陈超，张裕书，李潇雨，刘能云

(1.中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川 成都 610041；2.东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819)

我国是铁矿资源消费大国，2016~2018年连续三年进口铁矿石超过10亿t，铁矿石对外依存度居高不下。四川攀枝花—西昌地区蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源，目前已探明的资源储量达100亿t 以上[1]，铁资源储量占全国铁矿资源储量的10%[2]，另外承德地区、陕西地区、新疆地区、辽西地区等也有一定的钒钛磁铁矿。因此，针对巨量的钒钛磁铁矿，如何获得优质的钛磁铁矿精矿对保障国内铁矿资源供给、降低钢铁行业能耗有重要意义。

1 钛磁铁矿工艺矿物学

钛磁铁矿是攀枝花钒钛磁铁矿可工业利用的复合铁矿物，亦是钛、钒、铬、锰、镓、钴等组分的主要载体矿物。钛磁铁矿系固溶体分解作用形成的产物，固溶体中含量较多的溶剂组分所形成的矿物为主晶矿物即磁铁矿，含量较少的溶质组分形成的矿物称客晶矿物，即钛铁晶石、钛铁矿、镁铝尖晶石。钛磁铁矿是由主晶矿物和客晶矿物组成的复合矿物，客晶矿物一般粒度0.005 ~0.05 mm，少数可达0.1 mm。客晶矿物的多寡和矿石的品级有一定关系，Fe1至Fe4，客晶矿物的含量可从45%降至22%，攀枝花、白马、太和、红格四大矿区中钛磁铁矿含铁量变化范围分别为56.36%~61.36%、59.26%~60.60%、57.98%~61.87%和56.60%~62.32%[3]。罗金华等[4]对红格钒钛磁铁矿的工艺矿物学研究表明，钛磁铁矿中Fe，Ti，V，Cr是其主要化学成分，其中Fe与V，Cr元素紧密正相关，Fe与Ti紧密负相关；Ti与Fe，V，Cr呈负相关；V与Cr，Fe呈正相关；而V-Ti负相关。姚江成等[5]对攀枝花、白马矿区钛磁铁矿磁性研究结果表明，攀枝花和白马钛磁铁矿合理的磁选场强分别为90.2 ~ 98.4 kA/m 和72.6 ~ 79.2 kA/m，它们-0.074 mm粒级合理的脱磁场强分别为63.24 ~88.55 kA/m和41 ~ 57.4 kA/m。李俊翰等[6]针对凉山州的钒钛磁铁矿工艺矿物学的研究结果表明，钛磁铁矿的矿物组成主要有钛磁铁矿（ 68% ~90%） 、钛铁矿( 8% ~ 30%) 、钛铁晶石( 1% ~5%) 、尖晶石( 0.5% ~ 1.5%) 。化学组成主要为铁和钛，其次为钒、铬和锰，还含有少量的钙、镁、铝和硅，部分矿样还含有微量的钴和镍。TFe含量大致为48% ~ 63%，TiO2为14% ~ 30%，V2O5约为1.0% ~ 1.5%，Cr2O3和MnO分别约为0.4%和0.5%。钛和锰元素的含量均与铁元素含量呈显著的一元线性负相关关系，钒和铬均与铁呈显著的一元线性正相关关系。

刘洋等[7]对西北某钒钛磁铁矿的工艺矿物学研究结果表明，钛磁铁矿主要呈稀疏—星散浸染状充填于脉石粒间，少数聚合成不规则团块状，沿边缘或粒间可见粒状钛铁矿，粒度较为细小，一般0.02 ~ 0.3 mm。矿石中钛磁铁矿次生变化较常见的是赤铁矿化、绿泥石化和榍石化，主要表现为赤铁矿、绿泥石或榍石沿钛磁铁矿的表面、边缘、粒间、裂隙或解理缝充填交代，随着蚀变程度的增强，钛磁铁矿可呈残余状分布。能谱微区成分分析结果显示，矿石中钛磁铁矿晶体平均含Fe3O492.91%、TiO26.54%、V2O50.55%。

许承宝[8]针对辽西地区低品位风化型钒钛磁铁的研究表明，钛磁铁矿矿石形态较为规则，主要呈浸染状零星散布在脉石中，部分与钛铁矿镶嵌，内部偶见极少量的微粒黄铁矿分布，粒度一般为 0.02 ~ 0.3 mm。钛磁铁矿的次生变化较为强烈，绝大部分钛磁铁矿已发生不同程度的蚀变，主要蚀变类型有假象赤铁矿化和榍石化。假象赤铁矿的能谱微区成分分析结果显示假象赤铁矿中平均含 Fe2O390.74%、TiO25.21%、V2O50.59%、SiO20.48%。

李青翠等[9]对吉林钒钛磁铁矿工艺矿物学研究表明，钛磁铁矿包括均一的钛磁铁矿和磁铁矿包裹钛铁矿、钛铁晶石固溶体晶片而成的钛磁铁矿。钛磁铁矿晶体最大超过3 mm，由于熔蚀钛辉石而多形成海绵陨铁结构，并部分被钛磁赤铁矿交代，形成反应边结构；钛辉石析出的钛磁铁矿，矿物颗粒细小，呈乳滴状、微脉条状，粒径一般小于0.074 mm，部分呈超微粒；碱性辉绿玢岩中的钛磁铁矿，颗粒较细，一般-0.05 mm，个别样中小于0.01 mm，该矿物多呈骸晶状，完整的颗粒见内含钛铁晶石细微片晶。粒度统计结果表明，+0.074 mm 80.33%，-0.074 mm 19.67%。

以上研究表明，不同地区钛磁铁矿成分存在一定的差异，主要是因为不同地区钛磁铁矿成矿地质条件不同，导致钛磁铁矿固溶体分离结构存在差异，攀西地区钛磁铁矿理论含铁量在56% ~62%左右，而北方地区钛磁铁矿的理论含铁量可达65%左右。

2 钛磁铁矿选矿工艺

碎磨能耗占选矿厂总能耗的60% ~ 70%，而磨矿能耗占碎磨能耗的80% ~ 90%，多碎少磨可有效平衡磨矿能耗，磨前预选可大幅提高磨矿效率。但钛磁铁矿的磨前预选需同时考虑钛铁矿的回收率，利用传统的湿式预选技术，钛损失率较高。近几年针对攀西钒钛磁铁矿，开发出一种新型外磁内流式永磁筒式磁选机，针对磨前粗粒综合预选进行了大量的技术探索与应用。目前，国内主要有长沙矿冶研究院矿冶装备公司研制的ZCLA重磁拉选矿机和北京矿冶研究总院机械所研制的NLCT(G)外磁筒式磁选机[10]。这两个磁选机可以在抛掉大量合格尾矿的同时，可确保铁、钛的回收率在90%左右，具有良好的预选抛尾性能[13-14]。

由于钛磁铁矿中的钛铁晶石粒度过于微细，用机械磨矿方法不易解离出来[15]，以钛磁铁矿的复合矿物相作为选别目标，主要目的矿物结晶粒度较粗，因此钛磁铁矿阶段磨矿-阶段选别工艺一直钛磁铁矿选矿工艺的研究重点。廖祥文等[16]针对攀西某含TFe24.44%、TiO26.76%的低品位矿石开展了多种选铁工艺流程的比较实验研究，结果表明：若不考虑钛铁矿的回收利用，同时考虑生产过程易行，采用3 ~ 0 mm的粗粒抛尾工艺是选铁的较佳工艺流程；若要综合利用钛铁矿，则以原矿一段球磨磨至-0.074 mm 65%左右的两段球磨磁选选铁工艺为较佳选铁工艺流程。为充分利用矿石中钒钛磁铁矿具有较高的剩磁和较强的矫顽力，有利于采用无外加磁场的剩磁团聚重选法这个特点，张裕书[17]采用磁团聚重选工艺对白马芨芨坪混合矿开展了小型实验和扩大连续实验，当最终精矿粒度为-0.076 mm 40%时，获得了TFe品位57%以上，回收率为69%左右的高质量铁精矿。李红玲等[18]针对某含TFe 18.43%、TiO28.63%低品位钒钛磁铁矿，进行了原矿磨矿-磁选工艺和粗粒抛尾-阶段选别工艺的对比实验。由实验结果表明粗粒抛尾-阶段选别工艺更适合该矿石。对粗粒抛尾所得的精矿进行了细磨-弱磁精选工艺和粗磨-磁团聚工艺的对比实验，实验结果表明采用粗磨-磁团聚工艺更经济、更合理。随着开采深度的增加，攀西地区采出矿石辉长岩、辉石岩含量逐渐降低，而橄辉岩含量逐渐提高，导致企业采用原工艺无法获得合格的铁精矿产品，为给红格中深部难选橄辉岩型钒钛磁铁矿石合理选矿工艺确定提供依据，杨耀辉等[19]对TFe品位为14.75%、TiO2含量为5.59%的红格中深部钒钛磁铁矿，破碎至-3 mm经湿式预选抛尾，可以获得TFe品位为21.05%、回收率为83.61%的预选精矿，预选精矿经磨矿-弱磁选-搅拌磨再磨-弱磁粗选-磁团聚重选机精选，可以获得TFe品位为57.25%、回收率为46.54%的精矿，铁精矿TiO2含量为9.55%。

高压辊磨机由于其具有结构简单、噪声小、磨碎比大、占地面积小、高效、节能等一些细碎设备所不能比拟的优点，近年来成了处理钒钛磁铁矿的研究热点。杨任新[20]针对攀西红格低品位钒钛磁铁矿采用原矿高压辊磨-粗粒湿式磁选抛尾-阶段磨矿、阶段弱磁选选铁，获得了铁品位为57.41%、铁回收率为52.88%的铁精矿，通过采用高压辊磨技术，可使选铁过程磨选量减少34.18%。李丽匣等[21]对攀西钒钛磁铁矿进行了高压辊磨超细碎及其选别实验，当P 80为1.55 mm时，采用“铁钛平行分选”工艺对高压辊磨超细碎的-3.2 mm攀西钒钛磁铁矿进行了选别实验，选铁流程在磨矿细度在-0.074 mm 45%时，铁精矿TFe品位可达55.05%，回收率70.64%。王凡[22]对高压辊磨实验粒度进行了筛分实验，结果表明，原矿经过高压辊磨机后，细粒级含量大幅度提高，可以筛分出部分合格粒级，降低球磨入料量，符合“多破少磨”的选矿思想，还对其相对可磨度进行了研究，在入磨粒度为6 ~ 0 mm 时，经高压辊磨后磨矿效率得到了显著提高。

筛分是提高铁精矿品位及降低磨矿粒度的有效手段之一。钟君[23]针对攀西某钒钛磁铁矿选矿工艺流程存在的原流程中旋流筛筛分效率低、效果差，已单体解离的矿物再次进入2次磨矿循环系统产生过磨，造成2次循环量大，影响精矿品位和回收率的提高且制约1次磨机台时能力提高等一系列问题，采用GPS1410-3型高频振动细筛替代原旋流筛进行2段磨矿分级，改造后筛分量效率平均达72.70%，质效率达53.34%，最终过滤精矿TFe品位达54.78%，有效降低了入磨量。

磁场筛是在尽量均匀设置的磁场中，将入选磁性物磁化连接成平行于磁力线的链状磁聚体，同时用尽量平行于磁力线设置的筛面将未磁化的分散颗粒杂质筛除，它可有效的清除磁性产品中的连生体杂质，并可分选粒度范围较宽的物料[24]。付冠文[25]针对太和一段精矿再磨前直接经磁筛精选，可预先获得一部分铁品位为56%以上的合格精矿，且减少约60%的再磨量。刘长淼等[26]针对云南安益钛磁铁矿，采用“弱磁粗选-磁筛精选”流程，控制磨矿细度为-0.074 mm 50%，可获得TFe品位55.85%、回收率为59.16%的钛磁铁矿精矿。

3 钛磁铁矿精矿提铁降杂

提高钒钛磁铁矿铁精矿铁品位对降低高炉渣量、提高高炉产率、降低焦比有着显著的效果[27]。2004 年攀钢矿业公司实施了阶磨阶选改造，将攀精矿的品位由52.5% 全部提高到54.0%以上，分析表明，采用高品位精矿替代进口矿、增加中品位加工粉配比方案，烧结原料成本下降7.7 元/t，炼铁原料成本下降12元/t[28]。因此，对铁精矿的提质降杂具有重要意义。吴雪红[29]通过对密地选厂七段阶磨阶选的极限探索实验，最终将铁精矿TFe品位提高至接近其理论品位，达到57.30%。李国平等[30]应用SXCT湿式高频谐波磁场磁选机，通过产生高频磁扰动来打破磁团聚，大幅提高分选精度，经工业考察可实现TFe品位提高1.85%、铁回收率达96.12%。陈超等[31]针对攀枝花铁精矿分别采用细磨深选、粗细粒级分别分选、复合力场分选（包括新型提铁降杂磁选机磁选、磁选柱分选、磁场筛分选）等工艺进行了提铁降杂实验研究，结果表明，无论采用何种磁选工艺，均可有效提高攀枝花铁精矿品位2个百分点以上，且能保证回收率在97%以上。库建刚[32]研究了钛磁铁矿磁选行为及磁链形成机理，针对钛磁铁矿粗细粒级磁性的差异，提出了粗细粒级分别磁选的工艺，结合不同粒级磁选行为的差异，建立了单个矿粒模型和磁链模型，并运用磁链模型较好地解释了磁团聚对磁选精矿指标的影响。

攀枝花地区钒钛磁铁矿普遍分布有硫化物。硫化物的矿物量，不同矿区不同层位有差别，攀枝花矿区8.72% ~ 0.05%；白马矿区2.59% ~ 0.4%；太和矿区4.03% ~ 0.34%，红格矿区7.15% ~ 0.13%。硫化物的矿物种类很多，主要是磁黄铁矿，占硫化物总数的80%以上，在选矿过程中，进入铁精矿中的硫化物以磁黄铁矿为主，黄铁矿次之，两者占硫化物总量的25% ~ 30%[33-34]。随着攀西地区开采深度的加深，其硫含量也越来越高，甚至部分已经影响到了铁精矿的后续利用，现阶段攀枝花密地选厂铁精矿含S0.8%左右，白马选厂铁精矿含S0.5%左右，且有升高的趋势。普通高炉冶炼钒钛磁铁矿，因其高钛型炉渣冶炼的特殊性，炉渣脱硫能力低，致生铁含硫偏高[35]，因此，对冶炼原料提出了更高的要求。

陈超等[36]针对攀枝花铁精矿开展了磨矿-磁选-浮选提铁降杂实验，TFe品位从53.65%提高到了56.60%，S含量从0.81%降低到了0.32%，铁回收率在95%左右，提铁降杂效果明显。熊涛等[37]对云南某钛磁铁矿进行了磁选提铁和精矿反浮选降硫实验，可获得铁品位67.04% 、S含量0.11%的优质钛磁铁矿精矿。谢美芳等[38]针对TFe含量53.52%的钛磁铁矿精矿，经磁选-浮选后获得了TFe品位57.17%，S含量0.26%的铁精矿，铁回收率为89.94%。由此可以看出，钛磁铁矿精矿中的硫通过常规浮选，可有效降低铁精矿中的硫含量。

陈超等[39]针对某低品位钒钛磁铁矿采用干式预选抛尾-阶段磨矿阶段选别，获得了TFe品位60.57%的铁精矿，还研究了主要元素在选铁过程中的走向，经过干式粗粒抛尾以后，铁、钛、钒、铬、钪、钴、镍等元素皆主要在粗抛精矿中富集；经过湿式磁选以后，铁精矿中钒、铬得到了较好的富集，钴、镍有一定程度的富集，而钪主要富集在弱磁选尾矿中，硫在干式尾矿中含量较低，在铁精矿中有一定程度富集。罗金华等[40]研究了红格钒钛磁铁矿在选矿过程中的元素分布，红格钒钛磁铁矿属高钛高铬型磁铁矿，其化学成分主要含有 Fe、Ti、V、Cr、Si、Mg、Ca、Al、Cu、Co、Ni、Mn、S 等元素。Fe、Ti、V、Cr在钛磁铁矿中的分配率分别为77.274%、42.228%、83.362%、95.527%，Fe、V、Cr主要赋存在钛磁铁矿中。铁精矿中Fe、Ti、V、Cr的品位分别为56.44%、 11.96%、0.82%、1.76%。

5 结论与建议

目前钛磁铁矿选矿技术较为成熟，针对钛磁铁矿的选矿主要集中在预选技术、多碎少磨和阶段磨矿阶段选别工艺的开发。提铁降杂近年来铁矿选矿研究的热点，近十多年实施的“提铁降杂”战略主要聚焦于提高钛磁铁矿精矿中的铁品位，且取得了显著的成效。今后应重点关注铁精矿中有害组分的脱除和有价组分的综合利用，因此在钛磁铁矿选别过程中，需尤为注意各元素的分布与走向，尽可能的综合利用其中的有价元素，同时降低有害组分对后续工艺的影响。