蔣英, 李波, 梁冬云, 張莉莉

(廣東省資源綜合利用研究所，稀有金屬分離與綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省礦產(chǎn)資源開發(fā)和綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510650)

鈦及其氧化物、合金產(chǎn)品是重要的涂料、新型結(jié)構(gòu)材料、防腐材料，被譽(yù)為“繼鐵、鋁之后處于發(fā)展中第三金屬”和“戰(zhàn)略金屬”，廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、化工、機(jī)械、醫(yī)療器械等領(lǐng)域，并創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有其重要的地位和作用[1-7]。鈦是典型的親石元素，常以氧化物礦物出現(xiàn)，主要礦物有鈦鐵礦、金紅石和鈦磁鐵礦等，廣泛分布于地殼及巖石圈之中。自然界中具有工業(yè)開采價(jià)值的鈦礦床主要有巖漿鈦礦床和鈦砂礦床兩大類。其中巖漿鈦礦床可分為磁鐵鈦鐵礦及赤鐵鈦鐵礦兩種主要類型，而鈦砂礦床可分為金紅石型砂礦與鈦鐵礦型砂礦兩類[8]。

我國(guó)是鈦資源大國(guó)，資源十分豐富，分布于20 多個(gè)省區(qū)，既有原生的巖礦，也有次生的風(fēng)化殘坡積及沉積砂礦。巖礦主要分布于四川攀西和河北承德地區(qū)，砂礦主要分布在廣東、廣西、海南沿海一帶。此外還有內(nèi)陸砂礦，分布在云南、內(nèi)蒙古等地[1,9]。本文將以國(guó)內(nèi)某粘土型風(fēng)化鈦砂礦為研究對(duì)象，通過對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的工藝礦物學(xué)研究，查明該礦的化學(xué)成分、礦物組成及主要礦物的產(chǎn)出形式，為制定合理的選冶工藝提供理論依據(jù)。該研究對(duì)合理開發(fā)我國(guó)的鈦鐵礦資源具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1分析方法

本次研究的樣品取自某風(fēng)化粘土型鈦礦床，從礦樣中選擇具有代表性礦石樣經(jīng)破碎、混勻、篩分（篩孔尺寸為2 mm）后，再混勻縮分制成試驗(yàn)樣品備用。多元素化學(xué)分析樣品研磨至-0.074 mm，MLA 礦物自動(dòng)檢測(cè)樣分為四級(jí)后制成環(huán)氧樹脂光片，單礦物分析在-43 μm 完成最后提純。單礦物挑選主要通過控制場(chǎng)強(qiáng)對(duì)各礦物進(jìn)行磁選分離、淘洗、雙目鏡下挑選得到最終單礦物。

樣品多元素化學(xué)分析、礦物組成定量分析、礦物嵌布狀態(tài)、能譜分析以及磁性分析均在廣東省資源綜合利用研究所完成。樣品多元素化學(xué)分析Fe 采用容量法，S 采用碳硫分析儀，其余元素采用火焰原子吸收分光光度計(jì)，工作條件：燈絲電流3 mA，燃燒器高度5 ～ 8 mm，空氣壓力0.3 MPa，乙炔壓力0.09 MPa，空氣流量7 min/L，乙炔流量1 min/L。礦物組成定量分析、礦物嵌布狀態(tài)及礦物能譜分析采用美國(guó)FEI 礦物自動(dòng)分析儀MLA 650 系統(tǒng)，該系統(tǒng)聯(lián)合FEI Quanta 650 掃描電鏡、Bruker XFlash5010 能譜儀以及MLA 軟件3.1 版本進(jìn)行分析。工作條件為：加速電壓20 kV，工作距離10 mm，高真空模式。磁性分析采用WCF-3 電磁分選儀，選取樣品中-0.074 + 0.043 mm粒級(jí)產(chǎn)品，通過控制磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)樣品進(jìn)行分離。

2 結(jié)果與討論

2.1 原礦物質(zhì)組成

采用XRF 并結(jié)合化學(xué)定量分析對(duì)原礦進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1，礦石的礦物組成結(jié)果見表2。

表1 原礦化學(xué)成分分析結(jié)果/%Table 1 Chemical composition of the raw ore

表2 原礦礦物組成及含量Table 2 Mineral composition of the raw ore

以上分析結(jié)果表明，原礦主要有價(jià)元素為鈦和鐵，鉭、鈮含量達(dá)到工業(yè)品位要求，可綜合回收。其他元素含量較低，綜合利用價(jià)值不大。礦石中鈦礦物主要為鈦鐵礦，其次為白鈦石，微量榍石。主要鐵礦物為褐鐵礦，少量釩鈦磁鐵礦。脈石礦物主要為大量綠泥石-伊利石粘土，其含量約占78%，其次為風(fēng)化長(zhǎng)石、橄欖石、輝石、角閃石等。

2.2 主要礦物的嵌布特征

（1）鈦鐵礦

鈦鐵礦為礦石中最主要的鈦礦物，主要可分為兩種類型。第一種原生鈦鐵礦為礦石中最主要的目的礦物，含量為3.76%，主要呈不規(guī)則粒狀或板狀，大多為單體，但部分鈦鐵礦顆粒表面凹凸不平，多為白鈦石、粘土充填和膠結(jié)（圖1a）。

圖1 主要礦物嵌布特征Fig. 1 Disseminated characteristics of the main minerals

少數(shù)與釩鈦磁鐵礦或榍石、黑云母等脈石成連生或包裹關(guān)系（圖1b）。部分鈦鐵礦在強(qiáng)風(fēng)化淋濾作用下氧化蝕變?yōu)榘租伿▓D1c）。原生鈦鐵礦化學(xué)成分能譜分析結(jié)果顯示其平均含TiO252.73%，F(xiàn)e 34.91%，MnO 1.06%，MgO 1.34%。單礦物分析結(jié)果為： TiO251.86 % ，F(xiàn)e 33.62%。單礦物鐵、鈦含量均比能譜微區(qū)分析結(jié)果略低，可能因鈦鐵礦表面凹坑中含泥和含其他礦物包裹體引起。

第二種鈦鐵礦呈定向片晶存在于釩鈦磁鐵礦中，為固溶體分離的產(chǎn)物。在切面中呈菱形、平行四邊形、三角形等顯微網(wǎng)格狀構(gòu)造。格帶寬度不一，一般為0.003 mm 左右（圖1d）。礦物含量?jī)H為0.33%。掃描電鏡能譜分析其平均化學(xué)成分為：TiO250.13%，F(xiàn)e 31.50%，Al2O36.29%，SiO21.42%，MnO 1.22%， MgO 0.16%，P2O50.29%，ZnO 0.12%，其組成接近原生鈦鐵礦成分。

（2）釩鈦磁鐵礦

釩鈦磁鐵礦為次要回收礦物，主要呈不規(guī)則粒狀與鈦鐵礦與其他脈石礦物連生分布。部分釩鈦磁鐵礦發(fā)生了不同程度的固溶體分離現(xiàn)象，密集的葉片狀、細(xì)紋狀鈦鐵礦片晶包含其中，呈網(wǎng)格狀定向分布（圖1e）。釩鈦磁鐵礦化學(xué)成分掃描電鏡能譜分析結(jié)果顯示其平均含TiO217.11%，F(xiàn)e 60.17%，V2O50.90%， Al2O33.71%，MnO 0.50%，MgO 0.23%，SiO20.20%。釩鈦磁鐵礦單礦物分析結(jié)果為： TiO217.26%， Fe 58.76%。

（3）白鈦石

白鈦石并非固定化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)的礦物，而是一種氧化蝕變產(chǎn)物，由鈦鐵礦、榍石、金紅石、銳鈦礦、板鈦礦等鐵鈦氧化物組成的多相微粒集合體。白鈦石顏色變化較大，呈灰黑色、灰色、褐黃色、白色等，質(zhì)地較松散，成分不均勻。礦石中白鈦石主要交代鈦鐵礦，形成白鈦石微粒集合體或與殘余鈦鐵礦連生（圖1f）。

白鈦石化學(xué)成分能譜分析結(jié)果顯示其化學(xué)成分較復(fù)雜，并變化較大，除含鈦、鐵之外，含較高硅、鋁、磷等雜質(zhì)，白鈦石平均化學(xué)成分：TiO263.52%，F(xiàn)e 16.24%， Al2O38.15%，SiO25.16%，MnO 0.47%，P2O51.89%。

2.3 目的礦物的嵌布粒度

礦石中目的礦物鈦鐵礦、白鈦石和釩鈦磁鐵礦的嵌布粒度累計(jì)曲線見圖2。

圖2 目的礦物的嵌布粒度累計(jì)曲線Fig. 2 Cumulative curve of disseminated grain size of the target minerals

目的礦物嵌布粒度累計(jì)曲線分布表明，釩鈦磁鐵礦與鈦鐵礦粒度分布類似，二者的粒度較均勻，主要粒度范圍在0.02 ～ 0.32 mm。白鈦石的粒度分布不均，主要呈微細(xì)粒，-0.02 mm 53%。

2.4 主要元素在礦石中的賦存狀態(tài)

根據(jù)原礦礦物定量和各單礦物的TiO2與鐵含量，作出鈦和鐵在各主要礦物中的平衡分布結(jié)果見表3。

表3 鈦和鐵在各礦物中的分布Table 3 Distribution of titanium and iron in minerals

從表3 可知，鈦鐵礦為主要的鈦礦物，其鈦分布率占原礦總鈦48%左右，其次為白鈦石，其鈦占原礦總鈦量的15%左右，而賦存于釩鈦磁鐵礦中的鈦占原礦總鈦4%。存在于礦泥以及其他脈石礦物中的鈦占原礦總鈦量的29%左右。上述結(jié)果表明，礦石中鈦的分散較嚴(yán)重，從原礦中采用物理選礦分選鈦，理論回收率48%左右。

原礦中鐵主要賦存于粘土和顆粒狀褐鐵礦中，分別占原礦總鐵量的60%和19%左右。而釩鈦磁鐵礦中鐵僅占原礦總鐵量的4%左右，鈦鐵礦中鐵占僅原礦總鐵量8%左右。以上結(jié)果表明，從原礦中回收鐵，理論回收率僅為4%左右。

2.5 目的礦物的解離度

顯微鏡下測(cè)定原礦篩水析產(chǎn)品各粒級(jí)鈦鐵礦的解離度，結(jié)果見表4。

表4 原礦篩水析產(chǎn)品的解離度結(jié)果Table 4 Dissociation degree of screening elutriation products of the raw ore

從表4 可知，鈦鐵礦在-0.2 mm 獲得良好的解離，解離度達(dá)93%以上。鈦主要分布在+0.03 mm粒級(jí)中，鈦金屬分布率占 72.16%。細(xì)粒級(jí)-0.02 mm部分礦物占 67%左右，但TiO2含量較低，為2%左右。通過顯微鏡觀察-0.02 mm 粒級(jí)可知，細(xì)粒級(jí)中鈦鐵礦含量少，基本由粘土泥組成。

2.6 選礦工藝影響因素分析

本礦石經(jīng)歷強(qiáng)烈風(fēng)化蝕變作用，屬殘坡積礦。礦石中主要脈石礦物為大量的粘土類和褐鐵礦等風(fēng)化蝕變產(chǎn)物，以及少量殘余的蝕變長(zhǎng)石、橄欖石、輝石、石英、綠簾石等。本礦石含泥量大，含量近80%。多數(shù)鈦鐵礦、白鈦石等目的礦物的表面被粘土包裹或其凹坑處被粘土質(zhì)礦物充填，導(dǎo)致目的礦物與脈石粘結(jié)在一起，因此必須采取強(qiáng)力擦洗脫泥才能有利于后續(xù)礦物之間分選。

篩水析產(chǎn)品解離度分析結(jié)果顯示，-0.02 mm微細(xì)粒級(jí)鈦鐵礦含量極少，基本由粘土泥組成，且鈦品位低，粒級(jí)產(chǎn)率高，鈦鐵礦完全解離度，因此，選礦可采取預(yù)先脫泥工藝，脫除細(xì)度為-0.02 mm、產(chǎn)率約為67%的粘土，再磨礦后分選鈦和鐵，從而達(dá)到預(yù)先拋廢，簡(jiǎn)化流程結(jié)構(gòu)，提高礦石處理量和入選品位的顯著效果。

選別鈦鐵礦砂礦的傳統(tǒng)工藝流程主要為：重選-磁選聯(lián)合流程。首先，利用鈦鐵礦等目的礦物與其他脈石礦物有較大的密度差，預(yù)先富集拋掉大量低密度尾礦，獲得含鈦鐵礦、釩鈦磁鐵礦等有用礦物的混合粗精礦產(chǎn)品。鈦鐵礦和釩鈦磁鐵礦存在一定程度的磁性差異，釩鈦磁鐵礦屬于強(qiáng)磁性礦物，其磁性與磁鐵礦相當(dāng)，采用較低磁場(chǎng)即可富集回收，而鈦鐵礦磁性相對(duì)釩鈦磁鐵礦要弱，二者在低磁場(chǎng)下即可有效分離。鈦鐵礦粗精礦經(jīng)強(qiáng)磁選后品位可以大幅度提高，最后再經(jīng)搖床深度精選即可得到最終鈦精礦[9]。

該原礦砂中 TiO2品位 4.5%，含泥量大，多為粘土礦物，被粘結(jié)的細(xì)粒鈦鐵礦、白鈦石和釩鈦磁鐵礦與脈石集合體會(huì)因密度變小在重選環(huán)節(jié)造成鈦流失。此外，-0.02 mm 細(xì)粒級(jí)鈦品位低，重選回收困難，預(yù)先脫除，可提高入選品位。因此，根據(jù)礦石特點(diǎn)及工藝礦物學(xué)研究結(jié)果，該礦石選礦試驗(yàn)可采用“擦洗脫泥-重選-磁選”聯(lián)合流程。確定脫泥粒度為0.02 mm，在重選前應(yīng)采用強(qiáng)力攪拌脫泥以消除“粘結(jié)效應(yīng)”，繼而采用重選預(yù)先拋尾后再磁選，之后利用強(qiáng)磁選、搖床精選等手段進(jìn)一步提高精礦品位。

3 結(jié) 論

（1）該粘土型鈦礦屬殘坡積礦，原礦TiO2品位4.5%。主要含鈦礦物是鈦鐵礦、白鈦石和釩鈦磁鐵礦，礦物總含量6.17%，是該礦重點(diǎn)回收的礦物。礦石含泥量大，主要為粘土類礦物，含量近80%。礦石中的鉭、鈮可綜合回收，是下一步研究應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)。

（2）鈦鐵礦多為單體，部分氧化蝕變?yōu)榘租伿?，被粘土礦物包裹或與其連生。釩鈦磁鐵礦為次要回收礦物，其中包含部分呈固溶體分離的鈦鐵礦片晶。

（3）礦石中鈦分散較嚴(yán)重，采用物理選礦分選鈦的理論回收率為48%左右，鐵的理論回收率僅為4%左右。

（4）結(jié)合礦石特點(diǎn)與工藝礦物學(xué)研究結(jié)果，該礦石選礦試驗(yàn)可采用“擦洗脫泥-重選-磁選”聯(lián)合流程。確定脫泥粒度為0.02 mm，在重選前應(yīng)采用強(qiáng)力攪拌脫泥以消除“粘結(jié)效應(yīng)”，繼而采用重選預(yù)先拋尾后再磁選，之后利用強(qiáng)磁選、搖床精選等手段進(jìn)一步提高精礦品位。