[科普中国]-钛辉石

简介

攀枝花—西昌地区钛铁矿储量(按TiO2 计)约1.5亿t，占全国原生钛铁矿储量的97%，列国内第一位，是我国重要的钛资源基地。攀钢矿业公司选钛厂的入选原料为选铁厂所排出的磁选尾矿，由于矿石性质的变化，以及选铁厂采用细磨措施提高铁精矿品位，致使选钛厂浮选入选原料中粒径小于74 μm 的矿物含量超过60%。微细粒级含量增大，会造成两个方面的影响：一是会造成浮选过程中泡沫过分稳定、发粘，使矿粒不易脱附，细粒脉石矿物夹带现象严重，从而严重影响浮选精矿品位；二是原料中粒径小于19 μm的矿物被分级脱泥作业作为尾矿抛弃。而据检测，磁尾中粒径小于19 μm 的钛铁矿含量占35%左右，TiO2含量达9.24%。可见，大量含钛矿物白白流失。目前现场钛铁矿选别工艺为强磁−浮选联合流程，主要是强化19~74 μm 粒级钛铁矿的回收1。

实验1 试样

试验样品中，钛铁矿取自攀枝花选钛厂电选精矿，经摇床、磁选制得钛铁矿纯矿物；钛辉石取自攀枝花选钛厂电选尾矿，采用摇床、磁选、电选制得钛辉石纯矿物。两种纯矿物经瓷球磨、筛分、水析分别制得74~100 μm、38~74 μm、10~38 μm 3 个粒级试样，以及粒径小于74 μm 的颗粒含量为93%(0~100 μm)的钛铁矿和钛辉石全粒级试样。粒径小于10 μm 的两种纯矿物试样则由周期式搅拌球磨机制得。

2 浮选实验

实验所用药剂均为分析纯或化学纯试剂，捕收剂为常规药剂油酸钠，pH 调整剂为硫酸和氢氧化钠。实验用水是一次蒸馏水。

浮选实验是在槽容积为40 mL 的XFG 型挂槽式浮选机进行，浮选温度为25 ℃。每次实验称取矿样2 g(混合矿样为5 g)置于槽中，加入适量蒸馏水，搅拌1 min 后加pH 调整剂搅拌3 min，再加捕收剂搅拌5 min，经PHS−3C 型精密pH 计测定pH 值后，浮选5 min，浮选过程采取手工刮泡，浮选完成后将刮出的泡沫(精矿)烘干、称量，计算回收率。

3 动电位测试

将矿物磨至粒径小于0.002 mm，每次称样30 mg置于烧杯中，加入50 mL 的蒸馏水，按照与浮选实验相同的调浆条件加药剂，用磁力搅拌器搅拌5 min 后在Zetaplus Zeta 分析仪上测量矿物表面电位。

结果与讨论1 钛铁矿和钛辉石可浮性

钛铁矿各个粒级的可浮性都很好，且可浮区间宽，在pH 值为4~10 区间内均具有较好的可浮性。相对来说，粒径小于10 μm 粒级的钛铁矿可浮性较差，10~38 μm 粒级的钛铁矿可浮性最好。当pH 值大于10 以后，74~100 μm 粒级和38~74μm 粒级的钛铁矿回收率随pH 值增加而显著下降。

钛辉石的可浮性相对较差，可浮区间也很窄，仅在pH 值为4.5~7.5 区间内可浮性相对较好。就各粒级可浮性来看，粒径小于10 μm 粒级的钛辉石可浮性最差，38~74 μm 粒级的钛辉石可浮性最好，当pH=6.28 时，钛辉石回收率可达74.93%。

捕收剂油酸钠用量对全粒级钛铁矿和钛辉石回收率的影响。钛铁矿的回收率先随油酸钠用量的增大而升高，后趋于平缓。当油酸钠用量为1×10−4mol/L 时，钛铁矿回收率可高达90%以上，具有非常好的可浮性；油酸钠用量大于1×10−4mol/L 后，其对钛铁矿回收率影响不大。在实验药剂用量范围内，油酸钠用量对钛辉石的回收率影响不大，回收率一直维持在25%~30%之间，可浮性较差。

2 钛铁矿和钛辉石混合体系浮选

从钛铁矿和钛辉石可浮性实验结果可知，钛铁矿可浮性很好，钛辉石可浮性较差，为了研究在实际浮选体系中，钛辉石对钛铁矿浮选回收率影响的原因，分别进行了钛辉石各个粒级同全粒级钛铁矿不同比例人工混合矿浮选实验。

对于10~38 μm、38~74 μm 和74~100μm 3 个粒级的钛辉石来说，其含量的增加对钛铁矿回收率的影响并不大；而对于粒径小于10 μm 的钛辉石来说，其含量低于40%时，对钛铁矿回收率影响不大，但其含量超过40%时，对钛铁矿回收率影响非常显著。随着该粒级钛辉石含量增加，钛铁矿回收率急剧降低，当该粒级钛辉石含量为50%时，钛铁矿的回收率由该粒级钛辉石含量为0 时的89%降到63%；该粒级钛辉石含量增大到80%时，钛铁矿的回收率仅为33.6%。

全粒级钛铁矿和粒径小于10 μm 的钛辉石占60%的人工混合矿油酸钠用量试验结果。随油酸钠用量在一定范围内的增大，钛铁矿回收率虽然有明显提高，但与钛铁矿纯矿物浮选实验结果相比，在相同的油酸钠用量和pH 值下，钛铁矿纯矿物的回收率远大于此混合矿中钛铁矿的回收率。造成这种现象的主要原因可能是微细粒钛辉石在钛铁矿表面发生了罩盖作用，降低了钛铁矿的可浮性。下面将从DLVO理论方面详细讨论微细粒钛辉钛辉石与钛铁矿间的相互作用。

3 异类矿物颗粒间的相互作用

由于微细粒的钛辉石对钛铁矿浮选影响较大，所以本实验室研究5 μm 钛辉石和38 μm 钛铁矿矿物粒子间的相互作用情况。

当颗粒间距小于10 nm 时，吸引力急剧增大，更有可能发生罩盖。当颗粒间距大于20 nm 时，吸引力缓慢减小，随着间距的继续增大，吸引力趋近于0。在pH=8.5 时，两种颗粒的总相互作用能随颗粒间距的增大由排斥变为吸引，当颗粒间距小于52.5 nm 时，其作用能表现为排斥，当颗粒间距大于52.5 nm 时，其作用能表现为吸引，但吸引力很小。由此可见，在pH=8.5 时，由于颗粒间存在斥力，微细粒的钛辉石在钛铁矿表面罩盖的可能性较小。

根据浮选实验结果，钛铁矿在pH 为4~10 区间均具有很好的可浮性，而钛辉石仅在pH 为4.5~7.5 区间具有一定的可浮性；并且，根据DLVO 理论计算结果，在pH=8.5 时，发生细粒罩盖可能性较小，有利于消除钛辉石的影响。因此，基于这两个方面的原因，可考虑选择pH 为7.5~10 的碱性区间来浮选钛铁矿2。

总结1) 钛铁矿在pH 值为4~10 区间内各个粒级都具有很好的可浮性，钛辉石仅38~74 μm 粒级在pH 值为4.5~7.5 区间内具有较好的可浮性。油酸钠用量对钛铁矿回收率影响较大，当油酸钠用量为1×10−4mol/L 时，钛铁矿回收率高达90%以上；油酸钠用量对钛辉石的回收率影响不大。

2) 粒径小于10 μm 粒级的钛辉石在其含量超过40%时，会导致钛铁矿回收率急剧降低，其它较粗粒级的钛辉石对钛铁矿回收率影响较小。

3) 根据DLVO 理论计算结果，在pH=5.9 时，两种矿物颗粒间的总相互作用能为负值，表现为相互吸引，微细粒极的钛辉石会在钛铁矿表面上粘附，使钛铁矿的回收率显著降低；在pH=8.5 时，由于静电排斥能大，使总相互作用能仍为强的斥力，微细粒钛辉石不能在钛铁矿上发生粘附，因此，可以考虑在碱性区间浮选钛铁矿3。