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先說(shuō)三個(gè)重點(diǎn)
鈦鐵礦粗精礦的TiO?含量通常在40%到45%之間，里面常常混著赤鐵礦、鉻鐵礦、磁鐵礦這些雜質(zhì)。常規(guī)的磁選、重選、電選在面對(duì)這些雜質(zhì)時(shí)經(jīng)常“束手無(wú)策”——赤鐵礦和鈦鐵礦密度太接近、導(dǎo)電性也差不多。焙燒與磁選聯(lián)合工藝解決的就是這個(gè)痛點(diǎn)：通過(guò)高溫焙燒改變礦物磁性，再用磁選一刀分開(kāi)。氧化焙燒適合處理高鉻型鈦鐵礦，能把Cr?O?從2.8%降到0.3%以下；還原焙燒能把赤鐵礦化的鈦鐵礦“救回來(lái)”，TiO?品位提升5到7個(gè)百分點(diǎn)；閃速焙燒處理細(xì)粒物料，回收率能做到87%以上。本文把這三種路線(xiàn)的原理、設(shè)備、效果和投資一次講清楚。
你手上有鈦鐵礦粗精礦，可能遇到過(guò)這種尷尬：重選已經(jīng)富集過(guò)了，磁選也走了一遍，但TiO?就是上不去，鉻和鐵老是超標(biāo)。問(wèn)題出在哪？鈦鐵礦和赤鐵礦的密度分別是4.7和5.2，搖床分不開(kāi)；兩者又都是導(dǎo)體，電選也分不開(kāi)。更麻煩的是，風(fēng)化嚴(yán)重的鈦鐵礦表面會(huì)形成一層赤鐵礦薄膜，常規(guī)磁選根本吸附不住。
焙燒的作用就是“改性質(zhì)”。在高溫下讓礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)——要么把赤鐵礦還原成磁鐵礦，要么把鈦鐵礦中的鐵氧化后讓磁性重新分布。焙燒之后，目標(biāo)礦物和雜質(zhì)的磁性差異被拉到足夠大，這時(shí)候再用磁選機(jī)，分起來(lái)就輕松多了。
我見(jiàn)過(guò)的成功案例里，焙燒-磁選聯(lián)合工藝能把鈦精礦TiO?從42%提到49%以上，鉻含量下降90%，回收率最高能到87%。沒(méi)有任何化學(xué)藥劑，尾礦也是無(wú)污染的焙燒礦渣，環(huán)保壓力小。
如果你的鈦鐵礦粗精礦里鉻含量高，氧化焙燒是最直接的解法。原理是在氧化氣氛下加熱，讓鈦鐵礦中的鐵氧化成赤鐵礦，同時(shí)含鉻礦物（如鉻鐵礦）的磁性也會(huì)發(fā)生變化。焙燒后，含鉻礦物與鈦鐵礦的磁性差異明顯拉大，再用干式磁選就能把含鉻礦物拋掉。
看一個(gè)真實(shí)數(shù)據(jù)。長(zhǎng)沙礦冶研究院處理某國(guó)外難選鈦鐵礦，原礦含TiO? 26.50%、Cr?O? 2.84%。先用濕式弱磁選拋掉強(qiáng)磁性礦物，再用電選富集，然后采用氧化焙燒-干式磁選。最終拿到TiO?品位47.42%、Cr?O?含量降到0.27%的鈦精礦，回收率70.26%。
Cr?O?從2.84%打到0.27%，降幅超過(guò)90%。這個(gè)指標(biāo)意味著什么？鈦白粉廠(chǎng)對(duì)氯化法原料的鉻要求是低于0.3%，這套工藝完全達(dá)標(biāo)。另一處重砂礦采用同樣的氧化焙燒-干式磁選工藝，也獲得了TiO? 47.34%、Cr?O? 0.28%的優(yōu)秀指標(biāo)。
這套流程的關(guān)鍵控制點(diǎn)有兩個(gè)：焙燒溫度控制在700到800℃，時(shí)間30到60分鐘；干式磁選的場(chǎng)強(qiáng)選在3000到5000高斯。溫度低了氧化不徹底，溫度高了鈦鐵礦會(huì)過(guò)度氧化生成金紅石，反而降低可選性。
風(fēng)化型鈦鐵礦經(jīng)常出現(xiàn)一種情況：顆粒表面被赤鐵礦薄膜包裹，看起來(lái)像是“生銹”了。這種物料直接上磁選，赤鐵礦薄膜磁性弱，鈦鐵礦收不回來(lái)。還原焙燒就是沖著這個(gè)問(wèn)題去的。
還原焙燒分兩步。先把物料在氧化氣氛下加熱到700℃左右，讓表面赤鐵礦層充分發(fā)育；然后通入還原性氣體（一氧化碳或氫氣），溫度降到575℃左右，赤鐵礦被還原成磁鐵礦。磁鐵礦是強(qiáng)磁性礦物，這時(shí)候再用弱磁選，就能把顆粒牢牢吸住。
一項(xiàng)系統(tǒng)研究表明：氧化階段適宜溫度700℃、氧化時(shí)間30分鐘；還原階段理想溫度575℃、CO濃度20%、還原時(shí)間僅需3分鐘。在優(yōu)化條件下進(jìn)行分級(jí)弱磁選，鈦精礦TiO?品位達(dá)46.24%，回收率67.62%。
工業(yè)上還有一個(gè)更簡(jiǎn)單的做法：直接加碳粉進(jìn)行還原焙燒。馬拉維海濱砂礦的鈦鐵粗精礦（TiO? 42.71%），配入5%的還原劑，在875℃下焙燒12.5分鐘，然后用水淬冷卻，再進(jìn)行弱磁選加中磁掃選。最終拿到TiO? 49.05%、回收率77.16%的鈦精礦。
注意還原焙燒的兩個(gè)細(xì)節(jié)。一是焙燒后要快速水淬，目的是防止磁鐵礦重新氧化；二是磨礦要適度，把焙燒過(guò)程中產(chǎn)生的燒結(jié)顆粒打散，但不要過(guò)磨。
如果鈦鐵礦粗精礦粒度很細(xì)（-0.074mm占多數(shù)），或者你追求更高的回收率，閃速焙燒是更優(yōu)的選擇。傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯焙燒需要幾十分鐘到幾小時(shí)，閃速焙燒把時(shí)間壓縮到100秒以?xún)?nèi)。原理是讓礦粉在高溫氣流中呈懸浮狀態(tài)，傳熱傳質(zhì)極快，反應(yīng)瞬間完成。
某國(guó)外含鉻鈦鐵礦強(qiáng)磁粗精礦，采用閃速焙燒工藝。冷態(tài)模擬確定了最佳操作氣速0.61到0.69米每秒，熱態(tài)試驗(yàn)確定焙燒溫度800℃、焙燒時(shí)間僅100秒。焙燒產(chǎn)品在干式磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度318kA/m（約4000高斯）、滾筒轉(zhuǎn)速25轉(zhuǎn)每分條件下，獲得TiO?品位47.18%、Cr?O?含量0.25%、回收率高達(dá)87.23%的選別指標(biāo)。
87.23%的回收率比常規(guī)氧化焙燒的70%高出一大截。對(duì)于細(xì)粒級(jí)物料，常規(guī)焙燒容易出現(xiàn)反應(yīng)不均勻的問(wèn)題，閃速焙燒的懸浮狀態(tài)恰好解決了這個(gè)難題。當(dāng)然，閃速焙燒的設(shè)備投資更高，適合處理量大的規(guī)模化生產(chǎn)。
還有一種情況：鈦鐵礦粗精礦中鈦和鐵嵌布緊密，單純提鈦不夠，還想把鐵也回收了。這時(shí)候用直接還原焙燒-磁選。在焙燒過(guò)程中加入過(guò)量還原劑，把鈦鐵礦中的鐵還原成金屬鐵，鈦則變成金紅石或鈦酸鹽。焙燒后磁選，金屬鐵被吸走成為鐵精礦，非磁性產(chǎn)品就是高鈦渣。
對(duì)某鈦鐵粗精礦（TiO? 33.42%、Fe 46.21%）進(jìn)行直接還原焙燒，還原溫度1250℃，時(shí)間60分鐘，還原劑用量20%。焙砂磨礦后磁選，獲得TiO? 49.23%的鈦精礦和鐵品位82.57%的鐵精礦，鈦回收率85.18%。一礦兩吃，鈦和鐵都拿到了合格產(chǎn)品。
這種路線(xiàn)能耗高，適合鈦鐵緊密共生且鐵含量高的物料。如果鐵含量低于30%，經(jīng)濟(jì)賬不一定劃算。
總結(jié)一下，根據(jù)你的物料特征和目標(biāo)產(chǎn)品，可以快速對(duì)號(hào)入座：
氧化焙燒-干式磁選：適合鉻含量高（Cr?O?>1%）的鈦鐵礦，目標(biāo)是降鉻。典型效果TiO? 47%左右、Cr?O?<0.3%、回收率70%。
還原焙燒-磁選：適合赤鐵礦化嚴(yán)重、常規(guī)磁選回收率低的鈦鐵礦。典型效果TiO?從42%提到49%、回收率70-77%。
閃速焙燒-干式磁選：適合細(xì)粒級(jí)（-0.074mm占多數(shù)）、含鉻、追求高回收率的場(chǎng)合。典型效果TiO? 47%、Cr?O?<0.3%、回收率87%。
直接還原焙燒-磁選：適合鈦鐵緊密共生、鐵含量高、想同時(shí)回收鈦和鐵的物料。典型效果鈦精礦TiO? 49%、鐵精礦鐵品位82%。
如果拿不準(zhǔn)，最簡(jiǎn)單的辦法是寄礦樣做焙燒對(duì)比試驗(yàn)。用幾公斤礦樣，分別走氧化和還原路線(xiàn)，看哪個(gè)效果好，再?zèng)Q定投資方向。
以日處理100噸鈦鐵礦粗精礦的規(guī)模為例，采用氧化焙燒-干式磁選方案，主要投資如下：
回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)（φ1.5×20m，含冷卻筒和燃燒器）150-200萬(wàn)元
干式磁選機(jī)（兩臺(tái)，場(chǎng)強(qiáng)4000高斯和3000高斯）25-35萬(wàn)元
除塵系統(tǒng)（旋風(fēng)+布袋）25-30萬(wàn)元
給料、輸送、電控及輔助設(shè)施30-40萬(wàn)元
合計(jì)約230-305萬(wàn)元
閃速焙燒方案投資更高，在400-500萬(wàn)元之間，但回收率也更高。
噸礦運(yùn)行成本：燃料（煤或天然氣）80-120元，電耗25-35元，人工15-20元，維修耗材10-15元，合計(jì)130-190元。
收益測(cè)算：粗精礦原TiO? 42%，焙燒-磁選后TiO? 47%，品位提升5個(gè)百分點(diǎn)。按鈦精礦每噸度計(jì)價(jià)80元計(jì)算，每噸增值5×80=400元。同時(shí)鉻雜質(zhì)從2.8%降到0.3%以下，售價(jià)還能再高100-200元。綜合每噸增值約500-600元。日處理100噸，日增值5-6萬(wàn)元。扣除運(yùn)行成本1.5-2萬(wàn)元，日凈增值3.5-4萬(wàn)元。年工作300天，年凈增值1000-1200萬(wàn)元。設(shè)備投資按300萬(wàn)元計(jì)，回本周期約3-4個(gè)月。
如果采用閃速焙燒，回收率87%比常規(guī)70%高出17個(gè)百分點(diǎn)，意味著同樣原礦多產(chǎn)17%的精礦。雖然投資更高，但多出來(lái)的產(chǎn)量半年內(nèi)就能收回額外投資。
焙燒-磁選生產(chǎn)線(xiàn)要管好幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。
焙燒溫度控制。溫度波動(dòng)超過(guò)±20℃，產(chǎn)品指標(biāo)就不穩(wěn)定。建議安裝熱電偶和自動(dòng)調(diào)節(jié)燃燒器。回轉(zhuǎn)窯的窯頭溫度、窯尾溫度、窯中溫度都要監(jiān)控。
物料停留時(shí)間。回轉(zhuǎn)窯通過(guò)調(diào)節(jié)傾角和轉(zhuǎn)速來(lái)控制停留時(shí)間。氧化焙燒一般30-60分鐘，直接還原需要60-90分鐘。停留時(shí)間太短反應(yīng)不完全，太長(zhǎng)能耗高且容易過(guò)燒結(jié)。
冷卻方式。還原焙燒后的物料需要快速冷卻，防止磁鐵礦重新氧化。一般采用水淬或強(qiáng)制風(fēng)冷。氧化焙燒后的物料可以自然冷卻或緩冷。
磁選作業(yè)。焙燒后的物料要先破碎打散（但不要過(guò)磨），然后進(jìn)入干式磁選機(jī)。一般采用兩段磁選：一段粗選拋尾，二段精選提品位。磁場(chǎng)強(qiáng)度根據(jù)焙燒物料的磁性分布調(diào)整，通常在3000-6000高斯范圍內(nèi)。
除塵與環(huán)保。焙燒煙氣中含粉塵和二氧化硫，必須經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵+布袋除塵器處理。如果原料含硫高，還需要脫硫裝置。
問(wèn)：我的鈦鐵礦粗精礦TiO?只有38%，能用焙燒-磁選提到48%嗎？
答：可能可以，但要看雜質(zhì)種類(lèi)。如果雜質(zhì)主要是石英、長(zhǎng)石等輕礦物，重選更經(jīng)濟(jì)。如果雜質(zhì)主要是赤鐵礦、鉻鐵礦，焙燒-磁選有效。但原礦品位太低，焙燒成本占比會(huì)很高，建議先做重選或磁選預(yù)富集到42%以上再進(jìn)焙燒。
問(wèn)：焙燒后為什么顏色變紅了？
答：氧化焙燒后鈦鐵礦中的鐵被氧化成三價(jià)鐵，顏色會(huì)變成紅褐色，這是正常現(xiàn)象。如果還原焙燒后顏色應(yīng)該是灰黑色或帶金屬光澤，如果還是紅色說(shuō)明還原不徹底。
問(wèn)：焙燒會(huì)降低鈦的回收率嗎？
答：會(huì)有一點(diǎn)點(diǎn)損失。高溫下少量鈦會(huì)生成鈦酸鹽進(jìn)入尾礦，但通常損失在2-5%以?xún)?nèi)。閃速焙燒由于反應(yīng)時(shí)間短，鈦損失更小。
問(wèn)：燃料用煤還是天然氣好？
答：天然氣溫控精度高、含硫低、環(huán)保壓力小，但成本高。煤便宜，但需要煤磨粉系統(tǒng)和更復(fù)雜的除塵。如果當(dāng)?shù)靥烊粴鈨r(jià)格低于3元/立方米，優(yōu)先用天然氣。
問(wèn)：我的物料含砷高，焙燒能去除嗎？
答：可以。砷在高溫下會(huì)揮發(fā)，煙氣經(jīng)過(guò)冷卻后砷會(huì)凝結(jié)在布袋上。但需要配套專(zhuān)門(mén)的收砷裝置，否則會(huì)二次污染。
XX省某鈦選廠(chǎng)，處理海濱砂礦的鈦鐵礦粗精礦，TiO?含量43.2%，Cr?O?含量1.8%，其中約30%的鈦鐵礦表面有赤鐵礦薄膜。原礦直接干式磁選只能得到TiO? 44.5%、Cr?O? 1.5%的精礦，不合格。
廠(chǎng)里投資280萬(wàn)元上了一條氧化焙燒-干式磁選線(xiàn)。焙燒溫度750℃，時(shí)間40分鐘，焙砂經(jīng)兩段磁選后，精礦TiO? 47.1%，Cr?O?降到0.22%，回收率71%。產(chǎn)品全部賣(mài)給氯化鈦白廠(chǎng)，每噸售價(jià)5200元，比改造前每噸多賣(mài)1800元。一年收回投資。
另一家廠(chǎng)處理細(xì)粒級(jí)鈦鐵礦粗精礦（-0.074mm占75%），同樣含鉻高。他們選了閃速焙燒方案，投資460萬(wàn)元。焙燒溫度800℃，時(shí)間90秒，干式磁選后TiO? 47.3%，Cr?O? 0.24%，回收率86%。雖然投資高，但回收率高出15個(gè)百分點(diǎn)，日產(chǎn)精礦比氧化焙燒方案多出近4噸。按每噸4500元計(jì)，每天多賣(mài)1.8萬(wàn)元，兩年下來(lái)多賺了上千萬(wàn)元。
第一，別憑感覺(jué)選方案。寄5公斤礦樣做焙燒試驗(yàn)，分別測(cè)試氧化焙燒和還原焙燒的效果，拿到真實(shí)的品位和回收率數(shù)據(jù)再?zèng)Q策。
第二，算賬要把能耗算細(xì)。焙燒是高能耗工藝，燃料占運(yùn)行成本的大頭。用當(dāng)?shù)氐奶烊粴狻⒚夯蛏镔|(zhì)價(jià)格代入計(jì)算，不要用別人的成本數(shù)據(jù)套自己的項(xiàng)目。
第三，環(huán)保手續(xù)提前辦。焙燒爐涉及廢氣排放，環(huán)評(píng)需要時(shí)間和費(fèi)用。建議在立項(xiàng)前就咨詢(xún)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)。
第四，考慮模塊化。如果采點(diǎn)分散、處理量不大，可以考慮集裝箱式小型焙燒-磁選模塊，投資低、搬遷方便。
用于鈦鐵礦精選的焙燒與磁選工藝不是什么新鮮技術(shù)，但它確實(shí)是目前處理高鉻型鈦鐵礦和赤鐵礦化鈦鐵礦最有效的辦法。選對(duì)了路線(xiàn)，低品位粗精礦也能變成高價(jià)值產(chǎn)品。想了解這套工藝是否適合你的物料？把礦樣寄過(guò)來(lái)，我們免費(fèi)做焙燒-磁選可行性試驗(yàn)，48小時(shí)內(nèi)給出精礦品位和回收率預(yù)測(cè)。獲取詳細(xì)的工藝方案和設(shè)備報(bào)價(jià)，直接聯(lián)系我們。選礦路上，有時(shí)候就是要“燒”一把才能開(kāi)路。
