云南富寧縣良子老寨鈦鐵礦工藝礦物學(xué)研究

張俊花 ，楊社平，樂智廣

(自然資源部三江成礦作用及資源勘查利用重點實驗室，云南 昆明 650218)

我國鈦鐵礦資源豐富，資源儲量占全球30%左右，主要集中分布于廣東、廣西及云南地區(qū)。云南鈦鐵礦多屬半風(fēng)化-風(fēng)化礦床，易開采，易破碎，但選礦精礦品位較低，精礦中TiO2含量一般在42%～46%，不利于冶煉，選礦工藝相對復(fù)雜[5]。

云南省鈦鐵礦主要分布在昆明市祿勸縣、富民縣、尋甸縣及楚雄州武定縣，文山州富寧縣等地[4]。富寧縣鈦鐵礦多出露地表，品位相對較高、易采選，具備良好的開發(fā)利用前景。

富寧良子老寨礦床位于云南富寧縣里達(dá)鄉(xiāng)-板侖鄉(xiāng)一帶，礦區(qū)范圍地理坐標(biāo)：東經(jīng)105°38′15″～105°42′00″，北緯23°51′30″～23°52′39″[6]。礦床類型屬輝綠巖風(fēng)化型鈦鐵砂礦。本文主要對富寧良子老寨鈦鐵礦進(jìn)行工藝礦物學(xué)方面的研究，為選礦工藝流程的選擇和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 礦石化學(xué)成分

礦區(qū)現(xiàn)場采取12件探槽樣品，平均組合為研究綜合樣(以下稱原礦)，可代表礦區(qū)礦石性質(zhì)，以粉砂礦為主，塊礦很少且松散易碎，先曬干，后破碎加工成-2mm綜合試驗樣，化學(xué)多元素分析見表1。平均入選品位TiO23.88ω%、TFe15.50ω%、mFe 0.41ω%，含P 0.19%、S 0.01%、As 26.2×10-6，鈦為選礦回收的目的元素；TFe含量雖較高，但可選mFe含量很低，可做伴生元素回收。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果/ω%Tab 1.Raw Ore Chemical Analysis

2 礦物組成及其相對含量

礦石為全風(fēng)化型，完全風(fēng)化呈砂土狀，主要結(jié)構(gòu)為它形粒狀、顯微鱗片狀結(jié)構(gòu)。鈦鐵礦含量4.5ω%，主要脈石礦物為高嶺石、石英、水-絹云母、綠泥石等；鈦磁鐵礦含量1.1ω%，由于含量少，僅具備伴生回收價值。含量分析結(jié)果見表2。

表2 礦石礦物組成及其相對含量分析結(jié)果(ω%)Tab 2.Chemical Analysis of Mineral Composition

3 礦石主要礦物嵌布特征

礦石主要由鈦鐵礦、鈦磁鐵礦、高嶺石、褐鐵礦、綠泥石、絹云母、石英等組成。對選礦指標(biāo)影響較大的礦物為鈦鐵礦、鈦磁鐵礦、銳鈦礦和褐鐵礦、高嶺石、石英。

鈦鐵礦：分子式FeTiO3，含量約4.5ω%。黑色，不透明，半金屬光澤。鏡下觀察，多呈它形粒狀、個別呈半自形粒狀，部分與脈石礦物連生，少數(shù)與鈦磁鐵礦連生。圖1a、1b。鈦鐵礦嵌布粒度主要在0.03mm～0.13mm之間，微細(xì)粒級者占16.4%(<0.032mm)，細(xì)粒級者占31.2%(0.032 mm～0.064mm)，中粒級者占47.9%(0.064 mm～0.128 mm)，粗粒級者占4.5%(>0.128 mm)，大部分屬中粒-細(xì)粒級嵌布(圖1)。基于鈦鐵礦的粒度，選礦推薦的原則流程為弱磁選除鐵-高梯度強(qiáng)磁選拋尾-搖床精選。

圖1 鈦鐵礦嵌布粒度圖Fig 1.Grain Size Distribution of IlmeniteMicroscopic

經(jīng)掃描電鏡能譜分析，鈦鐵礦成分接近理論值，成分比較純、沒有其它元素混入，且可見與鈦磁鐵礦連生。詳見圖2和表3結(jié)果。

表3 鈦鐵礦及其連生的鈦磁鐵礦的能譜分析結(jié)果(ω%)Tab 3 Energy Spectrum Analysis of Ilmenite and Associated Ti Magnetite

圖2 鈦鐵礦和鈦磁鐵礦背散射電子圖以及能譜圖Fig 2.Backscattered Electron Diagram and Energy Spectrumof Ilmenite and Ti Magnetite

鈦磁鐵礦：分子式(Fe，Ti)3O4，含量約1.1ω%。礦石中鐵元素的目的礦物，黑色，不透明，半金屬光澤。礦石中呈它形粒狀，受風(fēng)化作用影響，少數(shù)顆粒包含泥質(zhì)并與鈦鐵礦連生，不均勻分布。鈦磁鐵礦嵌布粒度主要在0.01mm～0.1mm，屬細(xì)粒級嵌布。圖3、3c。經(jīng)掃描電鏡能譜分析，樣品中鈦磁鐵礦普遍含鈦，含鈦量約10ω%，屬于類質(zhì)同象的形式，無法通過選礦的方法去除。詳見圖3和表4結(jié)果。

表4 鈦磁鐵礦能譜分析結(jié)果(ω%)Tab 4.Energy Spectrum Analysis of Ti Magnetite

圖3 鈦磁鐵礦背散射電子圖和能譜圖Fig 3.Backscattered Electron Diagram and Energy Spectrum of Ti Magnetite

銳鈦礦：分子式TiO2，含量約1.5ω%。褐色，半透明，玻璃-金剛光澤。礦石中以隱晶質(zhì)狀為主，個別呈它形粒狀，不均勻分布，多與脈石礦物相連生。銳鈦礦嵌布粒度為≤0.004mm。見顯微照片3c、3d。

褐鐵礦：分子式FeOOH，含量約24.7ω%。紅褐色，不透明，土狀-半金屬光澤。礦石中呈隱晶質(zhì)狀、顯微鱗片狀，少數(shù)富含泥質(zhì)，少數(shù)集合體大致呈細(xì)網(wǎng)脈狀產(chǎn)出，集合體嵌布粒度0.004 mm～0.05mm。見顯微照片3e。

高嶺石：分子式Al4[Si4O10](OH)8，含量約47%。礦石中呈顯微鱗片狀，被鐵泥質(zhì)不均勻浸染，雜亂分布，嵌布粒度在0.004 mm～0.01mm之間。見顯微照片3f。

石英：分子式SiO2，含量約8.5%。無色，油脂光澤。在礦石中呈它形粒狀、少部分呈隱晶質(zhì)狀，粒徑大小不均勻，不均勻分布。嵌布粒度為0.004 mm～0.1mm。

4 鈦賦存狀態(tài)

原礦中含TiO23.88ω%，經(jīng)研究，目的元素鈦主要以獨(dú)立礦物的形式賦存在鈦鐵礦中，分配率60.38%，少部分以類質(zhì)同象的形式賦存在鈦磁鐵礦中，分配率3.98%；其余以吸附或微細(xì)粒包裹形式賦存在粘土礦物及脈石礦物中，分配率分別占21.00%、14.64%。表5。

表5 各礦物中鈦的分配率(%)Tab 5.Ti Distribution Ratio in Various Minerals

5 礦石性質(zhì)對鈦選礦的影響

據(jù)工藝礦物學(xué)研究結(jié)果，礦石中鈦鐵礦與脈石礦物高嶺石、褐鐵礦、石英、綠泥石、水-絹云母等比重差異較大(表6)，適合使用磁選-重選聯(lián)合工藝進(jìn)行分選。鈦鐵礦嵌布粒度主要在細(xì)粒范圍內(nèi)，大部分已單體解離，少部分鈦鐵礦嵌布粒度屬微細(xì)粒，與鈦磁鐵礦或脈石礦物連生。原礦中有1.1ω%鈦磁鐵礦，含量較少，對提高鈦品位和回收率影響不大，僅具伴生回收價值，由于其物理性質(zhì)與鈦鐵礦相近，在試驗過程中有負(fù)面影響且對最終鈦精礦品位有負(fù)面影響，所以選礦流程采用“弱磁除鐵-高梯度強(qiáng)磁拋尾-鈦粗精礦搖床精選”作為聯(lián)合選礦工藝流程，實現(xiàn)鈦鐵礦與脈石礦物之間的有效分離，選別后精礦指標(biāo)見表7。

表6 礦石礦物相應(yīng)比重數(shù)據(jù)表Tab 6 Ti Concentrate Analysis

表7 鈦精礦多元素分析結(jié)果(ω%)Table 7 Multielement analysis results of titanium concentrate/ω%

鈦精礦TiO250.16ω%，含TFe 35.74ω%、P 0.018ω%、CaO 0.42ω%、MgO 0.48ω%，據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(YS/T 351-2007)，鈦鐵礦精礦品質(zhì)TiO2≥46ω%即為商品精礦，該鈦精礦達(dá)到了商品精礦的質(zhì)量要求。

鈦精礦產(chǎn)品中金屬礦物以鈦鐵礦為主，含少量褐鐵礦、鈦磁鐵礦和黃銅礦，其中鈦鐵礦含量占95%，解離度97%左右，未解離者與鈦磁鐵礦、褐鐵礦、脈石礦物相連生，嵌布粒度在0.01 mm～0.1mm，屬微細(xì)粒級嵌布。褐鐵礦含量1%左右，脈石礦物成分為高嶺石、石英、水云母等，粒內(nèi)含微細(xì)粒金屬礦物包體或與金屬礦物連生。見顯微照片4a、4b、4c、4d。

6 結(jié)論

(1)富寧縣良子老寨鈦鐵礦原礦中TiO23.88ω%、TFe15.50ω%、mFe 0.41ω%，含CaO 0.46ω%、MgO 1.43ω%、SiO235.61ω%、Al2O322.38ω%、P 0.19ω%、S 0.01ω%、As 26.2×10-6，鈦是選礦回收的目的元素；TFe含量雖較高，可選mFe含量很低，大量的鐵以褐鐵礦的形式存在，鐵僅可做伴生元素回收；有害元素CaO、MgO、P、S、As較低，對選礦的影響較小。

(2)礦石中TiO2品位達(dá)到礦產(chǎn)資源工業(yè)利用邊界品位，具有工業(yè)利用價值，是選礦回收的目的元素，鈦元素主要賦存在鈦鐵礦中，通過回收鈦鐵礦即可有效富集礦石中的鈦；其中目的元素鈦60.38%以獨(dú)立礦物的形式賦存在鈦鐵礦中，其余主要以吸附或微細(xì)粒包裹形式賦存在粘土礦物及脈石礦物中，屬不可選或極難選鈦。

(3)鈦鐵礦嵌布粒度主要在細(xì)粒-中粒范圍，原始狀態(tài)下大部分已單體解離。少部分鈦鐵礦嵌布粒度屬微細(xì)粒，與鈦磁鐵礦或脈石礦物連生，因含量較少，對提高鈦品位和回收率影響不大。

(4)鈦磁鐵礦含量僅1.1ω%，其中鈦無利用價值，鐵可作為伴生元素回收。

(5)在詳細(xì)的工藝礦物學(xué)研究基礎(chǔ)上，選礦采用“弱磁除鐵-高梯度強(qiáng)磁拋尾-鈦粗精礦搖床精選”聯(lián)合流程，在最佳分選條件下，可獲得鈦精礦中TiO2品位50.16ω%，達(dá)到了商品精礦的質(zhì)量要求。

(6)該礦石為全風(fēng)化型鈦鐵礦，原礦磨礦后解離度較好、選礦工藝流程不復(fù)雜、鈦精礦TiO2品位較高，對于鈦鐵礦相對回收率好、達(dá)90%以上，符合商品鈦精礦的質(zhì)量要求，屬于較易選鈦鐵礦。