肖飞燕，喻连香，周吉奎，梁冬云，李 波

广东省资源综合利用研究所，稀有金属分离与综合利用国家重点实验室，广东省矿产资源开发和综合利用重点实验室，广东 广州 510650

锆是重要的稀有金属，其具有耐腐蚀、耐高温、可塑性强及机械加工性能好等优良性质，主要用于国防和航天工业领域中．锆是我国短缺的稀有金属之一，锆矿石资源主要分布在广东、海南、广西等东南沿海地区[1]，以海滨砂矿为主，一般伴生于钛铁矿、金红石和独居石中．随着中国经济的高速发展，对锆矿石的需求量不断增长，国外大量的锆原料、锆中矿进入中国，因此研究锆中矿分离及综合回收钛铁矿、金红石和独居石等具有十分重要的意义．

本研究的矿样为国外某地海滨原砂经粗选后的锆中矿，在对锆中矿样品进行详细的工艺矿物学研究的基础上，根据各矿物在磁性、导电性、密度等方面存在差异，采用湿式磁选—重选—干磁—电选联合选矿工艺流程，最终得到富钛钛铁矿、金红石、锆英石、独居石精矿产品，使该难选锆中矿得到有效综合回收．

1 工艺矿物学研究

1.1 多元素化学分析

试验矿样为国外某地海滨砂矿的原砂经粗选后的锆中矿，其多元素化学分析结果列于表1．由表1可知，矿样中除锆、钛可回收外，还有伴生的重要的稀土元素．

1.2 矿物组成

通过对矿样进行工艺矿物学研究，结果表明：矿样中钛矿物种类较多，主要为富钛钛铁矿，以及金红

表1 矿样多元素化学分析结果

石、白钛石和铌铁金红石；锆矿物为锆石；稀土矿物主要是独居石，以及少量的磷钇矿等；铁矿物含量极少，只有少量的钛磁铁矿；脉石矿物含量少、种类多，主要为石英、十字石、蓝晶石，其次为绿帘石、电气石、刚玉等．

1.3 钛物相分析

对矿样进行了钛物相分析，其分析结果列于表2．由表2可知，矿样中富钛钛铁矿占原砂总钛60.49%，金红石和白钛石占原砂总钛38.70%，本矿样主要回收是富钛钛铁矿和金红石.

表2 钛物相分析结果

1.4 主要矿物粒度

用MLA测定矿样中各个有价矿物粒度的大小，测定结果列于表3．由表3可知，矿样中各个有价矿物粒度大小相近，粒度范围分布较窄，主要集中在0.04～0.16mm粒级，属于重选、磁选的易选粒级．由于矿样中锆石、富钛钛铁矿、金红石、独居石等有用矿物具有良好的天然解离性，因此不需要磨矿可直接进行分选．

2 选矿试验研究

矿样中的有价矿物主要为富钛钛铁矿、金红石、锆石和独居石，由于钛铁矿、金红石、独居石各具有不同程度的磁性，其中金红石具较强导电性，而锆石既无磁性也无导电性，脉石矿物的比重低于以上有用矿物的比重[2]．因此，利用各矿物之间的性能差异，采用湿式磁选—重选—干磁—电选联合选矿工艺流程对该矿样进行回收，最终得到富钛钛铁矿、金红石、锆英石、独居石精矿产品．

表3 矿样中各有价矿物粒度分布结果

2.1 高梯度磁场强度试验

根据工艺矿物学研究结果表明富钛钛铁矿在0.55～0.97T场强下进入磁性产品，铌铁金红石、白钛石在0.88～1.40T场强下才能进入磁性产品，而锆石和大多数金红石属非磁性矿物则进入非磁性产品，根据各矿物之间的磁性差异，对该矿样进行了高梯度磁选场强试验．试验使用SSS-1型500湿式高梯度磁选机，磁场强度试验流程为一次粗选、一次精选如图1所示．

图1 磁场强度试验流程图Fig.1 Flow-sheet of magnetic field intensity test

表4为一粗、一精高梯度磁场强度试验结果．从表4可知，粗选磁场强度0.60T、精选磁场强度0.55T时，TiO2的回收率为63.01%，磁性精矿中TiO2的品位为47.20%．表明富钛钛铁矿均进入磁性产品中，适宜的粗选场强为0.60 T、精选为0.55 T．

表4 一粗、一精高梯度磁场强度试验结果

2.2 重选试验

对磁选所获得的磁精矿和磁选尾矿分别进行重选摇床试验．试验采用XZY1100×500细泥摇床，试验条件为：冲程14 mm，冲次326 r/min，坡度3.5°．磁精矿中主要含富钛钛铁矿和独居石，对富钛钛铁矿和独居石进行分离，其试验结果列于表5．由表5可知，经摇床选别后，摇床的精矿主要含独居石，其中稀土含量REO为23.55%，作业回收率达94.73%，摇床的尾矿为含富钛钛铁矿精矿，TiO2含量为51.38%，作业回收率为86.14%.

表5 磁选精矿摇床试验结果

磁选尾矿中主要含锆英石、金红石、其次有脉石石英、蓝晶石、刚玉等，采用摇床分离出大部分比重较轻的脉石矿物，摇床精矿1主要是锆英石、金红石和独居石，试验结果见表6.

由表6可知，经摇床选别后，摇床的精矿1主要含锆英石和独居石，其中Zr(Hf)O2含量58.48%，REO含量3.01%，摇床的尾矿为金红石，TiO2含量为23.25%.

2.3 干磁选试验

根据重选产品中主要矿物的磁性差异，可采用干磁选分别对重选分组后的摇床精矿进行分离，实现独居石和富钛钛铁矿的分离，以及锆、金红石与独居石的分离．试验采用138A-C3型应辊型磁选机，经过系列试验结果表明，在磁场强度0.97T条件下可使富钛钛铁矿、独居石与锆英石和金红石有效分

表6 磁选尾矿摇床试验结果

离，分离出的非磁性产品1进一步通过电选分离锆英石和金红石；在磁场强度0.55T条件下对一次干磁选精矿进一步有效分离，获得TiO2含量为53.66%，回收率为8.12%的钛铁精矿；在磁场强度0.65T条件下精选独居石，可得到REO含量为61.74%、回收率为60.44%的稀土精矿，干磁选试验流程见图2．

高梯度磁选尾矿经摇床重选后，重矿物主要是锆英石、金红石和独居石等，采用图2干磁选试验流程及磁选条件进行有效分离后，在磁场强度0.55T条件下精选得到TiO2含量为57.27%的钛精矿；在磁场强度0.65T条件下精选独居石，可得到REO含量为61.89%的稀土精矿，分离出的非磁性产品2进一步通过电选分离锆英石和金红石．试验结果见表7．

图2 干磁选试验流程Fig.2 Testflow-sheet of dry magnetic separation

表7 干磁选分离试验结果

2.4 电选试验

电选就是基于被分离物料在电性质上的差异，利用电选机使物料颗粒带电，在电场中颗粒受到电场力和机械力的作用，不同电性的颗粒运动轨迹发生差异而使物料得到分选，在海滨砂矿中常用来分离金红石和锆英石，钛铁矿和长石、石英等[3]．

采用干磁选所获得的非磁性产品1，非磁性产品2，主要为锆英石和金红石，还有少量的刚玉和蓝晶石，根据锆英石和金红石的电导性差异，利用电选分离锆英石和金红石．试验采用MARKⅢ筛网式电选机，电压对分选效果有直接关系，随着工作电压升高，金红石品位逐步提高，但回收率下降，试验探索了不同条件下的电压对金红石的品位和回收率的影响，为了获得高品位的锆精矿，对非磁性产品1和非磁性产品2分别进行电选，非磁性产品电选试验流程见图3，非磁产品电选试验结果见表8．

图3 电选试验流程Fig.3 Test flow-sheet of electric separation

产品作业产率/%品位w/%作业回收率/%Zr(Hf)O2TiO2REOZr(Hf)O2TiO2REO锆精矿170.3965.100.070.0385.590.3125.98锆精矿27.5760.150.850.068.500.405.59锆中矿6.248.8521.560.775.658.3058.69金红石精矿15.840.8792.430.050.6290.999.74电选给矿100.0053.5416.090.08100.00100.00100.00

由表8可知，非磁性产品1主要含锆英石和金红石，在22kV电场条件能选出高品位的锆精矿，锆精矿品位大于65%，在14kV电场条件下精选出的金红石精矿较纯，TiO2含量达92.43%．非磁性产品2主要含锆英石和金红石还有少量的刚玉和蓝晶石，在22kV电场条件下能选锆精矿品位为60.15%，在显微镜下观察主要含少量比重较大的刚玉和蓝晶石影响锆精矿的品位，这部分锆精矿量比较少可以作为四级品锆精矿出售，含Zr(Hf)O2为65.10%的一级品锆精矿和含Zr(Hf)O2为60.15%的四级品锆精矿，两部分合并锆精矿对原矿的总作业回收率为91.19%，达到选矿综合回收的试验目的．试验结果表明，锆中矿经湿式磁选—重选—干磁选—电选联合流程选别后最终获得精矿产品结果见表9．

表9 最终精矿产品试验结果

3 结 论

(1)国外某海滨砂矿锆中矿具有复杂的矿物组成，可回收的有价矿物主要为锆石和富钛钛铁矿，有用矿物有良好的天然解离性，不需磨矿就可分选，同时可综合回收金红石和独居石．

(2)试验开发出了湿式磁选—重选—干磁选—电选经济合理的联合选矿工艺流程，使锆中矿得到有效综合利用，最终获得富钛钛铁矿、金红石、锆英石、独居石精矿产品．

(3)试验开发的锆中矿精选分离工艺流程无药剂污染，尾水可全部回用，无尾渣污染，符合环保要求．

(4)本研究的选矿工艺流程分选指标好，适用于工业生产，并产生良好的经济效益，为同类型海滨砂矿综合回收利用提供了技术依据．