收试验研究

通过对铁、钛、钨分选的条件试验, 得到综合回收的工艺条件, 为进一步考查全工艺流程指标, 在弱磁选尾矿中回收钛、钨时产生了中矿产品。为进一步提高钨和钛的总回收率, 对工艺优化后进行全工艺流程试验, 工艺流程见图8, 结果见表11。

从表11中数据知, 采用弱磁选-强磁选-摇床重选的分选工艺流程, 得到了Fe品位为62.76%, 铁回收率为56.20%的铁精矿; WO₃品位为65.01%, 钨回收率为49.67%的钨精矿; TiO₂品位为48.10%, 钛回收率为71.01%的钛精矿, 铁、钛、钨的综合回收指标比较理想。

图7 强磁选-摇床重选试验工艺流程

Fig.7 High intensity magnetic separation-table gravity separation experimental flowsheet

表10 强磁选-摇床重选试验结果(%)

Table 10 Experimental results of high intensity magnetic separation-table gravity separation(%)

Products	Work rate of production	Grade			Work recovery
Products	Work rate of production	Fe	TiO₂	WO₃	Fe	TiO₂	WO₃
Tungsten concentrate	0.29	10.22	1.98	65.11	0.20	0.07	57.37
Titanium concentrate	11.88	21.02	48.42	0.04	17.13	74.90	1.44
Middlings	2.12	26.33	10.98	3.97	3.83	3.03	25.57
Tailings	85.71	13.41	1.97	0.06	78.84	22.00	15.62
Total	100.00	14.58	7.68	0.33	100.00	100.00	100.00

图8 铁、钛、钨综合回收试验工艺流程

Fig.8 Iron, titanium and tungsten comprehensive utilization experimental flowsheet

表11 铁、钛、钨综合回收试验结果(%)

Table 11 Experimental results of iron, titanium and tungsten comprehensive utilization (%)

Products	Rate of production	Grade			Recovery
Products	Rate of production	Fe	TiO₂	WO₃	Fe	TiO₂	WO₃
Iron concentrate	22.96	62.76	0.79	0.09	56.20	2.92	6.31
Tungsten concentrate	0.25	10.18	2.01	65.01	0.10	0.08	49.67
Titanium concentrate	9.18	21.06	48.10	0.98	7.54	71.01	27.49
Tailings	67.61	13.71	2.39	0.08	36.16	25.99	16.53
Total	100.00	25.64	6.22	0.26	100.00	100.00	100.00

3 结论

1. 对湖北十堰复杂细粒低品位铁、钛、钨多金属矿综合回收其中有价金属进行试验, 尤其是采用复合摇床, 促进了细粒度矿物的分选, 提高了分选指标。铁、钛、钨分选试验结果得出, 弱磁选-强磁选-重选的联合工艺流程处理该低品位多金属矿石, 并回收其中的有价金属是比较合理的。

2. 在一段磨矿细度-0.045 mm占95%、弱磁选磁场强度H=0.10 T、二段磨矿细度-0.038 mm占95%、强磁选磁场强度H=1.0 T的弱磁选-强磁选-重选工艺综合条件下, 得到了Fe品位为62.76%, 含TiO₂ 0.79%, WO₃ 0.09%, 铁回收率为56.20%的铁精矿; WO₃品位为65.01%, 含Fe 10.18%, TiO₂ 2.01%, 钨回收率为49.67%的钨精矿; TiO₂品位为48.10%, 含Fe 21.06%, WO₃ 0.98%, 钛回收率为71.01%的钛精矿。实现了低品位有价多金属矿的综合利用, 对类似的多金属矿资源的处理, 实现有价多金属的综合回收也有一定的借鉴意义。