肖飛燕，喻連香，周吉奎，梁冬云，李 波

廣東省資源綜合利用研究所，稀有金屬分離與綜合利用國家重點實驗室，廣東省礦產(chǎn)資源開發(fā)和綜合利用重點實驗室，廣東 廣州 510650

鋯是重要的稀有金屬，其具有耐腐蝕、耐高溫、可塑性強及機械加工性能好等優(yōu)良性質(zhì)，主要用于國防和航天工業(yè)領(lǐng)域中．鋯是我國短缺的稀有金屬之一，鋯礦石資源主要分布在廣東、海南、廣西等東南沿海地區(qū)[1]，以海濱砂礦為主，一般伴生于鈦鐵礦、金紅石和獨居石中．隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，對鋯礦石的需求量不斷增長，國外大量的鋯原料、鋯中礦進入中國，因此研究鋯中礦分離及綜合回收鈦鐵礦、金紅石和獨居石等具有十分重要的意義．

本研究的礦樣為國外某地海濱原砂經(jīng)粗選后的鋯中礦，在對鋯中礦樣品進行詳細的工藝礦物學研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)各礦物在磁性、導電性、密度等方面存在差異，采用濕式磁選—重選—干磁—電選聯(lián)合選礦工藝流程，最終得到富鈦鈦鐵礦、金紅石、鋯英石、獨居石精礦產(chǎn)品，使該難選鋯中礦得到有效綜合回收．

1 工藝礦物學研究

1.1 多元素化學分析

試驗礦樣為國外某地海濱砂礦的原砂經(jīng)粗選后的鋯中礦，其多元素化學分析結(jié)果列于表1．由表1可知，礦樣中除鋯、鈦可回收外，還有伴生的重要的稀土元素．

1.2 礦物組成

通過對礦樣進行工藝礦物學研究，結(jié)果表明：礦樣中鈦礦物種類較多，主要為富鈦鈦鐵礦，以及金紅

表1 礦樣多元素化學分析結(jié)果

石、白鈦石和鈮鐵金紅石；鋯礦物為鋯石；稀土礦物主要是獨居石，以及少量的磷釔礦等；鐵礦物含量極少，只有少量的鈦磁鐵礦；脈石礦物含量少、種類多，主要為石英、十字石、藍晶石，其次為綠簾石、電氣石、剛玉等．

1.3 鈦物相分析

對礦樣進行了鈦物相分析，其分析結(jié)果列于表2．由表2可知，礦樣中富鈦鈦鐵礦占原砂總鈦60.49%，金紅石和白鈦石占原砂總鈦38.70%，本礦樣主要回收是富鈦鈦鐵礦和金紅石.

表2 鈦物相分析結(jié)果

1.4 主要礦物粒度

用MLA測定礦樣中各個有價礦物粒度的大小，測定結(jié)果列于表3．由表3可知，礦樣中各個有價礦物粒度大小相近，粒度范圍分布較窄，主要集中在0.04～0.16mm粒級，屬于重選、磁選的易選粒級．由于礦樣中鋯石、富鈦鈦鐵礦、金紅石、獨居石等有用礦物具有良好的天然解離性，因此不需要磨礦可直接進行分選．

2 選礦試驗研究

礦樣中的有價礦物主要為富鈦鈦鐵礦、金紅石、鋯石和獨居石，由于鈦鐵礦、金紅石、獨居石各具有不同程度的磁性，其中金紅石具較強導電性，而鋯石既無磁性也無導電性，脈石礦物的比重低于以上有用礦物的比重[2]．因此，利用各礦物之間的性能差異，采用濕式磁選—重選—干磁—電選聯(lián)合選礦工藝流程對該礦樣進行回收，最終得到富鈦鈦鐵礦、金紅石、鋯英石、獨居石精礦產(chǎn)品．

表3 礦樣中各有價礦物粒度分布結(jié)果

2.1 高梯度磁場強度試驗

根據(jù)工藝礦物學研究結(jié)果表明富鈦鈦鐵礦在0.55～0.97T場強下進入磁性產(chǎn)品，鈮鐵金紅石、白鈦石在0.88～1.40T場強下才能進入磁性產(chǎn)品，而鋯石和大多數(shù)金紅石屬非磁性礦物則進入非磁性產(chǎn)品，根據(jù)各礦物之間的磁性差異，對該礦樣進行了高梯度磁選場強試驗．試驗使用SSS-1型500濕式高梯度磁選機，磁場強度試驗流程為一次粗選、一次精選如圖1所示．

圖1 磁場強度試驗流程圖Fig.1 Flow-sheet of magnetic field intensity test

表4為一粗、一精高梯度磁場強度試驗結(jié)果．從表4可知，粗選磁場強度0.60T、精選磁場強度0.55T時，TiO2的回收率為63.01%，磁性精礦中TiO2的品位為47.20%．表明富鈦鈦鐵礦均進入磁性產(chǎn)品中，適宜的粗選場強為0.60 T、精選為0.55 T．

表4 一粗、一精高梯度磁場強度試驗結(jié)果

2.2 重選試驗

對磁選所獲得的磁精礦和磁選尾礦分別進行重選搖床試驗．試驗采用XZY1100×500細泥搖床，試驗條件為：沖程14 mm，沖次326 r/min，坡度3.5°．磁精礦中主要含富鈦鈦鐵礦和獨居石，對富鈦鈦鐵礦和獨居石進行分離，其試驗結(jié)果列于表5．由表5可知，經(jīng)搖床選別后，搖床的精礦主要含獨居石，其中稀土含量REO為23.55%，作業(yè)回收率達94.73%，搖床的尾礦為含富鈦鈦鐵礦精礦，TiO2含量為51.38%，作業(yè)回收率為86.14%.

表5 磁選精礦搖床試驗結(jié)果

磁選尾礦中主要含鋯英石、金紅石、其次有脈石石英、藍晶石、剛玉等，采用搖床分離出大部分比重較輕的脈石礦物，搖床精礦1主要是鋯英石、金紅石和獨居石，試驗結(jié)果見表6.

由表6可知，經(jīng)搖床選別后，搖床的精礦1主要含鋯英石和獨居石，其中Zr(Hf)O2含量58.48%，REO含量3.01%，搖床的尾礦為金紅石，TiO2含量為23.25%.

2.3 干磁選試驗

根據(jù)重選產(chǎn)品中主要礦物的磁性差異，可采用干磁選分別對重選分組后的搖床精礦進行分離，實現(xiàn)獨居石和富鈦鈦鐵礦的分離，以及鋯、金紅石與獨居石的分離．試驗采用138A-C3型應(yīng)輥型磁選機，經(jīng)過系列試驗結(jié)果表明，在磁場強度0.97T條件下可使富鈦鈦鐵礦、獨居石與鋯英石和金紅石有效分

表6 磁選尾礦搖床試驗結(jié)果

離，分離出的非磁性產(chǎn)品1進一步通過電選分離鋯英石和金紅石；在磁場強度0.55T條件下對一次干磁選精礦進一步有效分離，獲得TiO2含量為53.66%，回收率為8.12%的鈦鐵精礦；在磁場強度0.65T條件下精選獨居石，可得到REO含量為61.74%、回收率為60.44%的稀土精礦，干磁選試驗流程見圖2．

高梯度磁選尾礦經(jīng)搖床重選后，重礦物主要是鋯英石、金紅石和獨居石等，采用圖2干磁選試驗流程及磁選條件進行有效分離后，在磁場強度0.55T條件下精選得到TiO2含量為57.27%的鈦精礦；在磁場強度0.65T條件下精選獨居石，可得到REO含量為61.89%的稀土精礦，分離出的非磁性產(chǎn)品2進一步通過電選分離鋯英石和金紅石．試驗結(jié)果見表7．

圖2 干磁選試驗流程Fig.2 Testflow-sheet of dry magnetic separation

表7 干磁選分離試驗結(jié)果

2.4 電選試驗

電選就是基于被分離物料在電性質(zhì)上的差異，利用電選機使物料顆粒帶電，在電場中顆粒受到電場力和機械力的作用，不同電性的顆粒運動軌跡發(fā)生差異而使物料得到分選，在海濱砂礦中常用來分離金紅石和鋯英石，鈦鐵礦和長石、石英等[3]．

采用干磁選所獲得的非磁性產(chǎn)品1，非磁性產(chǎn)品2，主要為鋯英石和金紅石，還有少量的剛玉和藍晶石，根據(jù)鋯英石和金紅石的電導性差異，利用電選分離鋯英石和金紅石．試驗采用MARKⅢ篩網(wǎng)式電選機，電壓對分選效果有直接關(guān)系，隨著工作電壓升高，金紅石品位逐步提高，但回收率下降，試驗探索了不同條件下的電壓對金紅石的品位和回收率的影響，為了獲得高品位的鋯精礦，對非磁性產(chǎn)品1和非磁性產(chǎn)品2分別進行電選，非磁性產(chǎn)品電選試驗流程見圖3，非磁產(chǎn)品電選試驗結(jié)果見表8．

圖3 電選試驗流程Fig.3 Test flow-sheet of electric separation

產(chǎn)品作業(yè)產(chǎn)率/%品位w/%作業(yè)回收率/%Zr(Hf)O2TiO2REOZr(Hf)O2TiO2REO鋯精礦170.3965.100.070.0385.590.3125.98鋯精礦27.5760.150.850.068.500.405.59鋯中礦6.248.8521.560.775.658.3058.69金紅石精礦15.840.8792.430.050.6290.999.74電選給礦100.0053.5416.090.08100.00100.00100.00

由表8可知，非磁性產(chǎn)品1主要含鋯英石和金紅石，在22kV電場條件能選出高品位的鋯精礦，鋯精礦品位大于65%，在14kV電場條件下精選出的金紅石精礦較純，TiO2含量達92.43%．非磁性產(chǎn)品2主要含鋯英石和金紅石還有少量的剛玉和藍晶石，在22kV電場條件下能選鋯精礦品位為60.15%，在顯微鏡下觀察主要含少量比重較大的剛玉和藍晶石影響鋯精礦的品位，這部分鋯精礦量比較少可以作為四級品鋯精礦出售，含Zr(Hf)O2為65.10%的一級品鋯精礦和含Zr(Hf)O2為60.15%的四級品鋯精礦，兩部分合并鋯精礦對原礦的總作業(yè)回收率為91.19%，達到選礦綜合回收的試驗?zāi)康模囼灲Y(jié)果表明，鋯中礦經(jīng)濕式磁選—重選—干磁選—電選聯(lián)合流程選別后最終獲得精礦產(chǎn)品結(jié)果見表9．

表9 最終精礦產(chǎn)品試驗結(jié)果

3 結(jié) 論

(1)國外某海濱砂礦鋯中礦具有復雜的礦物組成，可回收的有價礦物主要為鋯石和富鈦鈦鐵礦，有用礦物有良好的天然解離性，不需磨礦就可分選，同時可綜合回收金紅石和獨居石．

(2)試驗開發(fā)出了濕式磁選—重選—干磁選—電選經(jīng)濟合理的聯(lián)合選礦工藝流程，使鋯中礦得到有效綜合利用，最終獲得富鈦鈦鐵礦、金紅石、鋯英石、獨居石精礦產(chǎn)品．

(3)試驗開發(fā)的鋯中礦精選分離工藝流程無藥劑污染，尾水可全部回用，無尾渣污染，符合環(huán)保要求．

(4)本研究的選礦工藝流程分選指標好，適用于工業(yè)生產(chǎn)，并產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益，為同類型海濱砂礦綜合回收利用提供了技術(shù)依據(jù)．