中國典型釩鈦磁鐵礦的工藝礦物學特征與礦石價值

于宏東， 王麗娜， 曲景奎， 齊 濤

(1. 中國科學院 過程工程研究所 濕法冶金清潔生產(chǎn)技術(shù)國家工程實驗室， 北京 100190； 2. 中國科學院 過程工程研究所 綠色過程與工程重點實驗室， 北京 100190)

中國釩鈦磁鐵礦資源主要分布在四川攀西、河北承德、陜西洋縣、廣東興寧、湖北鄖陽、新疆喀什和哈密，以及遼西朝陽等地區(qū)[1-3].釩鈦磁鐵礦作為釩、鈦、鐵等多金屬共伴生的礦產(chǎn)資源，是世界公認的緊缺資源，隨著該類特色資源的開采利用，品位高的釩鈦磁鐵礦日益減少，低品位表外礦和超貧釩鈦磁鐵礦已相繼得到開發(fā).本文對四川攀枝花、河北承德和遼寧朝陽等地釩鈦磁鐵礦工藝礦物學進行研究，為科學高效利用釩鈦磁鐵礦資源提供了基礎的礦物學資料和經(jīng)濟參考依據(jù).

1 釩鈦磁鐵礦的化學組成

攀枝花、承德和朝陽釩鈦磁鐵礦的化學組成特征見表1、表2和表3.

表1 礦石的化學成分分析(質(zhì)量分數(shù))Table 1 Chemical composition of the raw ores(mass fraction) %

表2 礦石中鐵的化學物相分析Table 2 Chemical phase analysis results of iron for the raw ore %

表3 礦石中鈦的化學物相分析Table 3 Chemical phase analysis results of titanium for the raw ore %

由表1可知，攀枝花、承德和朝陽釩鈦磁鐵礦中Fe的品位分別為27.11%，21.18%和11.28%；TiO2的品位分別為10.98%，4.53%和2.02%；V2O5的品位分別為0.22%，0.23%和0.055%.

由表2和表3可知，攀枝花、承德和朝陽礦中鐵的理論選礦回收率分別為48.91%，60.62%和10.19%，鈦的理論選礦回收率分別為74.01%，52.03%和78.51%.

2 釩鈦磁鐵礦的礦物組成

礦石中礦物相對含量的測量有重量法、目測法(包括光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡下的線段和面積測量)、計算法、統(tǒng)計法、紅外光譜、發(fā)光光譜、X射線衍射相分析，以及熱重分析等方法[4-6].本文采用計算和目測相結(jié)合的方法對釩鈦磁鐵礦中的礦物含量進行研究，其中計算法是以鐵和鈦元素的化學物相分析為基礎，經(jīng)過礦物化學成分測算獲得鐵和鈦金屬礦物的含量，其他礦物的含量由MLA(mineral liberation analyser)礦物自動測量系統(tǒng)通過礦物的相對面積和密度折算后獲得[7-8].

典型釩鈦磁鐵礦的礦物組成見表4.由表4可知，攀枝花、承德和朝陽釩鈦磁鐵礦中主要金屬礦物是鈦磁鐵礦和鈦鐵礦，它們的礦物相對含量有明顯差別：攀枝花礦中鈦磁鐵礦和鈦鐵礦的質(zhì)量分數(shù)(鐵精礦和鈦精礦的產(chǎn)率)分別為22.39%和15.92%，承德礦中分別為19.32%和4.46%，朝陽礦中分別為2.59%和3.07%.

表4 礦石中的礦物組成(質(zhì)量分數(shù))Table 4 Mineral composition of the raw ore(mass fraction) %

3 釩鈦磁鐵礦中主要金屬礦物的結(jié)構(gòu)及化學組成

3.1 鈦磁鐵礦

鈦磁鐵礦是以磁鐵礦為主晶、鈦鐵礦為客晶組成的復合礦物相，鈦磁鐵礦中偶爾可見鎂鋁尖晶石[9].鈦磁鐵礦中鈦鐵礦和尖晶石等礦物產(chǎn)出粒度細小(小于0.005 mm)，從磨礦的角度看，磁鐵礦與鈦鐵礦客晶之間難以單體解離，這是鐵和鈦之間難以選礦分離的根本原因.攀枝花、承德和朝陽礦中的鈦磁鐵礦集合體的礦物結(jié)構(gòu)見圖1～圖3所示.從圖中可知，攀枝花的鈦磁鐵礦中含有較多的鈦鐵礦客晶；承德的鈦磁鐵礦中鈦鐵礦客晶相對較少，偶爾可見鎂鋁尖晶石；朝陽釩鈦磁鐵礦中的鈦鐵礦客晶也比較多.客晶含量多意味著鈦磁鐵礦中鈦的含量變高，而鐵的含量變低.

不同礦產(chǎn)地鈦磁鐵礦的X射線譜見圖4，鈦磁鐵礦的基本化學組成(EDS)見表5.由圖4和表5可知，攀枝花、承德和朝陽礦中鈦磁鐵礦的成分比較復雜；因礦物形成條件及礦物結(jié)構(gòu)所限，不同礦產(chǎn)地鈦磁鐵礦這一礦物復合相中鐵的質(zhì)量分數(shù)都低于磁鐵礦的理論值(72.40%)，伴生的鈦和釩含量也有明顯差異.其中，承德的鈦磁鐵礦中含鐵量最高，其次是攀枝花的鈦磁鐵礦，而朝陽的鈦磁鐵礦中含鐵量最少.承德和攀枝花的鈦磁鐵礦中含釩量比較接近，而朝陽的鈦磁鐵礦中釩含量是攀枝花的兩倍以上.朝陽、攀枝花和承德的鈦磁鐵礦中鈦的含量依次降低.鈦磁鐵礦與磁鐵礦、磁黃鐵礦等礦物相似，都屬于強磁性礦物[10]，弱磁選時鈦磁鐵礦也容易得到選擇性富集和高效回收，但因不同的釩鈦磁鐵礦中鈦磁鐵礦的化學組成不同，選礦獲得的磁選精礦中鐵的品位及鈦、釩的品位有顯著的差別.

3.2 鈦鐵礦

釩鈦磁鐵礦中的鈦鐵礦主要有以下三種典型的嵌布特征：其一是粒狀結(jié)構(gòu)的鈦鐵礦，是礦石中鈦鐵礦的主要結(jié)構(gòu)類型；其二是具有長條狀結(jié)構(gòu)的鈦鐵礦，該類型的鈦鐵礦與鈦磁鐵礦共生較為密切，鈦鐵礦與鈦磁鐵礦之間實現(xiàn)單體解離需要較細的磨礦細度；其三是以片晶結(jié)構(gòu)分布在磁鐵礦基底中與尖晶石一起組成鈦磁鐵礦復合礦物相的鈦鐵礦， 其片晶寬度多數(shù)都小于0.005 mm， 磨礦作業(yè)時此部分鈦鐵礦無法與磁鐵礦之間實現(xiàn)充分單體解離，這是導致弱磁選鐵精礦中鈦含量高的根本原因.攀枝花、承德和朝陽釩鈦磁鐵礦中鈦鐵礦的典型特征見圖5.從中可以看出：攀枝花和

表5 攀枝花、承德和朝陽鈦磁鐵礦的基本化學組成(質(zhì)量分數(shù))Table 5 Basic chemical composition of Panzhihua, Chengde and Chaoyang titanomagnetite(mass fraction)%

承德礦中鈦鐵礦主要是以粒狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)出，少部分鈦鐵礦呈長條狀嵌布在鈦磁鐵礦中；而朝陽釩鈦磁鐵礦中的鈦鐵礦主要呈粒狀產(chǎn)出，且與鈦磁鐵礦常緊密共生.相比較而言，攀枝花礦中鈦鐵礦的礦物相對含量最高，其次是承德，而朝陽礦中的鈦鐵礦最少.呈粒狀產(chǎn)出的鈦鐵礦粒度主要都分布在0.03～0.3 mm之間.

不同礦產(chǎn)地中鈦鐵礦的X射線譜見圖6，鈦磁鐵礦的基本化學組成(EDS)見表6.結(jié)果表明，攀枝花鈦鐵礦中普遍含有Mg和Mn元素，而承德鈦鐵礦中除鐵和鈦外，其他金屬元素含量極少，朝陽鈦鐵礦中常常含有Mn.其中，攀枝花鈦鐵礦中各成分的質(zhì)量分數(shù)為：Ti 30.60%(TiO251.00%)，F(xiàn)e 33.02%，Mg 3.53%，Mn 0.69%，O 32.16%, TiO2質(zhì)量分數(shù)低于該礦物的理論值(TiO252.63%)；承德鈦鐵礦的成分與該礦物理論值一致；朝陽鈦鐵礦中各成分的質(zhì)量分數(shù)為：Ti 30.37%(TiO250.62%)，F(xiàn)e 36.36%，Mg 0.20%，Mn 0.69%，O 32.38%.

表6 鈦磁鐵礦的基本化學組成(質(zhì)量分數(shù))Table 6 Composition of ilmennite(mass fraction) %

4 鈦磁鐵礦和鈦鐵礦的粒度分布

不同礦產(chǎn)地釩鈦磁鐵礦中鈦磁鐵礦和鈦鐵礦的粒度分布如圖7所示：在+74 μm粒級中，攀枝花鈦磁鐵礦累積的質(zhì)量分數(shù)為58.93%，承德鈦磁鐵礦為81.49%，朝陽鈦磁鐵礦為86.11%；可見，攀枝花釩鈦磁鐵礦中鈦磁鐵礦的嵌布粒度相對比較細，而承德和朝陽釩鈦磁鐵礦中鈦磁鐵礦的嵌布粒度比較粗.在+74 μm粒級中，攀枝花鈦鐵礦累積的質(zhì)量分數(shù)為70.94%，承德鈦鐵礦為83.93%，朝陽鈦鐵礦為80.92%.

5 礦石的選礦指標與價值

不同礦產(chǎn)地釩鈦磁鐵礦中鐵、鈦、釩的理論選礦指標見表7.由表7可知，承德的釩鈦磁鐵礦更容易獲得品位高的鐵精礦，其次是攀枝花，而朝陽礦難以獲得高品位的鐵精礦；對比鐵精礦中V2O5的理論品位可知，朝陽鐵精礦釩的品位是攀枝花鐵精礦中釩的品位的2.23倍，是承德鐵精礦中釩品位的1.81倍，可見朝陽鐵精礦是提釩最好的礦物原料，其次是承德和攀枝花鐵精礦.此外，因不同礦產(chǎn)地中鈦鐵礦的化學組成所限，理論上承德的鈦精礦質(zhì)量相對較好，其次是朝陽和攀枝花的鈦精礦.

表7 攀枝花、承德和朝陽釩鈦磁鐵礦的理論選礦指標Table 7 Beneficiation index of vanadium-titanomagnetite from Panzhihua,Chengde and Chaoyang%

依據(jù)鐵精礦(含釩單獨計價)和鈦鐵礦精礦的現(xiàn)貨價格以及理論選礦指標對礦石的價值進行計算(見表8).鐵精礦現(xiàn)貨價格按62%干基鐵精礦價格629.33元/t折算為10.15元/(t·度)計算鐵的價格，鐵精礦中V2O5按14.73元/kg單獨計價(按高純V2O5為165元/kg，采用提取率50%和5.60的調(diào)整系數(shù)進行折價)；鈦精礦按TJK46價格1 225元/t折算為26.63元/(t·度)測算(參考2019年4月25日國內(nèi)鐵精礦、鈦精礦和高純V2O5的價格).由表8可知，攀枝花、承德和朝陽釩鈦磁鐵礦的礦石價值分別為381.44元/t，225.34元/t和63.93元/t；其中攀枝花礦石價值中鐵精礦的貢獻率為43.32%，鈦精礦的貢獻率為56.68%；承德礦石價值中鐵精礦的貢獻率為72.26%，鈦精礦的貢獻率為27.74%；朝陽礦石價值中鐵精礦的貢獻率為35.27%，鈦精礦的貢獻率為64.73%.

表8 攀枝花、承德和朝陽釩鈦磁鐵礦的礦石價值Table 8 Ore value of vanadium-itanomagnetite from Panzhihua,Chengde and Chaoyang

6 結(jié) 論

1) 攀枝花、承德和朝陽釩鈦磁鐵礦中鐵的品位分別為27.11%，21.18%和11.28%，其中磁性鐵品位分別為13.26%，12.84%和1.15%，TiO2的品位分別為10.98%，4.53%和2.02%，V2O5的品位分別為0.22%，0.23%和0.055%.

2) 釩鈦磁鐵礦中選礦目的礦物為鈦磁鐵礦和鈦鐵礦，不同的礦產(chǎn)地中這兩種礦物的含量和成分有顯著差別.理論上，承德礦容易獲得高品位的鐵精礦，而攀枝花和朝陽礦不能獲得高品位的鐵精礦；朝陽的鈦磁鐵礦中含釩量較高，且具有含鐵量低、含鈦量高的特點，與攀枝花和承德鐵精礦不同，是一種特殊的含釩鐵精礦.

3) 承德釩鈦磁鐵礦中鈦磁鐵礦和鈦鐵礦的嵌布粒度較粗，其次是朝陽礦和攀枝花礦，由工業(yè)礦物的嵌布粒度可知，承德礦易于選別，而朝陽礦和攀枝花礦次之.

4) 礦石的價值計算結(jié)果表明：攀枝花、承德和朝陽釩鈦磁鐵礦的礦石價值分別為381.44元/t，225.34元/t和63.93元/t.

5) 通過工藝礦物學研究和礦石價值的測算，可直接獲取礦產(chǎn)資源的理論選礦指標，對礦床技術(shù)經(jīng)濟評價具有一定的意義.