甘肃某含钪钛铁矿工艺矿物学研究.pdf

2 0 1 9 年第4 期有色金属 选矿部分 d o i 1 0 ．3 9 6 9 I ／j ．i s s n l 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 4 ．0 0 1 甘肃某含钪钛铁矿工艺矿物学研究 程仁举1 ’2 ⋯，刘飞燕1 ’2 ⋯，李成秀1 ’2 ⋯，刘星1 ’2 ’3 ，张俊辉1 ’2 ’3 1 ．中国地质科学院矿产综合利用研究所，成都 6 1 0 0 4 15 2 ．中国地质调查局金属矿产资源综合利用技术研究中心，成都6 1 0 0 4 1 ； 3 ．国土资源部钒钛磁铁矿综合利用重点实验室，成都 6 1 0 0 4 1 摘 要采用扫描电子显微镜、电子探针、x 射线衍射分析等技术手段，基本查明了甘肃某含钪钛铁矿的工艺矿物学性 质。结果表明，矿石中铁、钛矿物总量较低，为低硫低磷含钪低品位钛铁矿矿石；主要脉石矿物为角闪石、长石，其次为辉石， 伴生元素钪主要分布在角闪石中；矿石中磁铁矿和钛铁矿主要毗邻嵌布在脉石粒间或呈不规则粒状嵌布在脉石中，嵌布粒度 相对较粗，磁性相对较强；在主要脉石矿物中，角闪石伴生元素钪，粒度较粗，为电磁性硅酸盐矿物，长石呈它形粒状嵌布在暗 色硅酸盐矿物粒间或被其包裹，无磁性，不含钪。根据矿石的工艺矿物学特性，该矿石宜采用粗粒抛尾进行预处理，然后采用 磁选、重选等高效、低成本的工艺进行预富集，以减少后续作业的处理量，降低选矿成本。 关键词钛铁矿；磁铁矿；角闪石；长石；嵌布特征 中图分类号T D 9 1文献标志码A文章编号16 7 1 9 4 9 2 2 0 1 9 0 4 0 0 0 10 5 R e s e a r c ho nP r o c e s sM i n e r a l o g yo faS c a n d i u m b e a r i n gl l m e n i t ei nG a n s uP r o v i n c e C H E N G R e n j u l ’2 ～，l ，l UF e i y a n l ’2 ～，I ，IC h e n g x i u l l2 ～，L I UX i n 9 1 2 ～，Z H A N G J u n h u i l l 2 3 1 ．I n s t i t u t eo fM u l t i p u r p o s eU t i l i z a t i o no fM i n e r a lR e s o u r c e s ，C h i n e s eA c a d e m yo fG e o l o g i c a lS c i e n c e s ， C h e n g d u6 10 0 4 1 ，C h i n a ； 2 ．R e s e a r c hC e n t e ro fM u l t i p u r p o s eU t i l i z a t i o no fM e t a lM i n e r a lR e s o u r c e so fC h i n a G e o l o g i c a lS u r v e y ，C h e n g d u6 10 0 4 1 ，C h i n a ； 3 ．K e yL a b o r a t o r yo fM u l t i p u r p o s eU t i l i z a t i o no fV a n a d i u m t i t a n i u mM a g n e t i t eo fM i n i s t r y o f L a n da n dR e s o u r c e s ，C h e n g d u6 1 0 0 4 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o c e s sm i n e r a l o g i c a lp r o p e r t i e so fas c a n d i u m b e a r i n gi l m e n i t ei nG a n s uP r o v i n c eh a v e b e e nb a s i c a l l yi d e n t i f i e db ym e a n so fs c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y 。e l e c t r o np r o b ea n dX r a yd i f f r a c t i o n a n a l y s i s ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h et o t a la m o u n to fi r o na n dt i t a n i u mm i n e r a l si nt h eo r ei sr e l a t i v e l yl o w ， w h i c hi s s c a n d i u m b e a r i n gl o w g r a d ei l m e n i t e o r ew i t hl o ws u l f u ra n dp h o s p h o r u s ．T h em a i ng a n g u e m i n e r a l sa r ea m p h i b o l ea n df e l d s p a r ，f o l l o w e db yp y r o x e n e ，a n dt h ea s s o c i a t e de l e m e n ts c a n d i u mi sm a i n l y d i s t r i b u t e di na m p h i b o l e ．I nt h eo r e ，m a g n e t i t ea n di l m e n i t ea r em a i n l ya d j a c e n tt oa n de m b e d d e di ng a n g u e g r a i n so ri r r e g u l a r l ye m b e d d e di ng a n g u eg r a i n s ，w h i c ha r er e l a t i v e l y c o a r s ep a r t i c l es i z ea n dr e l a t i v e l y s t r o n gm a g n e t i s m ．A m o n gt h em a i ng a n g u em i n e r a l s ，a m p h i b o l ea s s o c i a t e dS ci sam a g n e t i cs i l i c a t em i n e r a l w i t hac o a r s eg r a i ns i z e ，f e l d s p a ri sd i s t r i b u t e di no re n c a p s u l a t e db yd a r ks i l i c a t em i n e r a l si ni t sg r a n u l a r f o r m ，w h i c hi sn o n m a g n e t i ca n dn o n S c ．A c c o r d i n gt ot h em i n e r a l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h eo r e ，t h eo r e s h o u l db ep r e t r e a t e db yc o a r s ep a r t i c l et a i l t o s s i n g ，a n dt h e np r e e n r i c h e db yh i g h e f f i c i e n c ya n dl o w c o s t p r o c e s s e ss u c ha sm a g n e t i cs e p a r a t i o na n dg r a v i t ys e p a r a t i o n ，S Oa st or e d u c et h eo r ep r o c e s s i n gc a p a c i t yo f s u b s e q u e n to p e r a t i o n sa n dr e d u c et h ec o s to fm i n e r a lp r o c e s s i n g ． K e yw o r d s i l m e n i t e ；m a g n e t i t e ；a m p h i b o l e ；f e l d s p a r ；d i s s e m i n a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s 钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、导热 率低、表面可装饰性强等特性，广泛应用于航空、航 天、化工、石油、电力、医疗等领域‘卜2 | 。钛铁矿选矿 工艺主要有磁选、电选、重选和浮选等，但随着资源 基金项目四川I 省应用基础计划项目资助 2 0 16 J Y 0 0 9 5 收稿日期2 0 1 9 - 0 1 14修回日期2 0 19 一0 2 2 0 作者简介程仁举 1 9 8 6 一 ．男，安徽宿州人．硕士，工程师，主要从事复杂难选矿产的综合利用研究工作。 万方数据 2 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第4 期 的深度开采，贫细杂逐渐成为矿物分选的特征之一， 单一分选工艺很难经济高效的获得合格的钛精矿产 品，因此，需对矿石进行详细的工艺矿物学研究，在 此基础上，采用联合工艺已成为钛铁矿开发利用的 主要方向[ 3 - 7 ] 。本研究借助多种工艺矿物学分析手 段，对甘肃某含钪钛铁矿进行了工艺矿物学研究，基 本查明了该矿石的化学成分、矿物组成及主要矿物 的赋存形式和嵌布特征，为制定合理的选矿工艺提 表1 T a b l e1 供了理论依据。 1 矿石的化学成分及矿物组成 1 ．1 矿石的化学成分 首先按照标准流程，制取了具有代表性的试验 样品，然后进行了矿石的化学成分分析和矿石主要 元素的物相分析。矿石的化学成分分析结果见表1 ， 铁和钛的化学物相分析结果分别见表2 和表3 。 原矿化学成分分析结果 C h e m i c a lc o m p o s i t i o no ft h er a wo r e ／％ 相别钛铁矿中T i 0 2钛磁铁矿中T i 0 2硅酸盐中T i 0 2其他T i O z合计 注该钛物相分析为化学选择性溶矿结果。 从表1 结果可知，该矿石的主要有用成分为F e 、 T i 和S c ，其T F e 含量为1 0 ．2 0 ％，T i 0 。含量为 4 ．5 5 ％，S c O 。含量为5 5 ．6g ／t 。属于低铁低钛含钪 矿石。矿石中S 含量为0 ．0 3 7 ％，P 含量为0 ．1 1 ％， 含量均较低。 由表2 和表3 结果可看出，矿石中可供回收利 用的铁主要为磁性铁，含量较低，仅占铁总量的 1 7 ．9 0 ％，属于低铁型矿石；钛主要赋存在钛铁矿和 硅酸盐脉石中，钛铁矿中T i O 。占总量的6 9 ．0 1 ％， 钛磁铁矿中T i 0 。占总量的3 ．5 2 ％，钛磁铁矿中的 钛在进行磁选时进人铁精矿，因此获得的铁精矿会 含有一定量的T i O 。综合化学成分特点，该矿石为 低硫低磷的含钪低品位钛铁矿。 1 ．2 矿石的矿物组成 原矿样在镜下研究测定的同时，采用了电镜分 析、X 射线衍射分析等手段以确定样品中各矿物种 类。在此基础上，磨制砂光片进行了定量测试。矿 石中主要矿物含量见表4 。 表4矿石的矿物含量 T a b l e4M i n e r a lc o m p o s i t i o no ft h er a wo r e ／％ 从表4 中可以看出，矿石中主要工业铁矿物为 磁铁矿、微量褐铁矿和赤铁矿，含量2 ．8 1 ％；主要钛 工业矿物为钛铁矿、微量榍石和金红石，钛矿物含量 万方数据 2 0 1 9 年第4 期程仁举等甘肃某含钪钛铁矿工艺矿物学研究 3 6 ．8 4 ％。主要脉石矿物为角闪石、长石，其次为辉 石。为后续研究钪的赋存特性，将脉石矿物按深色 矿物和浅色矿物大类分为两类，深色脉石为钙镁硅 酸盐矿物 含量4 7 ．3 9 ％ ，主要为角闪石，辉石含量 较低；浅色矿物主要为酸性斜长石 含量3 9 ．3 2 ％ ， 其余脉石量少或微。 2 主要矿物的嵌布特征 2 ．1 磁铁矿 手标本中磁铁矿呈黑色，磁铁矿粒度分布不均 匀，与钛铁矿毗邻的磁铁矿粒度往往略粗，可达 0 ．5m m ；单独嵌布在脉石粒间的磁铁矿粒度多较 细，细者仅3 0 “m 左右。磁铁矿在矿石中主要呈不 规则粒状与钛铁矿毗邻嵌布在脉石粒间 图l a 或呈不规则粒状嵌布在脉石中，粒度在3 0 ～1 3 0F m 图1 b 2 ．2 钛铁矿 钛铁矿是矿石中钛的工业矿物，手标本中钛铁 矿呈铁黑色或钢灰色，金属一半金属光泽。其主要 呈以下三种形式嵌布 图1 磁铁矿的嵌布特征 F i g ．1 D i s s e m i n a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fm a g n e t i t e 1 钛铁矿与磁铁矿毗邻嵌布在钙镁硅酸盐角闪 石类矿物的粒间、裂隙或解理缝，多呈它形粒状或粒 状集合体嵌布，粒径往往略粗，可达0 ．4r a m 图2 a 。 这类呈不规则粒状嵌布的钛铁矿是矿石中钛铁矿的 主要嵌布类型。 2 嵌布在斜长石和角闪石类矿物粒间的钛铁 矿，此类钛铁矿粒径往往较细，粒级在0 ．0 4m m 图 2 b ，是钛铁矿的次要嵌布类型。 3 部分钛铁矿呈星点状、细板片状在钙镁质矿 物析出，粒径多在几微米 图2 c ，磁选或浮选时易随 脉石进入尾矿。 2 ．3 角闪石 角闪石，C a 2 M g F e 2 。A l [ S i 7 A 1 0 2 2 ] O H 2 ，是 矿石中主要的脉石矿物 含量4 0 ％ ，浅褐色一深褐 色，极少量呈黑绿色，玻璃光泽。角闪石多数呈自形 一半自形板柱状，正中突起，具角闪石式解理，解理 夹角5 6 。 图3 ，多色性明显。在矿石中粒度大小不 等，粗者可见4m m 以上，细者仅2 0 多微米，主要在 0 ．2 5 ～1 ．2m m 之间。经电镜能谱分析 表5 和电 子探针元素成分分析 表6 ，角闪石中含一定量的 T i 0 2 、F e O 。 2 ．4 长石 长石是矿石中主要的脉石矿物，占3 9 ．8 2 ％，为常 呛眦m甜征b特随布盯 撇一 矿出羹- ㈣m2 疵图瞄DF 万方数据 4 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第4 期 见造岩矿物。矿石中主要呈它形粒状嵌布在暗色硅 酸盐矿物粒间 图4 或被其包裹，粒度为0 ．0 5 ～1 ．5 m m ，聚片双晶纹常见，多呈不规则粒状，部分绿帘石 交代呈残余状。经扫描电镜分析 表7 未检测出铁、 钛、钪；电子探针波谱微区分析 表8 检测出微量铁、 钛。挑选长石单矿物并进行了化学成分分析 表9 ， 分析结果显示斜长石中含T F e1 ．2 7 ％和微量的T i 0 2 ， 一般而言，长石中不含铁、钛，单矿物分析结果显示含 微量铁、钛成分，可能为长石铁染导致。 图3 角闪石的嵌布特征 F i g ．3 D i s s e m i n a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fa m p h i b o l e 表5角闪石能谱分析结果 T a b l e5R e s u l t so fa m p h i b o l eb ye n e r g y s p e c t r u ma n a l y s i s } ％ 表6 T a b l e6 图4 长石的嵌布特征 F i g ．4 D i s s e m i n a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ff e l d s p a r 3 影响选矿回收的主要因素分析 1 铁、钛品位低。矿石中铁品位1 0 ．2 0 ％，钛品 位4 ．5 5 ％，含量低，主要铁矿物量合计2 ．8 1 ％，主要 钛矿物含量合计6 ．8 4 ％，铁钛矿物总量较低，有效回 收成本较高。 2 矿石中金属矿物间嵌布关系复杂。矿石中金 属矿物主要为磁铁矿和钛铁矿，二者普遍紧密共生， 多呈不规则状集合体交互嵌布，制约磨矿时矿物之 间的单体解离。少部分磁铁矿中常见有钛铁矿微细 片晶，这是回收矿石中铁、钛的不利因素。 3 磁铁矿中铁理论品位高。矿石中铁矿物为磁 铁矿，其理论品位达6 5 ．2 0 ％，远高于同类型攀西地 区磁铁矿的理论含铁值 5 5 ％～6 0 ％ 。这是回收铁 的矿物学有利因素。 4 钛分布相对集中。矿石中钛独立矿物为钛铁 矿、榍石，榍石含量微少，可忽略不计，钛铁矿中的钛 占总钛的6 9 ．0 1 ％，因此选矿作业钛的目标矿物即为 钛铁矿。 5 伴生元素钪的分布集中。矿石中的钪主要分 布在深色钙镁硅酸盐矿物中，深色脉石主要为角闪 石，辉石含量较低，二者颗粒较粗，皆为电磁性硅酸 盐矿物，强磁选时进入强磁精矿，易同无磁不含钪的 斜长石矿物分离，这是钪回收的有利因素。 角闪石电子探针分析结果 R e s u l t so fa m p h i b o l eb ye l e c t r o np r o b ea n a l y s i s ／％ 万方数据 2 0 1 9 年第4 期程仁举等甘肃某含钪钛铁矿工艺矿物学研究 5 14 ．8 4 25 ．2 0 35 ．1 3 44 ．8 7 平均 5 ．0 1 表9长石化学成分分析结果富集，以减少后续作业的处理量，降低选矿成本。 T a M e9C h e m i c a lc o m p o s i t i o no ff e l d s p a r f ％ 4结论 该矿石为低硫低磷的含钪低品位钛铁矿矿石。 矿石中主要工业矿物为磁铁矿、钛铁矿，主要脉石矿 物为角闪石、长石，其次为辉石，其中伴生元素钪主要 分布在角闪石中。由于矿石中磁铁矿和钛铁矿主要 毗邻嵌布在脉石粒间或呈不规则粒状嵌布在脉石中， 嵌布粒度相对较粗，磁性相对较强；主要脉石矿物角 闪石中伴生元素钪，粒度较粗，为电磁性硅酸盐矿物； 另一种主要脉石矿物长石呈它形粒状嵌布在暗色硅 酸盐矿物粒间或被其包裹，无磁性，不含钪。因此，该 矿石在分选时，可优先考虑采用粗粒抛尾进行预处 理，然后采用磁选、重选等高效、低成本的工艺进行预 参考文献 [ 1 ] 吴贤，张健．中国的钛资源分布及特点[ J ] ．钛工业进展， 2 0 0 6 6 8 - 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