钒页岩超极限螺旋溜槽分选过程优化及预富集工艺研究

摘要

钒页岩是我国一种特有的优势钒资源，从钒页岩中提取钒是钒资源利用的一条重要途径。但受钒赋存状态的多样性和品位普遍偏低等因素限制，现有的页岩提钒工艺存在着提钒工艺复杂、生产成本高等问题，严重制约着页岩提钒行业的发展。钒页岩选矿预富集是提高钒品位、降低生产成本的有效方法，因此，对钒页岩选矿预富集进行研究具有十分重要的意义。
　　本论文以湖北某地云母型钒页岩为研究对象，研究了普通螺旋溜槽分选特征、进行了钒页岩分选过程动力学分析，建立了颗粒径向平衡位置模型，并预测了钒页岩超极限螺旋溜槽分选结果，设计出了适用于钒页岩的超极限螺旋溜槽，主要研究成果下:
　　(1)化学成分分析、岩矿鉴定、矿物组成分析和钒赋存状态研究表明，钒页岩原矿中有近5％呈混杂分布的碳质物;原矿V2O5含量为0.78％，大约88.1％的钒赋存在白云母和伊利石中，其余部分主要分布在碳质物中，属于高碳低品级云母型钒页岩;白云母（含伊利石）片晶平均粒径仅为5.4μm，碳质物颗粒粒度基本＜10μm，而脉石矿物的平均粒度则相对较粗。白云母颗粒多以集合体形式呈细脉状沿石英和长石颗粒边缘处分布，脉宽一般在2～10μm不等。
　　(2)螺旋溜槽分选过程研究可知，尾矿-30μm粒级V2O5品位为0.66％，原矿-30μm粒级中V2O5在精矿中的分配率仅为56.84％，表明螺旋溜槽对钒页岩有一定的分选效果，但对于微细粒级的分选效果较差，需要研究开发更适合钒页岩矿石性质的螺旋溜槽。
　　(3)槽底分选区颗粒动力学分析结果表明，分选粒度相同的颗粒时，颗粒在槽面的径向分布受密度大小的支配，密度越大的颗粒，其径向分布函数rj的值越小，越靠近槽的内缘;随着螺旋溜槽纵向倾角α的减小，drj/dσ值逐步下降。由于drj/dσ＜0，因此，|drj/dσ|随着α的减小而增大，表明减小纵向倾角α可以提高颗粒径向分布函数对密度的敏感度，即提高低密度差颗粒的分选效率，螺旋溜槽纵向倾角α具有一个极限值αo，即limα→α0 v=0，入选物料的密度σ越低，α0的取值可以越小。
　　(4)基于分选微细物料螺旋溜槽的槽面流体流型趋于层流的特点，研究提出了径向平衡位置模型，钒页岩超极限螺旋溜槽分选模拟结果表明，在矿物解离状态完全理想化的前提下，可以实现目的矿物白云母、伊利石和碳质物与脉石矿物石英、方解石、赤铁矿、黄铁矿和磷灰石的分离。然而，现实中的理想解离状态并不存在，在钒页岩选矿中，选择性地将易磨的白云母（含伊利石）磨碎，提高白云母与脉石矿物之间的粒度差异，对分选有重要的意义。
　　(5)针对钒页岩矿石密度小、入选粒度细的特点，钒页岩用超极限螺旋溜槽的设计直径为400 mm，距径比为0.36，低于普通螺旋溜槽距径比的设计下限0.4。溜槽断面曲线公式为Y=kX1/3，k=11～13，螺旋上部取大值，下部取小值。新设计的超极限螺旋溜槽分选过程中V2O5品位分布范围较宽，介于0.26％～1.19％之间，优于普通螺旋0.55％～0.91％的分布宽度，表现出了较好的分选现象。超极限螺旋溜槽分选时对原矿中各粒级的V2O5均表现出较好地回收效果，粒级越细回收率越高，如-30μm粒级V2O5的回收率高达94.58％。
　　(6)钒页岩原矿经超极限螺旋溜槽重选工艺处理，即一次粗选，粗选中矿再磨再选，再选中矿合并至精矿中的开路流程，可以获得的选矿指标为:精矿产率76.38％、V2O5品位0.96％、回收率91.65％，抛尾率23.62％。在重选流程基础上，对再选中矿继续采用浮选白云母流程，组成超极限螺旋溜槽重-浮联合工艺，可获得的技术指标为:精矿产率70.41％，V2O5品位1.01％、回收率89.40％，抛尾率29.59％。钒页岩预处理推荐工艺为超极限螺旋溜槽阶段磨矿阶段选别工艺，该工艺具有流程结构简单、抛尾效率较高的优点，符合钒页岩选矿预处理“简单、高效、低成本”的原则要求，可降低后续提钒作业生产负荷约20％。
　　(7)工艺矿物流程图研究表明，超极限螺旋溜槽重选工艺在抛尾率为23.62％时可实现石英的去除率33.4％、赤铁矿的去除率51.4％、磷灰石的去除率47.6％;精矿中白云母（含伊利石）的回收率为91.9％、碳质物的回收率为90.8％。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．2．1 钒的赋存状态

1．2．2 提钒工艺现状

1．2．3 提钒工艺存在问题及解决办法

1．3 钒页岩选矿预富集研究现状

1．3．1 浮选工艺

1．3．2 重选工艺

1．3．3 重-孚联合工艺

1．3．4 脱泥-孚选联合工艺

1．3．5 钒页岩选矿工艺特点

1．3．6 工艺原则的确定

1．4 超极限螺旋溜槽在钒页岩预处理中应用可行性分析

1．4．1 超极限螺旋溜槽概述

1．4．2 超极限螺旋溜槽的应用实例分析

1．4．3 钒页岩超极限螺旋溜槽分选的提出

1．5 课题来源、研究意义及主要研究内容

1．5．1 课题来源

1．5．2 研究意义

1．5．3 主要研究内容

第2章 试验材料与研究方法

2．1 试验矿样的采集与制备

2．2 试剂

2．3 试验仪器和设备

2．4 研究方法

2．4．1 研究方案

2．4．2 试验方法

2．4．3 分析检测方法

第3章 钒页岩原矿工艺矿物学研究

3．1 原矿化学组分

3．2 原矿矿物组成

3．3 钒的赋存状态

3．4 主要矿物的产出形式

3．4．1 主要含钒矿物

3．4．2 主要脉石矿物

3．5 钒页岩解离特性及可选性

3．5．1 细磨过程解离特征研究

3．5．2 粒度特性研究

3．5．3 不同粒级的密度

3．6 小结

第4章 钒页岩螺旋溜槽分选特征及分选模型研究

4．1 钒页岩螺旋溜檀分选过程研究

4．1．1 品位分布特性研究

4．1．2 粒级分布特性研究

4．2 钒页岩螺旋溜槽分选过程动力学分析

4．2．1 分选特点

4．2．2 槽底分选区颗粒受力平衡模型

4．3 螺旋溜槽距径比(P/D)的对分选的影响分析

4．3．1 距径比对分选精度的影响

4．3．2 钒页岩分选对距径比的要求

4．4 钒页岩分选过程颗粒径向平衡位置模型

4．4．1 流体的相关定律

4．4．2 矿粒径向平衡位置模型的建立

4．4．3 模拟结果及分析

4．5 钒页岩采用超极限螺旋溜槽分选预测

4．6 小结

第5章 钒页岩超极限螺旋溜槽的设计与优化

5．1 钒页岩超极限螺旋溜槽设计

5．1．1 设计思想

5．1．2 设计特点

5．1．3 结构设计

5．2 钒页岩超极限螺旋溜槽分选效果分析

5．2．1 V2O5品位分布优化

5．2．2 粒度分布特性优化

5．3 钒页岩超极限螺旋溜槽分选过程优化

5．3．1 目的矿物的选择性磨细

5．3．2 阶段磨矿阶段重选流程的提出

5．4 小结

第6章 钒页岩超极限螺旋溜槽分选工艺研究

6．2 钒矿物的选择性磨矿方案的确定

6．2．1 磨矿细度曲线

6．2．2 磨矿介质类型对磨矿效果的影响

6．2．3 球磨机中的选择性磨矿影响因素研究

6．2．4 选择性磨矿效果分析

6．3 粗选条件的确定

6．3．1 磨矿细度试验

6．3．2 给矿速率试验

6．3．3 矿浆浓度试验

6．3．4 冲洗水用量试验

6．3．5 粗选验证试验

6．4 粗选中矿的再处理

6．4．1 粗选中矿性质分析

6．4．2 重选再处理工艺的确定

6．4．3 重-浮联合再处理工艺的确定

6．5 超极限螺旋溜槽阶段磨矿阶段选别工艺的确定

6．5．1 工艺评价

6．5．2 重选工艺与重-浮联合工艺选别效果分析

6．6 与其它选矿工艺的对比

6．6．1 其它选矿工艺

6．6．2 三种联合选矿工艺的对比

6．7 对后续提钒作业的影响分析

6．8 小结

第7章 结论、创新点及展望

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间取得的科研成果

攻读博士学位期间参加的科研项目