บทความนี้จะพาคุณไปอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับคุณสมบัติและผลกระทบจากการแปรรูปของแร่ไทเทเนียม!

คุณสมบัติของแร่และโครงสร้างของแร่

แร่ที่มีไทเทเนียมเป็นองค์ประกอบหลัก ได้แก่ อิลเมไนต์ รูไทล์ อนาเทส บรูไคต์ เพอร์รอฟสไกต์ สฟีน ไททาโนแมกเนไทต์ เป็นต้น โดยในจำนวนนี้ อิลเมไนต์และรูไทล์เป็นแร่หลักที่ใช้ในการถลุงไทเทเนียม

สูตรโมเลกุลของอิลเมไนต์คือ FeTiO3 ซึ่งตามทฤษฎีแล้วประกอบด้วย TiO2 52.66% และ FeO 47.34% เป็นแร่สีเทาเหล็กถึงดำ มีความแข็งตามมาตราโมห์ 5-6 ความหนาแน่น 4.72 กรัม/ซม³ มีคุณสมบัติแม่เหล็กปานกลาง เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี และเป็นแร่ประเภทปกติ ลักษณะเชิงคุณภาพคือผสมกับแมกนีเซียมและแมงกานีส หรือมีแร่ฮีมาไทต์ละเอียดเป็นเกล็ดปนอยู่

สูตรโมเลกุลของรูไทล์คือ TiO2 ประกอบด้วย Ti 60% และ O 40% เป็นแร่สีน้ำตาลแดง มักมีส่วนผสมของเหล็ก ไนโอเบียม โครเมียม แทนทาลัม ดีบุก ฯลฯ มีความแข็งตามมาตราโมห์ 6 และความหนาแน่น 4.2-4.3 กรัม/ซม³ มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็กและนำไฟฟ้าได้ดี มีสีน้ำตาลเข้มเมื่อมีปริมาณเหล็กสูง รูไทล์ส่วนใหญ่พบในแหล่งแร่แบบตะกอน

ขอบเขตการใช้งานและตัวชี้วัดทางเทคนิค

รูไทล์และอิลเมไนต์เป็นวัตถุดิบหลักในการถลุงโลหะไทเทเนียม การผลิตไทเทเนียมไดออกไซด์ แท่งเชื่อม และสารช่วยหลอมละลายสำหรับงานเชื่อม

ตารางที่ 1 การใช้งานหลักของรูไทล์และอิลเมไนต์

ตารางที่ 2 มาตรฐานคุณภาพของสารเข้มข้นไทเทเนียม

ตารางที่ 3 มาตรฐานคุณภาพของรูไทล์ธรรมชาติ

เทคโนโลยีการประมวลผล

โดยทั่วไป แร่ไอล์เมไนต์และรูไทล์มักพบร่วมกับแร่ธาตุอื่นๆ อีกหลากหลายชนิด เช่น แมกเนไทต์ ฮีมาไทต์ ควอตซ์ เฟลด์สปาร์ แอมฟิโบล โอลิวีน การ์เนต โครไมต์ อะพาไทต์ ไมกา ไพรอกซีน เป็นต้น ซึ่งโดยทั่วไปจะคัดแยกโดยวิธีแยกด้วยแรงโน้มถ่วง แยกด้วยแม่เหล็ก แยกด้วยไฟฟ้า และวิธีลอยตัว

การแปรรูปด้วยแรงโน้มถ่วง

วิธีนี้โดยทั่วไปใช้สำหรับการแยกแร่ไทเทเนียมแบบหยาบๆ จากแร่ตะกอนหรือแร่ไทเทเนียมบดละเอียด ความหนาแน่นของแร่ไทเทเนียมโดยทั่วไปจะมากกว่า 4 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร ดังนั้นแร่ที่ไม่ต้องการส่วนใหญ่ที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า 3 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร สามารถกำจัดออกได้ด้วยการแยกโดยแรงโน้มถ่วง อุปกรณ์การแยกโดยแรงโน้มถ่วง ได้แก่ เครื่องแยกแบบจิ๊ก เครื่องแยกแบบเกลียว เครื่องเขย่า รางลำเลียง เป็นต้น

การแยกด้วยแม่เหล็ก

วิธีการแยกด้วยแม่เหล็กถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการคัดเลือกแร่ที่มีไทเทเนียมเป็นองค์ประกอบ เราสามารถใช้การแยกด้วยแม่เหล็กอ่อนเพื่อแยกแมกเนไทต์ และใช้การแยกด้วยแม่เหล็กแรงสูงเพื่อแยกอิลเมไนต์ที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กปานกลาง ตัวอย่างเช่น หากสารเข้มข้นมีออกไซด์ของเหล็กหรือซิลิเกตของเหล็กอยู่มาก ควรใช้วิธีการแยกด้วยแรงโน้มถ่วงเพื่อกำจัดสิ่งเจือปนที่มีความหนาแน่นจำเพาะต่ำ ในอุตสาหกรรมมีการใช้การแยกด้วยแม่เหล็กทั้งแบบแห้งและแบบเปียก อุปกรณ์การแยกด้วยแม่เหล็กส่วนใหญ่ประกอบด้วยเครื่องแยกแม่เหล็กทรงกระบอก เครื่องแยกแม่เหล็กแบบแผ่น เครื่องแยกแม่เหล็กแบบวงแหวนแนวตั้งที่มีความชันสูง เป็นต้น

เครื่องแยกแม่เหล็กแบบดรัม

เครื่องแยกแม่เหล็กแผ่นความเข้มสูง

การเพิ่มประสิทธิภาพด้วยไฟฟ้าสถิต

โดยหลักแล้วจะใช้ความแตกต่างของค่าการนำไฟฟ้าของแร่ธาตุต่างๆ ในแร่ไทเทเนียมเข้มข้นเพื่อการคัดเลือก เช่น การแยกแร่รูไทล์ เซอร์คอน และโมนาไซต์ เครื่องแยกไฟฟ้าที่ใช้มีหลายประเภท ได้แก่ แบบลูกกลิ้ง แบบแผ่น แบบตะแกรง และอื่นๆ

การลอยตัว

กระบวนการลอยแร่ส่วนใหญ่ใช้ในการแยกแร่ไทเทเนียมที่มีอนุภาคละเอียด สารเคมีที่ใช้ในการลอยแร่โดยทั่วไป ได้แก่ กรดซัลฟิวริก น้ำมันทัลล์ กรดโอเลอิก น้ำมันดีเซล และสารทำให้เกิดอิมัลชัน วิธีการเพิ่มคุณภาพแร่ ได้แก่ การลอยแร่แบบบวกสำหรับไทเทเนียม และการลอยแร่แบบย้อนกลับสำหรับแร่ที่ไม่ต้องการ

การแสวงหาผลประโยชน์ร่วมกัน

สำหรับแร่ตะกอนที่มีแร่ธาตุอื่นปะปนอยู่มาก ความแตกต่างของค่าความไวต่อสนามแม่เหล็กจำเพาะ ความหนาแน่น การนำไฟฟ้า และความสามารถในการลอยตัวของแร่ธาตุต่างๆ สามารถนำมาใช้ในการแยกแร่ธาตุได้โดยกระบวนการผสมผสานระหว่าง “แม่เหล็ก น้ำหนัก ไฟฟ้า และการลอยตัว” ตัวอย่างเช่น ทรายตะกอนชายฝั่งประกอบด้วยแร่ธาตุต่างๆ เช่น แมกเนไทต์ อิลเมไนต์ รูไทล์ ทรายเซอร์คอน โมนาไซต์ ทรายทะเล เป็นต้น ขั้นแรก จะแยกแมกเนไทต์ออกโดยใช้สนามแม่เหล็กอ่อน จากนั้นจึงแยกอิลเมไนต์ออกโดยใช้เครื่องแยกแบบวงแหวนแนวตั้งที่มีความแรงสนามแม่เหล็กปานกลาง เครื่องแยกแบบวงแหวนแนวตั้งที่มีความแรงสนามแม่เหล็กสูงจะกำจัดแร่ธาตุที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบอื่นๆ ออกไป จากนั้นจึงแยกแร่ที่มีความหนาแน่นจำเพาะน้อยกว่าออกโดยวิธีการแยกด้วยแรงโน้มถ่วง สำหรับทรายทะเล แร่หนักคือรูไทล์และทรายเซอร์คอน สามารถเลือกรูไทล์ที่มีการนำไฟฟ้าดีกว่าได้โดยการแยกด้วยไฟฟ้า เพื่อให้สามารถแยกแร่ชนิดนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เครื่องแยกแม่เหล็กความลาดชันสูงแบบวงแหวนแนวตั้ง

กรณีการเพิ่มพูนผลประโยชน์

ในแหล่งแร่ตะกอนน้ำพาในอินโดนีเซีย มีแร่แมกเนไทต์ ไททาโนแมกเนไทต์ อิลเมไนต์ รูไทล์ ทรายเซอร์คอน ทรายทะเล และแร่ธาตุที่มีธาตุเหล็กในปริมาณเล็กน้อย，ในบรรดาแร่เหล่านั้น แร่ไอล์เมไนต์ รูไทล์ และทรายเซอร์คอนเป็นแร่เป้าหมายหลัก ส่วนไททาโนแมกนีไทต์ เหล็กออกไซด์ เหล็กซิลิเกต และทรายทะเลเป็นแร่เจือปน แร่เหล่านี้จะถูกแยกและคัดกรองคุณภาพโดยวิธีการทางกายภาพ เช่น การแยกด้วยแม่เหล็กและการแยกด้วยแรงโน้มถ่วง ผลิตภัณฑ์เข้มข้นทั้งหมดจะถูกคัดแยกและคัดเลือกคุณภาพโดยวิธีการทางกายภาพต่างๆ เช่น การแยกด้วยแม่เหล็ก การแยกด้วยแรงโน้มถ่วง และอื่นๆ

ทรายตะกอนมีขนาดอนุภาคสม่ำเสมอ โดยทั่วไปมีขนาดอนุภาค 0.03 ถึง 0.85 มม. ผลิตภัณฑ์เข้มข้นที่มีคุณภาพ เช่น อิลเมไนต์ รูไทล์ และเซอร์คอน จะถูกแยกโดยกระบวนการเพิ่มคุณค่าแบบผสมผสานของการแยกด้วยแม่เหล็กอ่อน + การแยกด้วยแม่เหล็กปานกลาง + การแยกด้วยแม่เหล็กแรงสูง + การแยกด้วยแรงโน้มถ่วง

1. ดัชนีการเพิ่มคุณค่าแสดงอยู่ในตารางที่ 4
2. 

รูปที่ 1. กระบวนการทดสอบการเพิ่มคุณค่าแบบผสมผสานของแร่ทรายตะกอน

ตารางที่ 4 ดัชนีการทดสอบผลประโยชน์ร่วม

โดยใช้ความแตกต่างของค่าความไวต่อสนามแม่เหล็กจำเพาะและความหนาแน่นระหว่างแร่ธาตุ ผ่านกระบวนการผสมผสานของการแยกด้วยสนามแม่เหล็กอ่อน สนามแม่เหล็กแรง และแรงโน้มถ่วง ทำให้ได้แร่เข้มข้นอิลเมไนต์ที่มีผลผลิต 25.37% เกรด TiO2 46.39% และอัตราการฟื้นตัว 60.83% แร่เข้มข้นรูไทล์ที่มีผลผลิต 8.52% เกรด TiO2 66.15% และอัตราการฟื้นตัว 29.15% แร่เข้มข้นเซอร์คอนจากแหล่งแร่ที่มีผลผลิต 40.15% เกรด ZrO2 58.06% และอัตราการฟื้นตัว 89.41% ส่วนแร่เข้มข้นเหล็กนั้นมีไททาโนแมกนีไทต์อยู่มาก จึงไม่สามารถคัดเลือกผลิตภัณฑ์แร่เข้มข้นเหล็กที่มีคุณภาพได้