云南某鈦鐵礦的工藝礦物學(xué)研究

陸顯志 ，路沛瑤 ，陳英杰 ，丁湛 ，余攀 ，柏少軍 ,2

（1.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；2.復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650093）

鈦及鈦合金具有很多優(yōu)良性能（如高強(qiáng)度、抗腐蝕、耐高溫等）而廣泛用于航空航天、海洋開發(fā)、化工、醫(yī)療等多領(lǐng)域[1]。近年來(lái)，鈦制品工業(yè)的發(fā)展日益擴(kuò)大，充分回收利用鈦資源顯得更加緊迫[2-3]。中國(guó)是鈦鐵礦石儲(chǔ)量和鈦的生產(chǎn)大國(guó)，并位于世界前列。我國(guó)鈦礦床的礦石工業(yè)類型比較齊全，分為原生礦和次生礦，原生釩鈦磁鐵礦為我國(guó)的主要工業(yè)類型，主要分布在四川攀枝花和承德等地區(qū)[4-6]。鈦鐵礦占我國(guó)鈦資源總儲(chǔ)量的98%，其儲(chǔ)量達(dá)7.07×107t（以TiO2計(jì)），主要分布于海南、河北和云南，礦點(diǎn)多，分布分散；我國(guó)金紅石的儲(chǔ)量約占世界總儲(chǔ)量的20%，但品位低，產(chǎn)量很小，不易開采。

云南的鈦資源比較豐富，有鈦鐵礦砂礦、釩鈦磁鐵礦和鈦磁鐵礦。其中以鈦鐵礦砂礦為主，集中分布于彌勒、大理、騰沖、景洪等地區(qū)。本文以云南某鈦鐵礦砂礦為研究對(duì)象，原礦TiO2品位為5.65%，主要有用礦物鈦鐵礦的嵌布粒度不均，且分布比較分散，鈦主要賦存于鈦鐵礦砂礦中，也有部分賦存于釩鈦磁鐵礦中，其他鈦被脈石礦物包裹著，賦存在脈石礦中的鈦高達(dá)27.58%，屬低品位難選礦石[7]。

1 礦石性質(zhì)

1.1 原礦的主要化學(xué)成分

礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1，鈦的物相見(jiàn)表2。

表1 礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果/%Table 1 Main chemical analysis results of the run-of-mine ore

表2 鈦物相分析結(jié)果Table 2 Analysis results of Ti-distribution among mineralogical phase

由表1、2 可以看出，礦石中TiO2的賦存較為分散，以鈦鐵礦和釩鈦磁鐵礦形式存在的鈦占總鈦的72.42%，這即為選礦富集鈦礦物（TiO2）的理論回收率；11.03%的鈦賦存于鈦磁鐵礦中，以鈦磁鐵礦形式進(jìn)入鐵精礦中，而在后續(xù)高爐渣中，這部分鈦的回收比較困難。另外，占總鈦27.58%的鈦以含鈦硅酸鹽-榍石形式存在，這部分鈦在選礦中將隨脈石一起排入尾礦中。

1.2 礦石的礦物組成分析

表3 給出了原礦石的礦物組成結(jié)果。從表3可以看出，礦石中有用礦物為鈦鐵礦、磁鐵礦，含量分別為9.55%和1.32%，其次是少量的黃鐵礦。主要脈石礦物為斜長(zhǎng)石和鈦輝石，其中鈦輝石的含量達(dá)到34.85%。由于鈦輝石與鈦鐵礦具有類似的礦物表面性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)兩者的有效分離對(duì)提升鈦鐵礦精礦的品質(zhì)將十分關(guān)鍵。

表3 礦石的礦物組成Table 3 Mineral composition analysis results of the ore

2 礦石中主要礦物的嵌布特征及賦存狀態(tài)

2.1 金屬礦物

原礦主要金屬氧化礦物有鈦鐵礦、磁鐵礦及釩鈦磁鐵礦；主要金屬硫化礦物為黃鐵礦，次為黃銅礦。

2.1.1 鈦鐵礦

鈦鐵礦是礦石中主要的含鈦礦物，多與斜長(zhǎng)石、輝石構(gòu)成集合體。分子式為FeTiO3，黑色，不透明。在鏡下觀察，鈦鐵礦呈板片狀，他形粒狀及其集合體沿硅酸鹽礦物的顆粒間隙或孔隙充填呈星散狀嵌布，構(gòu)成浸染狀構(gòu)造，尚可見(jiàn)熔蝕穿切硅酸鹽礦物的現(xiàn)象(見(jiàn)圖1)，顯示鈦鐵礦形成時(shí)間晚于硅酸鹽礦物。

圖1 鈦鐵礦（Ilm）呈粒狀、板狀沿斜長(zhǎng)石（pl）、輝石（px）等礦物顆粒隙間分布Fig.1 Ilmenite distributed in granular and plate shape along the interstices of plagioclase and pyroxene.

礦樣中鈦鐵礦主要有以下幾種嵌布形式:其一，粗粒鈦鐵礦與黃鐵礦緊密共生，輝石多分布在鈦鐵礦與黃鐵礦形成的集合體邊緣，粒度一般為 0.02～0.30 mm;其二是呈固溶體分離結(jié)構(gòu)的微細(xì)粒鈦鐵礦多被輝石、斜長(zhǎng)石、榍石包裹，其粒度一般在-0.074 mm，這部分鈦鐵礦的單體解離困難，往往會(huì)損失在尾礦中。另外，根據(jù)礦樣粒度統(tǒng)計(jì)結(jié)果(見(jiàn)表4) 可知，鈦鐵礦、含鈦輝石與榍石主要以集合體形式存在。粗粒鈦鐵礦的粒度主要集中在0.02～0.30 mm，磨細(xì)礦工序則不利于礦樣中鈦鐵礦的回收。因此，應(yīng)盡量在粗粒狀態(tài)下回收鈦鐵礦。

表4 礦石中礦物成分和嵌布粒度分析Table 4 Mineral composition and dissemination size of the ore

2.1.2 黃鐵礦

礦樣中黃鐵礦（FeS2）呈淺黃色，具有高硬度，反射率高，均質(zhì)性。黃鐵礦呈半自形—他形微粒狀，多以不規(guī)則細(xì)脈狀產(chǎn)出，粒度在0.01～0.30 mm。黃鐵礦與輝石、鈦鐵礦、磁鐵礦緊密共生（見(jiàn)圖2）。由此可知，原礦中鈦鐵礦和磁鐵礦的富集過(guò)程中，黃鐵礦將易進(jìn)入鐵精礦和鈦精礦中而影響精礦的品質(zhì)。

圖2 黃鐵礦(Py)呈殘余狀分布于黑色孔洞中Fig.2 Pyrite distributed in blackporesin forms of residuals.

2.1.3 磁鐵礦

磁鐵礦（Fe3O4）是礦樣中的有用礦物之一，約占原礦礦物組分的0.78%，呈灰色深灰色，反光鏡下微帶棕色，呈半自形他形粒狀；多數(shù)磁鐵礦礦物為獨(dú)立礦物，部分磁鐵礦以集合體形式與鈦鐵礦共生，或局部交代鈦鐵礦。因此，采用磨礦-弱磁選即可回收這部分磁鐵礦。

2.1.4 黃銅礦

黃銅礦（CuFeS2）微量存在于原礦中，為銅黃色，以他形微粒狀，呈星點(diǎn)狀不均勻散布于礦石中，多被榍石包裹。由于其含量比較低，暫不考慮回收，若黃銅礦在鐵精礦和鈦精礦中富集將容易造成精礦硫含量超標(biāo)。

2.2 脈石礦物

礦樣中脈石礦物主要以斜長(zhǎng)石（NaAlSi3O8）為主，其次是輝石、黑云母、角閃石、螢石以及榍石、方解石和石英等。

2.2.1 斜長(zhǎng)石

原礦中含有大量斜長(zhǎng)石（NaAlSi3O8），斜長(zhǎng)石在表面產(chǎn)生細(xì)而且平行的條紋，部分斜長(zhǎng)石表面發(fā)生藍(lán)色和綠色的暈彩，這是由于它們的雙晶結(jié)構(gòu)引起（見(jiàn)圖3）。呈自形～半自形柱狀，正突起低，其相對(duì)折射率大于樹膠。正交下斜長(zhǎng)石呈雙晶、卡鈉雙晶發(fā)育，且雙晶結(jié)合面為（010）面，粒度在0.02～0.15 mm 之間。在（010）切面上，卡鈉雙晶測(cè)定消光角Np/∧（010）=17°和36°，礦物種為An=65%±的鈉長(zhǎng)石，其含量小于50%。

圖3 輝綠結(jié)構(gòu)由自形柱狀斜長(zhǎng)石（Pl）、輝石（Px）及鈦鐵礦（Ilm）組成Fig.3 Diabase structure composed of euhedral plagioclase,pyroxene andIlmenite.

2.2.2 含鈦輝石

原礦中含鈦輝石（Ca（Mg，F(xiàn)e2+，F(xiàn)e3+，Ti，Al）[Si，Al）]2O6）呈淡紫紅色，半自形～它形等軸粒狀、柱狀，正突起高，具一組完全解理。正交下最高二級(jí)紅干涉色，斜消光c∧Ng=40°，可見(jiàn)簡(jiǎn)單雙晶，少量邊緣有陽(yáng)起石化，其含量約占40%，呈灰綠色、玻璃光澤。礦石中它形粒狀含鈦輝石分布于長(zhǎng)石顆粒之間，粒度在0.02～0.30 mm 之間。經(jīng)單礦物化學(xué)分析，其中含TiO21.88%。這部分鈦是以類質(zhì)同像的形式存在，為目前選礦工藝不可選的含鈦礦物(見(jiàn)圖4)。

圖4 礦樣中含鈦輝石(px)，鈦鐵礦(Ilm)和斜長(zhǎng)石（pl）組成輝綠結(jié)構(gòu)Fig.4 Pyroxene,plagioclase and ilmenite constitute the diabase structure in raw sample

2.2.3 角閃石

角閃石是礦石中的主要脈石礦物之一，呈不規(guī)則柱狀集合體，粒徑一般小于0.006 mm，部分角閃石發(fā)生了輕微至中等程度的綠泥石化。角閃石性狀為淡褐色，柱狀，具多色性，褐色～淡黃褐色，正突起高，具一組完全解理，正交下褐色異常干涉色，斜消光c∧Ng=18°。大顆粒內(nèi)常有不定量的殘余狀綠泥，含量＜3%。

2.2.4 黑云母

原礦中的黑云母呈褐色，片狀，多色性顯著。深褐色～淡褐色的黑云母正突起中，具一組極完全解理，正交下褐色異常干涉色，平行消光。黑云母呈不規(guī)則片狀，多分布在角閃石顆粒中或沿角閃石的解理縫分布，并交代角閃石，也可見(jiàn)部分黑云母包裹細(xì)粒榍石和鈦鐵礦，含量少。

3 原礦樣粒度篩析

原礦樣粒度篩析可以查明不同粒級(jí)中TiO2的含量和金屬分布率情況，它是選礦過(guò)程中控制磨礦細(xì)度的重要因素。原礦樣粒度篩析結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 原礦樣粒度篩析結(jié)果Table 5 Screen analysis results of the raw ore

原礦樣粒度篩析結(jié)果表明，鈦在各個(gè)粒級(jí)中分布不均勻，原礦有價(jià)金屬TiO2品位為5.65%，在+0.5 mm 粒級(jí)中，產(chǎn)率為12.54%，鈦金屬分布率僅有4.94%；在-0.019 mm 粒級(jí)的產(chǎn)率為4.1%，鈦金屬分布率只有0.74%；在-0.5+0 .074 mm 粒級(jí)中，鈦鐵礦有相對(duì)富集趨勢(shì)，其TiO2產(chǎn)率達(dá)68.08%，TiO2品位和Ti 金屬分布率相對(duì)集中。因此，預(yù)先脫除+0.5 mm 和-0.019 mm 部分有利于后續(xù)的選別工藝。

4 弱磁-強(qiáng)磁選探索性實(shí)驗(yàn)

原礦工藝礦物學(xué)研究表明，試樣中存在少部分強(qiáng)磁性鐵礦物，可以先進(jìn)行弱磁選以獲得鐵精礦。礦泥可以通過(guò)強(qiáng)磁選預(yù)先脫除并實(shí)現(xiàn)鈦鐵礦的富集。在磨礦細(xì)度為-0.074 mm 85%、弱磁場(chǎng)強(qiáng)度0.1 T、強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度1.0 T 的條件下進(jìn)行了弱磁-強(qiáng)磁選探索性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 數(shù)據(jù)表明，通過(guò)弱磁-強(qiáng)磁選探索性實(shí)驗(yàn)可以獲得鐵品位54.50%，回收率94.29%的鐵精礦。由于原礦中強(qiáng)磁性鐵礦物主要為釩鈦磁鐵礦，這是造成鐵精礦品位偏低的重要原因。鐵精礦的提質(zhì)需要進(jìn)一步優(yōu)化磨礦細(xì)度和弱磁分選條件。強(qiáng)磁選可以脫除大量的脈石礦物，精礦中TiO2品位提升到8.70%，回收率為85.51%。顯而易見(jiàn)，從強(qiáng)磁精礦中獲得合格的鈦精礦（TiO2≥47%）不僅需要優(yōu)化強(qiáng)磁分選工藝和條件，還需聯(lián)合其他分選方法、如重選、浮選等，開展詳細(xì)的深度精選實(shí)驗(yàn)。

表6 弱磁-強(qiáng)磁選探索性實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 Exploratory experimental results of low intensity-high intensity magnetic separation

5 結(jié) 論

（1）云南某鈦鐵礦原礦TiO2含量為5.62%，61.39%的鈦分布于鈦鐵礦中，11.03%的TiO2賦存于釩鈦磁鐵礦中。礦樣中榍石及硅酸鹽中鈦含量較高可達(dá)27.58%，該礦石屬低品位難選礦石。

（2）礦石中主要有用礦物是鈦鐵礦，含量低、分散程度高且多被脈石礦物榍石、斜長(zhǎng)石及輝石包裹著。因此，需要通過(guò)細(xì)磨才能使鈦鐵礦得到有效的回收。

（3）弱磁-強(qiáng)磁選可以有效地回收礦石中的強(qiáng)磁性礦物，并拋出大量的礦泥，實(shí)現(xiàn)鈦鐵礦的富集。其中鐵精礦品位54.50%，回收率為94.29%，強(qiáng)磁精礦中TiO2品位提升到8.70%，回收率為85.51%。合格鈦精礦（TiO2≥47%）的制備需要開展詳細(xì)的深度精選實(shí)驗(yàn)。