基于矿物交互影响的低品位钛铁矿浮选分离基础研究

摘要

中国是世界上钛铁砂矿资源最丰富的国家，远超其他国家，因此对储量丰富的钛铁砂资源进行综合利用研究对于中国和世界的工业发展都具有重要意义。随着资源的不断开发利用，中国优质钛铁资源开发殆尽，因此对低品位钛铁砂矿资源的利用势在必行。中国主要以原生矿钛铁矿和砂矿类型两种，且主要选别砂矿为主，岩矿类型的钛铁矿大量浪费。另外，目前的砂矿工艺也不太合理，资源浪费严重。因此，如何提高钛铁矿的分选效率，是摆在选矿工作者面前亟待解决的问题。由于钛铁矿中一些矿物的可选特性相似，且在选别过程中存在交互影响，因此给钛铁矿的分选带来了困难。基于此，本论文针对低品位钛铁矿中矿物的浮选交互影响进行研究，旨在实现低品位钛铁矿的高效回收利用。 浮选体系中矿物的交互影响是指复杂矿石浮选体系中矿物的溶解、相互吸附和罩盖等引起其他矿物被活化或抑制从而对浮选分离产生的影响。本文选取了钛铁矿、辉石和石英三种矿物作为研究对象，对矿物的晶体结构、溶解组分进行了分析，通过单矿物试验对三种矿物在油酸钠体系下的可浮性以及调整剂对矿物可浮性的影响进行了研究，并对不同含量矿物之间的交互影响进行了试验研究和理论分析，利用动电位测量、接触角测量、扫描电镜检测、X-射线衍射分析等研究方法，并结合晶体结构中化学键的计算、溶液化学计算和E-DLVO理论计算对矿物之间交互影响的机理进行了探讨，最后结合单矿物试验结果，提出了消除矿物分选过程中交互影响的方法，并对攀枝花原生钛铁矿、广西北海海滨砂钛铁砂矿和越南某钛铁矿砂矿的浮选分离工艺进行了研究。 通过单矿物浮选试验研究表明，在油酸钠浮选体系中，钛铁矿的浮游pH值区间为5～8;Zeta电位的测定结果表明，加入油酸钠后钛铁矿的ξ电位有所降低，矿物表面的电位都发生了较大的负移;通过红外光谱检测表明，油酸钠在钛铁矿矿物表面发生了化学吸附。人工混合矿试验表明添加适量Pb(NO3)2可以活化钛铁矿;Zeta电位的测定结果表明，吸附于钛铁矿表面双电层内的Pb2+离子远大于吸附于石英表面双电层内的Pb2+离子，Pb2+离子在钛铁矿表面的吸附不单有静电吸附，还有化学吸附;水玻璃作为分散剂，在钛铁矿浮选时矿粒之间由于电性斥力而有利于钛铁矿与石英的分离。在油酸钠体系下添加水玻璃为调整剂时，不同粒级钛铁矿回收率均呈现出了先升高后降低的趋势。-0.104+0.063mm和-0.063+0.045mm粒级钛铁矿回收率在石英添加量为20％时达到最大值;而-0.045mm粒级的钛铁矿回收率在石英添加量为30％时达到最大值。 根据扩展DLVO理论计算出了不同矿物在油酸钠体系下颗粒之间的相互作用总势能及作用力，以及80μm颗粒时的最大作用能（钛铁矿取引力最大值）。计算表明，颗粒的粒径越大，相互之间的作用能就越强，颗粒相互作用能为引力的矿物之间容易发生异相凝聚，这种异相凝聚带来的矿物之间的交互影响是影响矿物浮选分离的主要原因之一。在油酸钠体系下，消除钛铁矿与辉石和钛铁矿与石英之间的交互影响将有助于实现钛铁矿与辉石和石英的分离。 对原生矿床为代表的攀枝花选铁尾矿为原矿进行了选矿工艺试验，确定了“磨矿-强磁-浮选”工艺。磁选的适宜试验条件是:磨矿细度-0.074mm占75％，磁场强度为631kA/m。以强磁精矿为浮选给矿，浮选的适宜药剂制度为:pH值调整剂硫酸用量1000g/t，抑制剂水玻璃用量600g/t，捕收剂油酸钠用量1000g/t。通过开、闭路流程试验，确定浮选工艺为一次粗选三次精选二次扫选。最终获得精矿中含TiO2品位46.96％、TiO2回收率为58.86％的指标。 对砂矿类型的广西北海钛铁砂矿进行了选矿试验研究，确定了“重选-强磁选-重选-浮选”联合工艺。首先对原矿进行一次粗选一次精选一次中扫选的重选选矿工艺流程，粗选为螺旋溜槽，精选为摇床，得到重选钛精矿Ⅰ、扫中尾矿、尾矿三个产品，可获得钛精矿ⅠTiO2品位45.16％，回收率40.39％。中扫尾矿和尾矿合并磨矿—强磁选，磁选精矿再采用二次摇床重选获得钛精矿TiO2Ⅱ品位46.77％，回收率为36.58％的良好指标。对重磁尾矿再进行浮选试验研究结果表明，浮选可以将尾TiO2矿品位从7.33％提升至39.55％，且回收率可达14.95％。 对越南某复杂钛铁矿进行了选矿试验研究，确定了“重选—磁选—浮选”联合选别工艺流程。获得最终精矿品位为46.45％，回收率为77.52％，可以满足越南国内深加工钛工业的生产要求。本论文的研究丰富了低品位钛铁矿浮选和矿物浮选交互影响的理论体系，对实际低品位钛铁矿石的浮选分离具有指导意义。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1钛矿概况

1．1．1钛的基本性质和用途

1．1．2钛矿床和钛矿物性质

1．1．3钛矿资源分布

1．2钛矿物的选矿方法与工艺

1．2．1重选

1．2．2磁选

1．2．3电选

1．2．4浮选

1．2．5选矿工艺

1．3钛铁矿浮选药剂研究

1．3．1钛铁矿浮选常用捕收剂

1．3．2钛铁矿浮选常用调整剂

1．3．3微细粒钛铁矿浮选新技术

1．4矿物间交互影响的研究现状

1．4．1矿物间交互影响的作用形式研究

1．4．2矿物间交互影响的作用机制研究

1．4．3矿物间交互影响的应用研究

1．5研究意义与内容

1．5．1研究意义

1．5．2研究内容

第2章矿样、试剂、仪器及研究方法

2．1矿样

2．2试剂与仪器

2．3研究方法

2．3．1浮选试验方法

2．3．2磁选试验

2．3．3重选试验

2．3．6接触角测量

第3章钛铁矿物可浮性和交互影响研究

3．1单矿物可浮性研究

3．1．1油酸钠对钛铁矿、辉石和石英可浮性的影响

3．1．2水玻璃对钛铁矿、辉石和石英可浮性的影响

3．1．3硝酸铅对钛铁矿、辉石和石英可浮性的影响

3．2调整剂对不同粒级矿物的浮选影响

3．2．1 pH值对不同粒级纯矿物浮选的影响

3．2．2油酸钠用量对不同粒级纯矿物浮选的影响

3．2．3水玻璃对不同粒级纯矿物浮选的影响

3．2．4硝酸铅对不同粒级纯矿物浮选的影响

3．3不同含量矿物间的交互影响

3．3．1石英对钛铁矿浮选的影响

3．3．2辉石对钛铁矿浮选的影响

3．4不同粒级矿物问的交互影响

3．4．1不同粒级石英对不同粒级钛铁矿浮选的影响

3．4．2不同粒级辉石对不同粒级钛铁矿浮选的影响

3．5本章小结

第4章矿物浮选机理研究

4．1矿物的晶体绨瀚圾晶格计算

4．1．1钛铁矿的晶体结构

4．1．2石英的晶体结构

4．1．3辉石的晶体结构

4．1．4晶体结构化学键特征分析及计算

4．2矿物表面ζ-电位研究

4．3扩展DLVO理论

4．4矿物在不同介质中的表面润湿性研究

4．4．1自然矿物的表面润湿性研究

4．4．2油酸钠吸附作用后矿物的表面润湿性研究

4．5油酸钠体系下钛铁矿对石英浮选影响的机理研究

4．6油酸钠体系下钛铁矿对辉石浮选影响的机理研究

4．7钛铁矿的浮选溶液化学

4．8钛铁矿浮选药剂作用机理

4．8．1油酸钠作用机理分析

4．8．2水玻璃的抑制机理

4．8．3 Pb(NO3)2的活化机理

4．9本章小结

第5章低品位钛铁矿选矿试验研究

5．1攀枝花原生钛铁矿选矿试验研究

5．1．1钛铁矿强磁选条件预先分选

5．1．2钛铁矿浮选条件试验

5．1．3攀枝花钛铁矿选矿工艺流程

5．2北海钛铁砂矿选矿试验研究

5．2．1重选试验研究

5．2．2磁选试验研究

5．2．3浮选试验研究

5．2．4开路流程试验

5．2．5闭路流程试验

5．2．6全流程试验

5．3越南某钛铁矿选矿试验研究

5．3．1重选试验研究

5．3．2磁选试验研究

5．3．3浮选试验研究

5．3．4全流程闭路试验

5．4本章小结

第6章结论

参考文献

致谢

附录

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