某含鈦礦石中鈦的賦存狀態(tài)研究

王越，王婧

（中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局金屬礦產(chǎn)資源綜合利用技術(shù)研究中心，四川 成都 610041）

鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、耐蝕性好、導(dǎo)熱率低、無(wú)毒無(wú)磁、可焊接、生物相容性好、表面可裝飾性強(qiáng)等特性，廣泛應(yīng)用于航空、航天、化工、石油、電力、醫(yī)療、建筑、體育用品等領(lǐng)域[1-3]。目前，隨著鈦元素應(yīng)用的日益廣泛和礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)難度的增大，工藝礦物學(xué)在礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中的作用日益顯著。通過(guò)工藝礦物學(xué)研究，掌握礦石性質(zhì)及有價(jià)元素的賦存狀態(tài)，查明影響選冶指標(biāo)的礦物學(xué)因素，可為礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)和選冶工藝指標(biāo)優(yōu)化提供重要的參考依據(jù)[4-6]。

1 礦石的物質(zhì)組成

礦石物質(zhì)組成是礦石性質(zhì)研究的基礎(chǔ)，通過(guò)化學(xué)多元素分析作為礦石的定量依據(jù)，確定礦石的基本性質(zhì)。最后通過(guò)光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡及MLA確定礦石中的主要礦物及含量。

1.1 化學(xué)組成

礦石的化學(xué)多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 原礦化學(xué)多元素分析/%Table 1 Chemical analysis results of the ore

通過(guò)表1可知,礦石中TFe品位為11.36%，沒(méi)有達(dá)到鐵礦石的最低邊界品位；TiO2品位為2.27%；礦石中SiO2、Al2O3、CaO、MgO的含量總計(jì)高達(dá)77.633%，說(shuō)明礦石中鋁硅酸鹽類礦物含量非常高，礦石是含鐵鈦的鋁硅酸鹽礦石；化學(xué)分析檢測(cè)出礦石中銅、鋅等含量很低，沒(méi)有檢測(cè)出鈮、鉭等其他可供綜合利用的有價(jià)元素；礦石中硫、磷元素含量很低，對(duì)礦石性質(zhì)影響較小[7]。

1.2 礦物組成

經(jīng)鏡下鑒定、X射線衍射分析、掃描電鏡分析和AMICS（礦物自動(dòng)分析儀）測(cè)定結(jié)果表明，礦石中的金屬礦物以鐵、鈦金屬礦物為主，主要的含鈦金屬礦物為鈦鐵礦、金紅石、榍石及微量的鈦磁鐵礦，含量分別為1.86%、0.13%、0.47%及0.09%，鐵礦物為磁鐵礦（或含少量的赤鐵礦、褐鐵礦等），含量約9.15%，以及微量的鈦磁鐵礦、黃鐵礦等；脈石礦物以鈦鐵閃石、斜長(zhǎng)石、綠簾石及綠泥石為主，總量達(dá)82.62%，除此之外還有微量的角閃石、云母、石英、磷灰石等，含量很低（表2）。

表2 礦石中礦物組成及含量/%Table 2 Mineral composition and content of the ore

2 主要礦物的礦物學(xué)特征

通過(guò)礦物種類和含量分析，原礦中主要可回收利用的鐵礦物為磁鐵礦及微量的赤鐵礦，二者含量總計(jì)達(dá)36%左右。脈石礦物石英、白云母、綠泥石為主，還有微量的鉀長(zhǎng)石、普通輝石、方解石、橄欖石等。通過(guò)對(duì)礦石進(jìn)行光學(xué)顯微鏡鑒定、掃描電鏡分析、MLA分析、電子探針?lè)治鲆约傲６冉y(tǒng)計(jì)，從而查明主要礦物產(chǎn)出形式。

2.1 鈦鐵礦

該礦石中鈦鐵礦是主要的含鈦金屬礦物，含量達(dá)總礦物的1.86%，常呈半自形、他形晶粒狀結(jié)構(gòu)，與金紅石、榍石緊密共生，呈交代殘余結(jié)構(gòu)，粒徑常介于50～500 μm之間。對(duì)鈦鐵礦進(jìn)行電子探針微區(qū)分析得知，鈦鐵礦中平均含TiO248.16%，平均含F(xiàn)eO 44.14%，此外還有微量的鎂、鈣、錳等雜質(zhì)（見(jiàn)表3）。對(duì)鈦鐵礦與磁鐵礦的連生體進(jìn)行能譜微區(qū)面成分掃描（圖1、2），發(fā)現(xiàn)鈦鐵礦與磁鐵礦常緊密連生賦存于斜長(zhǎng)石、鈦鐵閃石等脈石礦物中，且鈦鐵礦常呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，被榍石和金紅石交代，這三者緊密共生。

表3 鈦鐵礦電子探針微區(qū)分析元素含量/%Table 3 Element composition and content of the ilmenite by EPMA

圖1 鈦鐵礦的嵌布特征Fig.1 Embedded characteristics of ilmenite

2.2 磁鐵礦（含少量赤鐵礦）

該礦石中磁鐵礦為最主要的鐵礦物，含量達(dá)9.15%，常呈自形、半自形晶粒狀與鈦鐵礦連生，常呈晶粒狀、條帶狀、脈狀、碎裂狀等構(gòu)造，晶體粒徑較大，一般介于200～500 μm之間，最小可達(dá)50 μm。除磁鐵礦之外，礦石中偶見(jiàn)少量的沒(méi)有與鈦鐵礦連生的赤鐵礦晶體賦存于脈石礦物中（圖3），粒徑一般小于100 μm，由于其含量低、對(duì)礦石性質(zhì)影響較小，且在背散射圖中不便與磁鐵礦區(qū)分，在此次礦石性質(zhì)研究中與磁鐵礦一并研究。對(duì)磁鐵礦和赤鐵礦進(jìn)行電子探針微區(qū)分析得知，其中FeO平均含量為91.71%，TiO2平均含量為0.39%，此外還有微量鈣、鎂、硅等雜質(zhì)（表4）。

表4 磁鐵礦電子探針微區(qū)分析元素含量/%Table 4 Element composition and content of the magnetite by EPMA

圖3 磁鐵礦的嵌布特征Fig.3 Embedded characteristics of magnetite

圖2 含鈦礦物的X射線面掃描Fig.2 X-Ray surface-scanning pattern of titanium-bearing minerals

2.3 金紅石

礦石中金紅石含量很少，僅占礦物總量的0.13%，且常與榍石、鈦鐵礦共生，粒徑較小一般介于30～60 μm之間，最大者不超過(guò)100 μm，根據(jù)其賦存狀態(tài)推測(cè)該礦石中金紅石與榍石由鈦鐵礦蝕變形成，構(gòu)成了交代殘余結(jié)構(gòu)，沒(méi)有獨(dú)立的金紅石晶體賦存于脈石礦物中（圖4）。對(duì)金紅石進(jìn)行電子探針微區(qū)分析得知，金紅石中TiO2平均含量為97.72%，此外還有1.02%的CaO、0.81%的FeO以及0.38%的SiO2等雜質(zhì)。

圖4 金紅石的嵌布特征Fig.4 Embedded characteristics of rutile

2.4 榍石

礦石中的榍石是含鈦的脈石礦物之一，含量為0.47%，與金紅石、鈦鐵礦緊密共生，常呈他形結(jié)構(gòu)，是鈦鐵礦的交代殘余產(chǎn)物，沒(méi)有獨(dú)立的榍石晶體，粒徑較小，一般在-100 μm。一般都賦存在鈦鐵礦晶體內(nèi)。對(duì)榍石進(jìn)行電子探針微區(qū)分析得知，榍石中平均含有37.79%的TiO2。

2.5 鈦鐵閃石

礦石中鈦鐵閃石是最主要的含鈦脈石礦物，礦物含量高達(dá)38.68%，常呈自形、半自形晶，晶型較大，粒徑常介于+500 μm，大者可達(dá)幾毫米（圖5），是礦石中最主要的脈石礦物。對(duì)鈦鐵閃石進(jìn)行電子探針微區(qū)分析得知，鈦鐵閃石中TiO2平均含量為2.59%，此外還有9.98%的CaO、13.93%的FeO以及13.14%的MgO等（表5）。

表5 鈦鐵閃石的電子探針微區(qū)分析元素含量/%Table 5 Element composition and content of the kaersutite by EPMA

圖5 鈦鐵閃石的嵌布特征Fig.5 Embedded characteristics of kaersutite

2.6 其他礦物

除了上述幾種主要礦物外，礦石中還有斜長(zhǎng)石、綠簾石、綠泥石及微量的石英、磷灰石、云母、黏土礦物等，含鈦、含鐵量很低，對(duì)礦石性質(zhì)影響較小。

3 有用礦物的粒度和單體解離度

運(yùn)用AMICS圖像分析儀對(duì)不同粒級(jí)的原礦樣品進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)原礦中的各礦物工藝粒度具有不同的特性。礦石中最重要的三種含鈦礦物金紅石、鈦鐵礦和榍石在破磨至-0.25 mm后，粒徑有較大區(qū)別，相對(duì)而言，鈦鐵礦粒徑最大，主要集中在-210+75 μm之間，其次為金紅石，粒徑主要集中于-63+27 μm之間，最后為榍石，粒徑主要集中于-32+11.4 μm之間。對(duì)不同篩級(jí)中的主要礦物進(jìn)行單體解離度測(cè)定，得知隨著粒徑變小，單體解離度都穩(wěn)步提高，在同一粒級(jí)內(nèi)，鈦鐵閃石、斜長(zhǎng)石、綠泥石、綠簾石等脈石礦物的單體解離度明顯高于鈦鐵礦、金紅石、榍石等含鈦金屬礦物。其中金紅石的單體解離度最低，與其粒度最微細(xì)直接相關(guān)，鈦鐵礦與榍石的單體解離度基本一致（表6）。

表6 原礦中主要礦物的單體解離度/%Table 6 Monomer dissociation of main minerals in the ore

4 鈦的賦存狀態(tài)及分布規(guī)律

本次研究的某含鈦原生礦礦石主要為含鐵、鈦的鋁硅酸鹽礦石，最主要的含鈦金屬礦物為鈦鐵礦、榍石、金紅石，含鈦脈石礦物有鈦鐵閃石。通過(guò)化學(xué)分析，鈦、鐵物相分析、電子探針、掃描電鏡、AMICS礦物自動(dòng)分析系統(tǒng)測(cè)試研究，確定了礦石鈦的賦存狀態(tài)及分布規(guī)律。

礦石中的TiO2品位為2.270%，鈦主要賦存于鈦鐵礦及鈦鐵閃石中，分布率分別為40.02%和44.75%，占總分布率的84.79%；其次主要分布在榍石、金紅石和磁鐵礦（赤鐵礦）中，分布率分別為7.93%、5.67%和1.59%（表7）。該礦石中金紅石的礦物含量?jī)H為0.13%，鈦鐵礦含量?jī)H為1.86%，沒(méi)有達(dá)到《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊(cè)》中原礦金紅石邊界品位需達(dá)1%以上、鈦鐵礦邊界品位需達(dá)10%以上的要求。

表7 礦石中鈦的金屬量平衡Table 7 Metal mass balance of titanium content in the ore

5 結(jié) 論

(1) 礦石中SiO2、Al2O3、CaO、MgO 的含量總計(jì)高達(dá)77.633%，礦石中鋁硅酸鹽類礦物含量非常高，主要有價(jià)元素為鐵和鈦，TFe品位為11.36%，TiO2品位為2.27%，其他有價(jià)元素含量很低，礦石中硫、磷元素含量很低，對(duì)礦石性質(zhì)影響較小。

(2) 礦石中主要的含鈦金屬礦物為鈦鐵礦、金紅石，含量分別為1.86%、0.13%，鐵礦物為磁鐵礦（含少量的赤鐵礦、褐鐵礦等），含量約9.15%，以及微量的鈦磁鐵礦、黃鐵礦等；脈石礦物以鈦鐵閃石、斜長(zhǎng)石、綠簾石、榍石及綠泥石為主，總量達(dá)82.62%，除此之外還有微量的角閃石、云母、石英、磷灰石等，含量很低，對(duì)礦石性質(zhì)影響較小。

(3) 礦石中最重要的三種含鈦礦物金紅石、鈦鐵礦和榍石在破磨至-0.25 mm后，粒徑有較大區(qū)別，相對(duì)而言，鈦鐵礦粒徑最大，主要集中在-210+75 μm之間，其次為金紅石，粒徑主要集中于-63+27 μm之間，最后為榍石，粒徑主要集中于-32+11.4 μm 之間。

(4)礦石中TiO2品位為2.270%，金紅石的礦物含量?jī)H為0.13%，鈦主要賦存于鈦鐵礦及鈦鐵閃石中，分布率分別為40.02%和44.75%，占總分布率的84.79%，其次主要分布在榍石和磁鐵礦（赤鐵礦）中，分布率分別為7.93%和1.59%，金紅石中TiO2分布率僅為5.67%。由于礦石中金紅石含量低，多與榍石、鈦鐵礦等連生，粒度微細(xì)，經(jīng)電子探針?lè)治龅弥鸺t石中含有鈣、鐵、硅等雜質(zhì)元素，這些因素會(huì)直接影響精礦的品位及回收率，采用階磨階選流程及重選、磁選及浮選的聯(lián)合工藝，可有效回收礦石中的有用礦物。