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钛铁矿选矿|钒钛磁铁矿选矿及综合利用

一、资源

铁矿石资源按矿物成分可分磁铁矿石、赤铁矿(假象赤铁矿)石、褐铁矿石、钛磁铁矿石、菱铁矿石等5种类型。

含钒的钛磁铁矿石主要生成于基性、超基性侵入矿床(岩浆型铁矿床),矿石以富含钒、钛为特征。主要资源国为中国、俄罗斯、加拿大、挪威、南非、美国、芬兰、巴西等,次生砂矿床多分布于澳大利亚、印度、非洲沿海诸国各国钒钛磁铁矿资源,由于矿石特性各异,其开发利用侧重面也不同 一部分钒钛磁铁矿中,含钒很高,侧重回收钒,如芬兰奥特麦基(Otatmmki),其它铁、钛只作为副产品;南非马波茨(MapocLs)矿山矿石含V2O5 1.4%~1.7%、Fe 53%~57%、TiO2 12%~15%,钒产品获得大量应用,但钛矿物并未利用 加拿大钛磁铁矿石未大量开发,但魁北克的阿莱德湖(Alard Lake)矿山是钛铁矿中包含有极微细薄片状赤铁矿(占矿石的15%)结构的矿石,称为赤铁钛铁矿石,被用作索雷尔(Sorel)冶炼厂生产著名的索雷尔高钛渣的原料。俄罗斯卡契卡纳尔(Katschkanar)钒钛磁铁矿石得到大规模开发利用,处理矿石量达4500万t/a,只生产铁钒精矿(Fe 62% 、V2O5 0.5%~0.7%)被用作下塔吉尔和邱索夫冶炼厂生产原料。我国攀枝花钒钛磁铁矿生产铁钒精矿、钛精矿和磁钴精矿,主要用作攀枝花钢铁公司和有关钛白粉厂生产原料。

国外钒钛磁铁矿床的储量和分布,早已有较详细资料报导 此类矿床在中国分布广泛,储量丰富,储量和开采量居全国铁矿的第三位,已探明储量61.9亿t,主要分布在四川攀枝花-西昌地区、河北承德地区、陕西汉中地区、湖北郧阳、襄阳地区、广东兴宁及山西代县地区等。其中,攀枝花-西昌地区是找国钒钛磁铁矿的主要成矿带,也是世界上同类矿床的重要产区之一。该成矿带南北长约300 km,已探明大型、特大型矿床7处,中型矿床6处,矿石中铁'钛、钒等多种可供综合利用的组分都具有巨大的资源。

中国钒钛磁铁矿矿床类型及矿石化学成分如表1所示。

表1  我国钒钛磁铁矿矿床类型硬化学成分 ω/%

钛铁矿选矿|钛铁矿磁选机|钛铁矿选矿设备|钛铁矿干选设备

二、钒钛磁铁矿选矿

钒钛磁铁矿资源的开发利用,首先是矿石分选。其目的是将这种复合矿石中多种有价矿物按其不同性质,分选成各类产品,也就是将其富集成适于制铁、制钛及各相关金属加工处理的选矿产品,如铁钒精矿、钛精矿、硫钴镍精矿及脉石矿物等产品。

(一)我国钒钛磁铁矿选矿

我国钒钛磁铁矿大规模开发利用,主要是从攀枝花-西昌地区钒钛磁铁矿矿产资源综合利用科研工作开始,并取得一系列重大科研成果,建立起一套完整的钒钛磁铁矿选冶工艺,用铁钒精矿生产高炉生铁和钒渣;用钛精矿生产出海绵钛和钛白粉;用硫钴镍精矿制取钴镍及其氧化物;从制钛、制钒过程中回收钪、镓等。

经对攀枝花-西昌地区钒钛磁铁矿选矿过程的

主要基本特性研究,将矿石中含磁铁矿、钛铁晶石、尖晶石及板状钛铁矿的复合钛磁铁矿作为一整体矿物相,加以富集成为铁钒精矿(钛铁矿精矿);矿石中硫化物可富集成硫钴镍精矿(古钒钛磁铁矿精矿);矿石中粒状钛铁矿可富集成钛精矿(含钴镍及多种贵金属矿物的硫化矿物精矿)。钒、镓、钪为非独立矿物,主要以类质同象存在于钛磁铁矿及辉石中。为了选矿生产企业的试验研究,曾制定出原矿经破碎、一段闭路磨矿到-0.4μm,进行二次磁选,一次扫选获得铁钒精矿的选矿工艺流程;在此基础上,从磁选尾矿中回收粒状钛铁矿制定出3种分选工艺流程:①螺旋选矿-浮选(硫化矿物)-电选流程;②强磁选与螺旋选矿-浮选(硫化矿物)-电选流程;③溜槽与螺旋选矿-浮选(硫化矿物)-电选流程。在此基础上建设起攀枝花处理l350万t/a原矿的选选矿厂及20~30万t/a钛精矿的选钛厂 原矿采用三段开路破碎流程,磨矿作业采用一段闭路磨矿、三段磁选流程获得磁选精矿(铁钒精矿),磁选尾矿采用螺旋选矿-浮选 电选流程获得硫钻精矿及钛精矿产品。

河北大庙及黑山钒钛磁铁矿分别由双塔山选矿厂及黑山选矿厂分选,都可获得铁钒精矿及钛精矿,用作承德钢铁公司炼铁原料及用作有关制钛、制钒企业的原料。

四川西昌地区太和钒钛磁铁矿生产铁钒精矿作为重庆钢铁公司的原料。

四川白马及红格钒钛磁铁矿分别进行过选矿工业试验,都可获得铁钒精矿、钛精矿及硫钴精矿产品。

陕西汉中洋县及广东兴宁地区等钒钛磁铁矿,目前在进行开发前期的准备工作。

我国主要地区钒钛磁铁矿选矿产品化学成分见表2所示。

表2  我国钒钛磁铁矿选矿产品化学成分 ω/%

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(二)国外钒钛磁铁矿选矿及综合开发利用国外岩浆型钒钛磁铁矿床,目前尚未完全得到大规模开发利用。

美国纽约州桑福德湖(Sanford Lake)地区钒钛磁铁矿床,矿石平均含Fe 34%、TiO2 18%~20%、V2O5 2 0.45%。1942年建成麦金太尔(Macintyle)选矿厂,用磁选法生产出铁钒精矿含Fe 59%、TiO2 9%~10%、V2O5 0.7%,用摇床和干式强磁选与细泥浮选生产出钛精矿含V2O5 44% ~ 48%的产品。此矿床曾经在美国钛铁矿生产中起过重要作用和明显的经济效益。

挪威西南部的埃格松-弗累克菲尤尔(Egersund Flekefjord)地区的钒钛磁铁矿床广为分布,其中泰尔尼斯(Tellnes)矿床在经济上具有最重要的地位。该矿山自1960年投产以来,每年生产钛精矿90万t,是欧洲钛铁矿的最大生产国。采用磁选法生产铁钒精矿含Fe 65%,用浮选法生产硫镍精矿含Ni 4%~4 5%及钛精矿含 TiO45%~45.5% 。

芬兰中部的劳塔兽基公司(Rautaruukioy)的奥坦麦基(Otamnaki)钒钛磁铁矿床矿石平均含Fe 35%~40%、TiO2 13%、V2O5 0.38% ,经磁选和浮选获得铁钒精矿含Fe 69% 、TiO2.5%、V2O5 1.07% ,钛精矿含TiO45% ,硫精矿含S 45%、Co 0.6% 铁钒精矿中钒经水冶提取成钒产品出口欧洲各国,占有较大的市场份额。

南非东北部布斯维尔(Bushveld)地区钒钛磁铁矿被大量开发利用.其中,马坡茨(Mapochs)矿山年开采量为300万t,经破碎、筛分,富集成块矿32~6 mm供电炉炼铁厂生产含高钒铁水用; -6mm粉矿经磁选富集后供焙烧提出厂生产片状V2O5产品用。南非采用两种不同流程.处理钒钛磁铁矿生产钢材和钒产品。一种是生铁钒渣-钢材流程,一种是钠化焙烧浸取一片状V2O5流程。南非钒产品占世界产量首位,供应欧洲、美国和日本等。

加拿大魁北克省东部的阿莱德湖(Alard Lake)地区赤铁矿、钛铁矿石平均含TiO2 35% 、Fe 40%。矿石中钛和铁氧化物含量为82%~87% ,用重介质旋流器和螺旋选矿机分选后,钛和铁氧化物含量达刘91%~93%。年处理原矿250万t、同时还生产粒度为38~3.4 mm的矿石供给冶炼企业作助熔剂(护炉剂)。重介质旋流器和螺旋选矿和选矿产品,给人索雷尔(Sorel)冶炼厂回转窑煅烧脱硫,再经电炉冶炼,生产出含.TiO2 70%~72%高钛渣及优质生铁。同时,把部分生铁加工成铁粉。加拿大赤铁矿、钛铁矿石和索雷尔钛渣化学成分如表3所示,钛渣90%出口。

表3  加拿大赤铁钛铁矿石及索雷尔钛渣化学成分 ω/%

矿品

化学成分

TiO2

FeO

Fe2O3

Fe(金属)

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

V2O5

MnO

S

P2O5

矿石

34.3

27.5

25.2


4.3

3.5

0.9

3.1

0.27

0.16

0.30

0.015

钛渣

72.0

12.0


1.5

3.5

4.0

1.2

4.5

0.5

0.2

0.03

0.25

俄罗斯乌拉尔地区钒钛磁铁矿床得到大量开发利用,库辛(Kycин)选矿厂曾用磁选 浮选工艺生产铁钒精矿和钛精矿。现在世界上最大的钒钛磁铁矿选矿企业是卡契卡纳尔(Katschkenar)采选公司。该矿工业储量35亿t,矿石为贫钒钛磁铁矿,平均含Fe 15%~17% 、TiO2 0.43%~1.88%、V2O5 0.13%。选矿厂有3个粗碎系列,14个中、细碎系列,29个选矿系列,处理矿石4 500万t/a,产出铁钒精矿800万t/a,并制成烧结矿和球团矿供乌拉尔地区冶炼厂生产钢铁和钒渣。钒在钢铁生产过程中,通过两次炼钢作业,可富集成含V2O16%的钒渣产品。该矿特点是采矿和选矿生产成本低,生产规模大,注意设备大型高效化,高劳动生产率,低能耗,主要工艺设备的更新周期为8~12年.注意废石综合利用 尽管俄罗斯工业生产处在不景气时期,能源价格上涨,该矿还有较好经济效益,利润率从13%只下降为11.5% 人选矿石、铁精矿和尾矿化学组成见表4所示。

表4  卡契卡纳尔采选公司入选矿石、铁精矿、尾矿化学成分 ω/%

产品

化学成分


Fe

TiO2

V2O5

FeO

Fe2O3

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

矿石

15.9

1.50

0.13

5.5

16.6

47.37

10.08

14.1

8.9

精矿(1~15系列)

60.3

0.66


27.2

55.91

5.10

2.62

1.73

2.57

精矿(16~29系列)

62.5



28.75

57.33

3.96

2.44

1.35

2.14

尾矿(湿式磁选)

6.55



4.2

4.96

46.86

5.90

15.29

13.05

(三)技术进步和发展

钒钛磁铁矿选矿的技术进步主要表现在不断的研究和应用新技术、新工艺和更新技术装备,促进生产能力和产品质量提高。

20世纪中期,北美1942年桑福湖选矿厂投产,1950年阿莱德湖矿山矿石开采利用,1954年欧洲奥坦麦基矿选矿厂投产,1960年挪威埃格松厂建成投产,开始对岩浆型钒钛磁铁矿大规模开发利用。更大规模开发是1963年卡契卡纳尔采选公司3 000万t/a,后来发展到4 500万t/a。1968年南非马坡茨矿开发钢材、钒渣及钒制品工业投产,1970年攀枝花采选企业(设计规模l 350万t/a)建成,攀钢(集团)公司开始利用攀枝花高钛型铁钒精矿冶炼出含钒生铁、钒渣及优质钢材。这些企业都是靠不断技术进步求得发展和有效地开发利用各具特点的钒钛磁铁矿资源。

南非马坡菠矿的处理特点是将矿石预先筛分成32~6mm及-6mm两种产品。采用两种流程分别处理:块矿(32~6 mm)经回转窑预还原,用埋弧电炉冶炼,生产富含钒铁水,再经吹氧振动罐,获得钒渣,钒渣冷却后进行破碎、磁选除铁提高钒品位,一般钒成分为V2O25%、SiO2 16%、Cr2O3 5% 、MnO 4%、Al2O3 4% 、CaO 3% 、MgO 3%,其余为铁的氧化物和铁;粉矿(-6mm)经湿式球磨机磨至-200目占60%,再经磁选得铁钒精矿,与钠盐混合后进回转窑(或多层焙烧竖炉),焙烧产品再进浸出和旋转干燥系统得片状V2O5。这一生产过程形成的基础是1949年研究成功生铁和钒渣流程,1961年进行中间试验,1968年投产,成功地建立起回转窑预处理技术,埋弧电炉炼出富含铁水技术,向振动罐内吹氧回收钒渣技术以及矿石分级处理和选冶结合技术等。-6mm粉矿焙烧浸出主要解决了回转窑原料准备的磨矿系统和磁选富集工艺技术、钠化氧化焙烧技术、多钒酸盐浸出和干燥技术等。

卡契卡纳尔钒钛磁铁矿选矿技术的发展特点是栗用大型采选和运输设备,不断完善工艺;在高劳动生产率条件下,使低品位原矿加工成铁钒精矿;具有较好的效益和较强的竞争力,生产能力不断扩大和发展 从1963年原矿处理量3000万t/a提高到1988年的4500万t/a。到1993年选矿厂已处理10亿t矿石,生产1.84亿t铁钒精矿。这种生产能力的扩大主要是借助技术发展和采用新技术与装备。如1985年完成采用高效新型粗碎、中碎和细碎设备更新旧设备,到1988年止已3次更新干式磁选设备,2次更新磨矿设备,3次更新湿式磁选设备和过滤设备。该公司创造了极贫钒钛磁铁矿石采、选、烧全套高效低成本的工艺技术。

攀枝花钒钛磁铁矿资源开发的地质、选矿、冶炼及综合利用研究十分成功。首先于1958年及1964年开始进行了大规模的选冶试验,解决了世界尚未解决的高炉冶炼高钛型铁钒精矿的技术难题,正常地生产出含钒生铁。同时,从铁水中生产出标准的钒渣,建立起完整的钒钛磁铁矿选冶工艺技术。在此基础上,1970年攀枝花选矿厂及钢铁厂建成投产。相继从选铁尾矿中分选出优质钛精矿,建立起原生钛铁矿选矿技术,并建成选钛生产厂。在长期生产实践和研究工作中,使钛磁铁矿选矿技术和钛铁矿选矿技术得到进一步完善和提高。攀枝花钒钛磁铁矿选矿破碎筛分系统,通过改进破碎壁和轧臼壁的形状以及完善破碎参数,使最终破碎产品-20mm含量由86.77% 提高到90.16%;采用φ2200mm超重型多缸液压圆锥破碎机更新细碎短头破碎机使破碎产品粒度进一步降低;改善磨矿介质质量使钢球单耗降低,由原来的0.95kg/t原矿下降到0.61kg/t原矿;球磨机采用液压悬浮轴承技术,可节约电耗5%~7%;用CYT-618型φ750mm×1800mm磁选机更新φ600mm×1800mm磁选机,尾矿品位下降0.89个百分点,回收率提高2.19个百分点;采用非均匀磁场的φ1050mm×3000mm型和φ1050mm×2100mm型磁选机更新CYT-618型φ750mm×1800 mm磁选机,尾矿含铁量可降低0.2个百分点,回收率提高0.47个百分点以上;用GL-2型 φ600mm螺旋选矿机更新FLX-1型φ600mm铸铁螺旋选矿机,可提高处理量3.14 t/台·h和分选指标。对尾矿输送采用改进型250PN型渣浆泵及其用耐磨材料Cr15Mo3合金制成的叶轮、护板、护套,解决了泵的耐磨问题,备件使用寿命达到2500 h以上;输送管道及溜槽都采用内衬辉绿岩铸石材料;提高电选机分选指标及其新设备研究取得较大进展。近年来细粒级钛铁矿回收也取得较好的分选指标。电选尾矿回收辉石中钪研究获得较高纯度的钪产品。

我国多年来对新开发的钒钛磁铁矿资源利用研究十分重视,并且取得建设前期的选矿工业试验结果。国外加拿大马格派山(Magpie Mountains)钒钛磁铁矿储量10亿t以上以及北美(包括美国)其他大型钒钛磁铁矿床基本探明,并作了一些试验研究工作,但都未开发利用。南非为了适应钒市场需求,计划开发波利特(Brits)地区有希望的矿区。

三、钒钛磁铁矿选矿及综合开发利用新课题

钒钛磁铁矿选矿技术发展.促使这种矿产资源产生较大的经济效益,推动了自身与相关产业发展和变化。这种推动力主要是技术和经济。矿业的发展在总的经济发展中,主要的影响因素是生产成本,而技术是影响成本的关键因素。依靠科技进步创造性的解决矿物处理工业中制约发展的新课题,变得更为重要。

(一)建立节能型选矿技术和流程

采用高技术改造高能耗作业,实施高能冲击及层阃挤压破碎,缩小人磨粒度,进行搅拌介质磨矿。按岩浆型钒钛磁铁矿矿石特性推测,有可能达到降低碎磨作业电耗50%以上。

创造新分选工艺技术改造高能耗过程,应用新材料(如高性能钕铁硼永磁材料)及高效、节能综合新技术,建立新钒钛磁铁矿处理工艺。尤其对新资源开发利用更为重要。

(二)开发增强资源综合利用程度的技术

拓宽选矿技术领域.发展交叉学科技术,提高回收有用元素品种,回收尚未被利用的潜在资源 开发钒钛磁铁矿资源全面综合利用新工艺及新技术,实现铁、钛、钒、镓、钪及贵金属等的回收利用;脉石矿物产品(尾矿)的综合开发和利用;高炉渣(包括转炉或电炉渣)含V2O25%左右是个潜在资源,需要开发综台新技术和利用。

(三)建立矿业生态工业园-矿业开发新概念

矿业是资源型产业,又是传统产业,现正处于改革和向现代矿业迈进新的历史时期。它的产业基础地位仍存在,但要建立矿业开发新概念才能促进矿业的可持续发展。

矿业资源开发新概念就是要建立一个矿业生态环境工业系统(矿业生态工业园),确保《中国2l世纪议程》中提出的促进经济、社会、资源和环境相互协调与可持续发展的总体目标实现 把矿业生产的载体社区或矿区建成“安全而舒适的家园”- 矿业生态环境工业园。

在我国钒钛磁铁矿资源开发社区,已形成一定规模和管理模式,很有条件借鉴现代世界发达国家工业区(或矿区)和国内高新技术开发区(如苏州工业园区)经验,实施环境管理体系(EMS),进一步建成矿业生态工业园(示范区)。即由矿产资源开发与加工的骨干企业为基础,建立一系列社区服务和生产企业,处理矿产资源开发中的固体废料(废石、尾矿、渣)、氮、水,提高环境质量和生态效益。实施土地生态修复,景观塑造,发展农、林和旅游业 建成社会、经济、人口、环境协调发展的“世内桃园”式社区。



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