鈦鋯礦物作為重要的非鐵金屬資源，廣泛應(yīng)用于航空航天、化工、涂料、電子等多個領(lǐng)域[1]，鈦鋯資源在全球范圍內(nèi)分布不均，主要集中在澳大利亞、南非、加拿大等國家。中國作為世界上最大的鈦鋯礦產(chǎn)資源消費國，鋯礦儲量約為50萬t，占全球總儲量的0.71%；鈦鐵礦全球占比32.86%，但主要為低品位難分選的釩鈦磁鐵礦，資源稟賦較差。國內(nèi)資源供給嚴(yán)重不足，大量依賴進口，其中鋯對外依存度超過90%，鈦精礦對外依存度也超過60%[2]。鋯礦品位方面，全球主要的鋯礦資源國其鋯礦品位多在5%~10%，而中國則多小于1%，整體品位較低[3]；中國鈦鐵礦平均品位一般為5%~10%，金紅石平均品位一般為1%~5%，遠低于全球主要鈦礦資源國鈦礦品位[4]。

國外鈦鋯精選廠主流工藝技術(shù)為，粗選廠獲得的重礦物（HMC）直接烘干后通過干式滾筒磁選、電選分離出鈦精礦、鈦礦和白鈦石混合精礦、金紅石精礦以及非磁非導(dǎo)電性礦，非磁性非導(dǎo)電性礦物給入濕式重選分離出石英、藍晶石、十字石等較輕礦物，重選精礦脫水烘干后再經(jīng)過干式強磁選、電選獲得鋯英砂精礦。國內(nèi)鈦鋯精選廠通常采用濕式永磁中強磁磁選機分離出鈦粗精礦，鈦粗精礦烘干后給入干式磁選精選獲得鈦精礦，濕式磁選尾礦給入螺旋溜槽或搖床進行重選獲得鋯中礦和金紅石中礦，鋯中礦和金紅石中礦烘干后， 分別進入鋯英石干選系統(tǒng)和金紅石干選系統(tǒng)進行精選，鋯英石干選系統(tǒng)和金紅石干選系統(tǒng)設(shè)備配置基本一樣，通常配置為一段中磁磁選，三段高壓滾筒電選，一段強磁磁選和一段板式靜電電選。

國外的精選技術(shù)存在烘干能耗高、干濕交替等問題，國內(nèi)精選廠濕選、干選工序基本都是間斷生產(chǎn)，生產(chǎn)連續(xù)性差，物料轉(zhuǎn)運成本高，濕選分離精度低，大量的干選中尾礦需要集中堆存再集中濕選后再干選。隨著鈦鋯資源礦物粒度逐漸變細，礦物表面性質(zhì)越來越復(fù)雜，目前的精選技術(shù)存在的問題暴露更明顯，國內(nèi)外的精選技術(shù)分選精度、分選效率均受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，不僅精礦品位難于保證，精礦回收率也不高。因此針對鈦鋯精選廠存在的問題，本研究從工藝、設(shè)備方面著手，開發(fā)出一套高效、環(huán)保的鈦鋯粗精礦精選工藝，提高鈦鋯粗精礦的選礦效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗和環(huán)境影響，促進鈦鋯行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1、新工藝的提出與理論基礎(chǔ)

鈦鋯粗精礦精選主要是利用礦物粒度、密度、磁性、導(dǎo)電性等差異進行分離[5]，鈦鋯粗精礦中通常含有鈦鐵礦、金紅石、白鈦石、鋯英石、獨居石、石榴石、藍晶石、電氣石、十字石等多種礦物，成分復(fù)雜，多種礦物具有相近的密度、磁性，增大了分離提純的難度，而鈦鋯粗精礦分選效率及產(chǎn)品質(zhì)量主要由干選決定，制約干選的主要原因是電選，電選是金紅石和鋯英石提質(zhì)的重要技術(shù)手段[6]，而影響電選分離的因素除了電選機自身性能外，還受到物料粒度、品位、礦物導(dǎo)電性差異的影響，其中礦物導(dǎo)電差異是決定金紅石和鋯英石能否有效分離并獲得合格精礦的關(guān)鍵，礦物導(dǎo)電性主要由自身性質(zhì)決定，但礦物表面性質(zhì)往往決定了導(dǎo)體與非導(dǎo)體分離提純效率。

通過對國內(nèi)多家鈦鋯精選廠生產(chǎn)工藝考察，生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)跟蹤，以及生產(chǎn)所用鈦鋯粗精礦組分的分析，提出了從裝備、工藝兩方面開展技術(shù)研究，生產(chǎn)裝備方面的技術(shù)路線為：優(yōu)化淘汰低效率設(shè)備，開發(fā)或引進大處理量、高效率裝備；工藝技術(shù)方面技術(shù)路線為：深度清潔，強化濕選，增精加掃，提質(zhì)保收，減組降雜，創(chuàng)優(yōu)干選給料，提高干選分離提純效率，減少干濕交替。

2、精選工藝技術(shù)研究

2.1高效磁選設(shè)備應(yīng)用研究

鈦鋯砂礦礦物種類多，組分復(fù)雜，不同礦地同一種礦物磁性等性質(zhì)差異較大，國內(nèi)多數(shù)精選廠通常無穩(wěn)定單一的礦源，多為進口不同國家不同礦地的鈦鋯粗精礦進行生產(chǎn)，在濕式磁選作業(yè)通常采用永磁磁選機來進行鈦鐵礦的分離，由于永磁磁選機的局限性導(dǎo)致磁選作業(yè)很難適應(yīng)不同礦地礦石的選別，因此根據(jù)確定的“優(yōu)化淘汰低效率設(shè)備，開發(fā)或引進大處理量，高效率裝備”的技術(shù)路線，開展了SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機在鈦鋯粗精礦精選廠的應(yīng)用研究。

2.1.1磁選工藝的優(yōu)劣勢分析

國內(nèi)外鈦鋯精選廠多采用永磁滾筒式中強磁磁選機進行鈦鋯粗精礦中磁性礦物的初步分離，雖然永磁磁選機具有不需持續(xù)激磁，無功耗，其磁系不需能源和冷卻系統(tǒng)，且結(jié)構(gòu)緊湊簡單，重量輕，占地面積少等優(yōu)點[7]，但是其具有單位面積處理能力低，磁場強度不可調(diào)，適應(yīng)性低等缺點，在鈦鋯砂礦中，不同礦地同一礦物的磁性往往差異較大，采用永磁磁選機很難適應(yīng)不同礦地磁性物的有效分離，國內(nèi)鈦鋯精選廠大多數(shù)都是進口不同國家，不同礦地的粗精礦進行加工，傳統(tǒng)設(shè)備難以適應(yīng)不同礦源的分選需求，會出現(xiàn)磁選分離效果差，磁性礦物分離不徹底，對重選、電選等作業(yè)造成影響，從而導(dǎo)致鈦鋯精選廠處理能力小，分選效果差，生產(chǎn)效率低的情況，干式交替選別次數(shù)多，能耗高等問題。這些局限性嚴(yán)重制約了鈦鋯粗精礦選礦效率的進一步提升。SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機具有處理能力大，富集比高，背景場強高，磁場可調(diào)，精礦夾帶少，操作維護簡單，對給礦粒度、濃度和品位波動適應(yīng)性強等優(yōu)點[8-10]，適用于國內(nèi)不同礦地磁性礦物磁性差異大的鈦鋯精選廠使用。

2.1.2磁選分離試驗研究

對不同礦地的鈦鋯粗精礦開展Slon立環(huán)脈動高梯度磁選機和永磁磁選機的對比試驗研究，本次試驗采用國內(nèi)主要鈦鋯精選廠使用的磁場強度為0.7T永磁磁選機進行試驗，試驗流程如圖1，對比試驗結(jié)果見表1。

由表1可知，不同礦地鈦鐵礦磁性存在較大差異，永磁磁選機適應(yīng)性能差，而Slon立環(huán)脈動高梯度磁選可根據(jù)礦石磁性進行磁場強度的調(diào)整，從而獲得良好的磁性礦物回收效果。本研究通過一系列試驗，對SLon高梯度立環(huán)磁選工藝的多個操作參數(shù)進行了優(yōu)化，包括磁場強度、磁選機的轉(zhuǎn)速、給礦濃度和給礦速率等。通過單因素和多因素實驗設(shè)計，確定了最佳的工藝參數(shù)組合，以實現(xiàn)對鈦鋯毛砂中不同磁性礦物的高效分選。

2.2強力擦洗－脫泥－濕磁－重選聯(lián)合新工藝研究

2.2.1原礦性質(zhì)

原礦取自澳洲某海濱砂礦粗精礦，化學(xué)多元素分析結(jié)果見表2，原礦鈦物相分析結(jié)果見表3。

由表2可知，原礦中主要有價礦物為ZrO₂、TiO₂及稀土氧化物（REO）；脈石礦物主要為SiO₂，其次為Al₂O₃、Cr₂O₃、MgO和CaO。由表3可知，原礦中鈦礦主要以鈦鐵礦和金紅石為主。試驗首先對礦砂進行強力擦洗，以去除表面礦泥，隨后通過脫泥環(huán)節(jié)進一步減少礦泥的干擾。經(jīng)過擦洗和脫泥后的礦砂，再進入濕磁和重選流程，以提高鈦鋯礦物的回收率和精礦品位。

2.2.2擦洗試驗

礦物的表面性質(zhì)對電選分離影響很大，在放大鏡下觀察，礦物表面緊密吸附有礦泥，尤其鋯英表面存在致密涂層。在鋯英石顆粒上出現(xiàn)的表面涂層主要由水合氧化鐵和氫氧化物（褐鐵礦）、粘土和膠體二氧化硅的混合物組成，這些混合涂層使不導(dǎo)電的鋯英石顆粒具有較強的導(dǎo)電性，從而降低了鋯英石顆粒與金紅石顆粒的導(dǎo)電性差異，增加了靜電分離的難度，降低靜電分離效率，為此開展清潔表面試驗，以消除礦泥及鋯英石表面涂層，為重選和電選的高效分離創(chuàng)造條件。消除礦泥及涂層可采用化學(xué)試劑處理法與物理擦洗法，由

于化學(xué)試劑存在腐蝕性及會對環(huán)境產(chǎn)生污染，試驗選擇物理擦洗法處理目的礦物。進行了不同固液比、攪拌速度、擦洗機類型等試驗，最終選用多面體擦洗機，在固液比為2∶1，轉(zhuǎn)速300r/min，擦洗時間2h的條件下能獲得良好的擦洗效果。擦洗前的鋯英表面情況見圖2，擦洗后見圖3。

由圖2和圖3可以看出，擦洗前礦物表面清潔度差，擦洗后礦物表面清潔度好，鋯英石表面致密涂層明顯減少。

2.2.3濕式全流程試驗

在確定好礦石表面處理工藝后，將擦洗后得到的試驗樣品進行磁選-重選聯(lián)合試驗，通過大量的試驗，獲得了良好的濕選指標(biāo)，濕式全流程工藝流程見圖4，結(jié)果見表4。

由表4可知，通過濕選后，鈦精礦中TiO₂含量為51.41%，回收率為74.64%，ZrO₂含量為1.22%；鋯英石精礦1和鋯英石精礦2中ZrO₂含量分別為62.45%和59.92%，回收率分別為63.51%和2.65%；金紅石精礦中TiO₂含量為65.74%，回收率為4.14%。按照重選閉路經(jīng)驗公式進行計算，鋯英石精礦中ZrO₂的重選作業(yè)回收率可達到98.33%，金紅石精礦中TiO₂重選作業(yè)回收率達到50.69%。

2.3聯(lián)合新工藝工業(yè)應(yīng)用研究

廣東某鈦鋯精選廠濕選一直采用：“螺旋洗礦機-永磁磁選-搖床”組成的濕選系統(tǒng)進行生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中存在擦洗強度低，礦物表面清潔差，鈦鐵礦磁選選不凈、搖床分帶不清，搖床精礦、搖床中礦品位不高，處理能力低等問題，將“強力擦洗-脫泥-濕磁-重選聯(lián)合”新工藝應(yīng)用于生產(chǎn)，取得了良好指標(biāo)。原工藝流程見圖5，新工藝流程見圖6，新舊工藝生產(chǎn)指標(biāo)對比見表5。

由表5可知，與舊工藝相比，新工藝的處理量提高了1.52倍，鈦精礦TiO₂品位提高了3.79%，由47.44%增加至51.23%，回收率提高了15.83%，由54.08%提高至69.91%；鋯英石精礦ZrO₂品位提高了9.48%，由52.16%增加至61.64%，回收率提高了12.51%，由72.77%增加至85.28%，鋯英石精礦中TiO₂含量由17.46%降至7.59%；金紅石精礦TiO₂品位提高了11.75%，由51.62%增加至63.37%，金紅石精礦中ZrO₂含量由14.69%降至12.11%。采用新工藝，精礦產(chǎn)品品位均得到提高，提前分離出與鋯英石密度更接近的鈦鐵礦，減少重選給料組分及給料量，提高重選效率，為鋯英石與金紅石創(chuàng)造良好的分離條件，有效提高干選分選效率并降低能耗。

3、結(jié)語

1）根據(jù)鈦鋯粗精礦精選廠普遍存在的問題，從磁選設(shè)備與處理工藝兩方面開展了研究。磁選設(shè)備方面，用SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機取代了永磁滾筒強磁磁選機；工藝方面，研發(fā)了“強力擦洗－脫泥－濕式磁選－重選”聯(lián)合新工藝技術(shù)，并成功應(yīng)用于生產(chǎn)上，取得了良好的技術(shù)指標(biāo)；

2）采用聯(lián)合新工藝，鈦精礦、鋯英石及金紅石精礦產(chǎn)品品位均得到提高，并提前分離出與鋯英石密度更接近的鈦鐵礦，減少了重選給料組分及給料量，提高了重選效率，為鋯英石與金紅石創(chuàng)造了良好的分離條件，有效提高了干選分選效率并降低能耗；

3）金紅石精礦中的ZrO₂含量降低了2.58%，金江石與鋯英石兩者分離是試驗難點，仍需深入研究。

參考文獻：

[1]余存燁，余毅駿.“外星”金屬鈦、鋯、鉭[J].稀有金屬快報，2004(10)：31-34.

[2]孫宏偉，許康康，左立波，等.鋯-鈦礦產(chǎn)資源分布特點、類型、供需格局及開發(fā)利用現(xiàn)狀[J].中國地質(zhì)，2023，50（4）：1070-1081.

[3]孫宏偉，王杰，任軍平，等.全球鋯礦資源現(xiàn)狀與利用趨勢[J].礦產(chǎn)保護與利用，2019，39（5）：98-105.

[4]李政，陳從喜.全球鈦資源行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀[J].地球?qū)W報，2021，42（2）：245-250.

[5]呂良，王守敬，岳鐵兵，等.國外某鐵砂礦綜合回收技術(shù)研究[J].金屬礦山，2012（1）：73-76.

[6]張建文，王海東，龔文勇，等.莫桑比克某鋯英石磁電選礦工藝研究[J].礦冶工程，2020，40（1）：51-53.

[7]沈海榕，高利坤，饒兵，等.永磁磁選設(shè)備的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].有色金屬(選礦部分)，2021（5）：103-110.

[8]張春浩，熊大和.應(yīng)用SLon立環(huán)脈動高梯度磁選機提高選礦效率[J].礦冶工程，2018，38（3）：74-78.

[9]曹南杰，李雨涵，李磊，等.SLon系列大型高梯度磁選機從尾礦中選鈦試驗與實踐[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2022，38（6）：149-151.

[10]彭欣苓，冉紅想，魏紅港，等.強磁選機在石英砂除雜提純中的應(yīng)用[J].有色金屬（選礦部分），2017（Z1）：93-98.