金红石和锆英砂常常共生在海滨砂矿中,两种矿物在密度、磁性和导电性等物理性质上非常接近,单一的选矿方法很难将它们彻底分开。实际生产中必须采用重选、磁选、电选等多种方法结合的联合工艺流程。核心路线是重选预富集抛除石英脉石,磁选分离钛铁矿和独居石等磁性矿物,电选完成金红石与锆英石的最终分离。经过完整的联合流程,可分别获得氧化钛品位百分之九十以上的金红石精矿和氧化锆品位百分之六十五以上的锆英石精矿。
金红石和锆英石的物理性质差异非常微小。金红石密度四点二到四点三,锆英石密度四点六到四点七,两者比重差只有零点四左右,重选只能粗分不能精分。金红石无磁性,锆英石也无磁性或弱磁性,磁选拿它们没办法。但两者导电性差异明显,金红石是半导体,锆英石是绝缘体。单靠任何一种方法都分不开,必须组合起来梯次推进。
海滨砂矿中与金红石、锆英石共生的还有钛铁矿和独居石。钛铁矿密度四点五到五点零,强磁性,导电。独居石密度四点九到五点五,弱磁性,不导电。这些伴生矿物的存在让分选更加复杂。选矿方法的设计逻辑是先易后难,先把性质差异大的脉石和伴生矿物分开,最后处理性质最接近的金红石和锆英石。

重选利用的是金红石和锆英石与石英等脉石矿物之间的密度差异。金红石和锆英石的密度都在四点二以上,石英只有二点六五,比重差一点五到二点零,重选设备可以轻松把它们分开。
螺旋溜槽是粗选段的主力设备。原矿砂经筛分脱泥后进入螺旋溜槽,矿浆沿螺旋槽面旋转下流,重矿物沉向内圈,轻矿物浮在外圈。螺旋溜槽处理量大,一台直径一千二百毫米的单头每小时处理量四到六吨。粗选段配置多台并联运行,可以把百分之七十到八十的石英脉石直接甩掉,重矿物从原矿的百分之二到五富集到百分之十到二十。
摇床是精选段的接力设备。螺旋溜槽产出的粗精矿进入摇床做进一步富集。摇床通过床面的不对称往复运动与横向冲洗水流,不同密度的矿粒在床面上形成清晰的扇形分带。锆英石带和金红石带距离很近,但在摇床上可以初步分开,各自成为中矿产品进入下一段。摇床的截取宽度控制是决定回收率的关键细节,截得太窄部分细粒重矿物可能跑入尾矿,截得太宽精矿品位会下降。
重选段的目标是把混合重矿物富集到百分之八十五以上,为后续磁选和电选打好基础。重选段做得好,后面的磁选电选压力就小。
重选段产出的混合精矿中,锆英石、金红石、钛铁矿、独居石混在一起。磁选的任务是按磁性把不同矿物分组,先分离强磁性的钛铁矿,再分离弱磁性的独居石。
磁选作业在干燥状态下进行。混合精矿必须先烘干,含水率控制在百分之一以下才能进入磁选设备。三盘带式磁选机是锆英砂和金红石磁选段的标准配置。它有三个磁盘,磁场强度依次递增。第一盘弱磁场收集磁铁矿等强磁性矿物,第二盘中强磁场收集钛铁矿等中磁性矿物,第三盘强磁场收集独居石等弱磁性矿物。经过三段磁选后,非磁性产品主要是金红石和锆英石的混合物,磁性产品是钛精矿和独居石精矿的混合物料。
辊式强磁选机可以作为补充或替代方案。磁场强度零点八到一点二特斯拉,用于处理磁性较弱的矿物。对于含磁性矿物较多的物料,辊式磁选机可以配置在多盘磁选机之前作为预选设备。
磁选段做得好不好,直接影响电选段的稳定运行。入料中磁性矿物含量波动,会让电选机始终找不到稳定的分选参数。金红石和锆英石本身都没有磁性,但表面如果附着铁质薄膜,会表现出弱磁性,影响磁选效果。
重选和磁选都没办法把金红石和锆英石彻底分开。电选利用的是两种矿物导电性的差异。金红石具有半导体特性,在高压电场中能导电。锆英石是绝缘体,基本不导电。这个差异足够让电选机完成两者的分离。
高压电选机是分离金红石和锆英石的核心设备。磁选后的非磁性物料加热到四十到六十度后喂入电选机。在高压电场中,导电的金红石颗粒会迅速获得电荷并通过辊筒传走,在离心力作用下抛离辊筒。非导体的锆英石颗粒电荷不易传走,吸附在辊筒表面被毛刷刷下。经过一道粗选和一道精选,导体部分产出金红石精矿,非导体部分产出锆英石精矿。
电选作业对入料条件要求严格。物料含水率必须低于百分之一,温度控制在四十到六十度。温度过低时导电性差异不够明显,温度过高时金红石表面可能氧化变色影响导电性。入料粒度组成也要均匀,粒度过粗或过细都会降低分选精度。
某海滨砂矿采用重选磁选电选联合流程处理原矿,获得一级锆英石精矿氧化锆品位百分之六十五点五六、回收率百分之四十一点八六。金红石精矿氧化钛品位百分之九十点二,回收率百分之六十八点五。综合回收率达到百分之七十六以上。
对于嵌布粒度极细的海滨砂矿,或者经过物理选矿后中矿中仍含有连生体的物料,浮选是一种有效的补充方法。浮选利用矿物表面化学性质的差异,通过添加捕收剂实现选择性分离。
有研究采用阴阳离子混合捕收剂在中性介质中分离锆英石与金红石。对于含百分之三十二点九氧化锆和百分之四十六点五氧化钛的人工混合矿,通过一次粗选一次精选,可获得氧化锆品位百分之六十四点四五的锆英石精矿和氧化钛品位百分之九十二点九四的金红石精矿。
浮选法在实际工业生产中应用较少,主要因为海滨砂矿的矿物颗粒已经单体解离,不需要磨矿就能达到选别要求,物理选矿方法成本更低。但对于某些特殊矿石,比如细粒嵌布或表面污染的矿石,浮选是必要的补充手段。
部分海滨砂矿的金红石和锆英石表面覆盖着氧化铁薄膜,这些薄膜会影响矿物的表面电性和导电性,降低磁选和电选的分选效果。酸洗可以去除这些表面污染物,提高精矿品位。
酸洗通常在磁选和电选之间进行。将烘干后的混合精矿用稀盐酸或稀硫酸浸泡,温度控制在五十到八十度,时间一到两小时。酸洗后水洗至中性,再烘干进入电选作业。酸洗可以提升电选精矿品位一到三个百分点,但增加了废水处理成本。
酸洗工艺的选择要权衡品位提升带来的收益和环保处理成本。对于高品质金红石精矿产品,酸洗往往是必要的工序。

把各段方法串联起来,完整的金红石锆英砂矿联合选矿流程如下
原矿砂经筛分脱泥后进入螺旋溜槽粗选,粗选精矿进入摇床精选产出混合重精矿。混合重精矿经过烘干进入三盘磁选机,弱磁选分离磁铁矿,中磁选分离钛铁矿,强磁选分离独居石。磁选后的非磁性产品进入高压电选机,经过粗选和精选两道作业,导体部分产出金红石精矿,非导体部分产出锆英石精矿。
这套重选磁选电选三段联合流程是目前海滨金红石锆英砂矿处理的标准技术路线。重选段低成本的完成了大规模抛尾和初步富集。磁选段完成了磁性矿物的分组和去除。电选段完成了金红石和锆英石的最终分离。三段各司其职,一段没做好后续段的设备再先进也难以产出合格产品。
金红石锆英砂矿选矿方法的核心就是重选磁选电选三段接力。每段的任务明确,设备选型和工艺参数要根据原矿性质具体确定。先搞清楚原矿品位和矿物组成,再定流程结构和设备配置,这是最稳妥的选矿方案设计路线。
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