资源描述:
2 0 1 7 年第3 期有色金属 选矿部分1 d o i 1 0 .3 9 6 9 /j .i s s n .1 6 7 1 - 9 4 9 2 .2 0 1 7 .0 3 .0 0 1 某钒钛磁铁矿尾矿中铁、钛矿物的矿物学研究 史志新 攀钢集团研究院有限公司钒钛资源综合利用国家重点实验室,四川攀枝花6 1 7 0 0 0 摘 要为了实现钒钛磁铁矿尾矿中钛、铁等资源的二次综合利用,提高资源利用率,采用矿相显微镜、扫描电子显微镜 和矿物自动解离系统 M L A 对某钒钛磁铁矿尾矿中铁和钛的赋存规律进行了详细研究,讨论了影响尾矿中钛、铁回收的矿物 学因素。结果表明,该尾矿的颗粒较细,矿物主要包括钛铁矿、钛磁铁矿、黄铁矿等金属矿物和攀钛透辉石、斜长石和角闪石 等脉石矿物组成;矿物中钛磁铁矿和钛铁矿除部分以单体解离态产出外,多呈形态各异的粒状沿脉石的粒间、边缘、裂隙及孔 洞填充而构成较为复杂的镶嵌和包裹关系;铁、钛元素在目的矿物中的赋存比例分别为1 9 .8 7 %和5 1 .6 2 %;铁在钛铁矿、攀钛 透辉石、角闪石中的赋存比例占7 8 .8 5 %,单体解离度为7 2 .2 9 %,T i O ,在钛铁矿、攀钛透辉石和角闪石的赋存比例占 9 0 .9 4 %,单体解离度为7 1 .4 3 %,因此实现钛磁铁矿、钛磁铁矿和攀钛透辉石、角闪石的有效分离是提高铁、钛回收率的关键。 关键词钒钛磁铁矿尾矿;嵌布关系;赋存状态;矿物自动解离系统 中图分类号T D 9 1 3 ;T D 9 5 2 .7文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 7 0 3 - 0 0 0 1 - 0 6 M i n e r a l o g i c a lS t u d yo ft h eI r o na n dT i t a n i u mM i n e r a l si nt h eV a n a d i u m T i t a n i u mM a g n e t i t eT a i l i n g s s H { z h 设讥 P a n G a n gG r o u pR e s e a r c hI n s t i t u t eC o .,L t d .,S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fV a n a d i u ma n dT i t a n i u mR e s o u r c e s C o m p r e h e n s i v eU t i l i z a t i o n ,P a n z h i h u aS i c h u a n6 17 0 0 0 ,C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt oa c h i e v et h es e c o n dc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no ft i t a n i u mr e s o u r c e ss u c ha si r o n . v a n a d i u mt i t a n i u mm a g n e t i t et a i l i n g s ,i m p r o v et h eu t i l i z a t i o nr a t eo fr e s o u r c e s .a n a l y s i st h eo c c u r r e n c eo fi r o na n d t i t a n i u mo ft h ev a n a d i u mt i t a n i u mm a g n e t i t et a i l i n g st h r o u g ht h eo r e p h a s em i c r o s c o p e ,t h es c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p ea n dt h em i n e r a ll i b e r a t i o na n a l y s i s ,d i s c u s s e dt h em i n e r a l o g i c a lf a c t o r sa f f e c t i n gt h er e c o v e r yo ft i t a n i u m a n di r o nf r o mt a i l i n g s .T h er e s u l ts h o w st h a t ,t h et a i l i n g sp a r t i c l es i z ei sf i n e ,t h em a i nm i n e r a l si n c l u d em e t a l t i t a n i u mi r o no r e ,t i t a n i u mm a g n e t i t e ,p y r i t ea n do t h e rm i n e r a l sa n dt h eg a n g u em i n e r a lc l i m b i n gi n c l e d ep y r o x e n e , p l a g i o c l a s ea n dh o r n b l e n d eg a n g u em i n e r a l ;M i n e r a lo ft i t a n o m a g n e t i t ea n di l m e n i t ei np a r tt om o n o m e rd i s s o c i a t i o n s t a t ep r o d u c t i o na b r o a d ,m o s t l yg r a n u l a rs h a p e sa l o n gt h eg a n g u ep a r t i c l e s ,e d g e ,f r a c t u r e sa n dh o l e sf i l l i n ga n d c o n s t i t u t eac o m p l e xm o s a i ca n di n c l u s i o nr e l a t i o n s h i p s .T h eo c c u r r e n c er a t i o o fi r o na n dt i t a n i u mi nt h et a r g e t m i n e r a l sw a s19 .8 7 %a n d5 1 .6 2 %r e s p e c t i v e l y ;T h eo c c u r r e n c ep r o p o r t i o no fI r o ni ni l m e n i t e ,c l i m b i n gt i t a n i u m t h r o u g hp y r o x e n e ,h o r n b l e n d eo c c u r r e n c ep r o p o r t i o ni s7 8 .8 5 %,m o n o m e rd i s s o c i a t i o nd e g r e ew a s7 2 .2 9 %,t h e o c c u r r e n c ep r o p o r t i o no fT i 0 2i ni l m e n i t e ,c l i m b i n gt i t a n i u mt h r o u g hc l i n o p y r o x e n ea n da m p h i b o l ew a s9 0 .9 4 %, m o n o m e rd i s s o c i a t i o nd e g r e ew a s71 .4 3 %,T h e r e f o r e ,t h er e a l i z a t i o no ft i t a n i u mm a g n e t i t ea n dt i t a n o m a g n e t i t ea n d c l i m b i n gt i t a n i u mt h r o u g ht h ee f f e c t i v es e p a r a t i o no fp y r o x e n e ,h o r n b l e n d ei sk e yt oi m p r o v et h er e c o v e r yr a t eo fi r o n a n dt i t a n i u m . K e yw o r d s v a n a d i u mt i t a n i u mm a g n e t i t et a i l i n g s ;e m b e d d e dr e l a t i o ns ;s t e e ls l a g ;t h eo c c u r r e n c es t a t e ; m i n e r a ll i b e r a t i o na n a l y s i s 我国钒钛磁铁矿资源非常丰富,资源储量近1 0 0 亿t ,主要分布在云南、四川、黑龙江、河北等地,其中 9 0 %以上的钒钛磁铁矿资源都分布在四川攀枝花地 区u ] 。一般来讲,钒钛磁铁矿资源矿物中的有益元 素包括铁、钒、钛以及某些稀有金属元素,而目前能 采用的物理选矿方法回收的则为部分赋存于钛磁铁 投稿日期2 0 1 6 - 0 7 - 2 7 修回日期2 0 1 7 - 0 3 - 1 8 罹著简夼史志新 1 9 8 4 . ,男,四川攀枝花人,硕士,工程师,主要从事钒钛资源工艺机理研究。 万方数据 2 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第3 期 矿和钛铁矿中的铁、钒、钛等元素,而其它赋存于脉 石矿物中的铁、钒、钛等有益元素较难回收,如何实 现钒钛磁铁矿尾矿的二次综合利用成为研究的热 占[ 2 - 33 . J 、、、U 近年来,针对钒钛磁铁矿尾矿的二次综合利用 存在一些关键性的技术问题㈦~。1 尾矿中铁、钛品 位过低;2 有用矿物嵌布粒度细造成浮选难度加大; 3 现有设备能耗大,无回收经济价值’6 1 。国内外科 研机构对此进行了大量的研究,为了能够高效的回 收钒钛磁铁矿尾矿中的铁和钛,必须先进行研究该 尾矿中铁、钛矿物的组成、赋存状态、嵌布特征和单 体解离情况等工艺矿物学问题,通过探索得到尾矿 中的矿物组成,钛、铁等有益元素的赋存规律,载体 矿物的单体解离度等矿物学参数,从而为该尾矿中 有益元素的提取、浮选工艺的优化和磨矿指标的设 置提供理论依据H 。。 1试验 试验样品来自某选矿厂的钒钛磁铁矿尾矿,为 了对该尾矿进行工艺矿物学研究,利用标准套筛确 表1 T a b l e1 定该尾矿的粒度分布,化学分析该尾矿的化学元素 组成。然后将该尾矿粉末与环氧树脂混合后,利用 制样机制样,并进行抛光,制成光片,利用偏光显微 镜和扫描电镜观察其矿物嵌布特征,最后运用矿物 自动解离系统 M L A 对其矿物学参数进行定量 测定。 2 粒度和成分 2 .1 粒度分布 使用标准套筛对该钒钛磁铁矿尾矿的粒度进行 分析,通过筛分可知尾矿中粒级 1 4 8 m 的占 2 7 .8 0 %,粒级为一1 4 8 7 4 斗m 的占2 6 .0 4 %,粒级 为一7 4 3 7 “m 的占2 4 .7 8 %,粒级一3 7 m 的占 2 0 .5 0 %,可知该尾矿属于微细粒级别的矿物。 2 .2 化学成分 对该尾矿进行X R F 半定量和化学定量分析结 果见表1 。由表1 可知,钒钛磁铁矿尾矿中有益元素 包括铁、钛、钒、铬、钴、镍等,其中钒、铬、钴、镍含量 均处于微量级别,目前具有回收价值的元素主要是 铁和钛。 试样多元素分析结果 M u l t i e l e m e n ta n a l y s i sr e s u l t so fs a m p l e ,% 元素T F eT i 0 2 VC rM nC oN iC u K 2 0N a 2 0S i 0 2A l z 0 3 C a O M g O 含量 1 1 .0 55 .2 30 .0 8 0 0 .0 1 00 .1 5 00 .0 5 0 00 1 00 .0 3 10 .2 8 41 .2 83 9 .4 51 2 .2 5 1 3 .3 59 .9 1 3矿物组成 3 .1 矿物鉴定 对该尾矿光片样品在偏光显微镜下进行分析, 通过分析可知尾矿的主要矿物为斜长石、攀钛透辉 石和角闪石等硅酸盐矿物;金属氧化物包括钛铁矿、 钛磁铁矿、镁铝尖晶石;硫化物包括黄铁矿、磁黄铁 矿、硫酸铁,详见表2 。 表2尾矿中主要矿物组成 T a b l e2T h em a i nm i n e r a lc o m p o s i t i o no ft h et a i l i n g s /% 3 .2 矿物定量 结合偏光显微镜的鉴定结果,为了进一步确定 尾矿中各种金属氧化物、硫化物和硅酸盐的物相含 量,含钛、铁等载体矿物的嵌布特征,利用扫描电镜 和M L A 对该尾矿进行了更加深入的研究,尾矿的矿 物定量组成见表3 。 由表3 可以看出,铁和钛主要富集的载体金属 矿物为钛铁矿、钛磁铁矿和黄铁矿,硅酸盐矿物中虽 然也有富集,但因以类质同象形式存在而无回收 价值。 3 .3 主要金属矿物嵌布特征 3 .3 .1 钛铁矿 钛铁矿的化学成分为F e T i O 、,是该尾矿中钛的 主要金属载体矿物,晶面比较光滑,通常呈颗粒状、 板状,显微镜下常见聚片双晶、格状双晶,结晶粒度 不均匀,大部分颗粒主要分布在1 0 ~9 0 “m 。样品 中的钛铁矿主要与硅酸盐矿物相互共生和包裹,主 要有以下四种存在形式①多数的钛铁矿与角闪石 紧密共生,界线呈港湾状结构 见图1 A ;②部分钛 铁矿与攀钛透辉石形成共结晶结构 见图1 B ;③部 分钛铁矿与斜长石相互共生 见图1 C ;④部分钛铁 矿被角闪石包裹形成海绵损铁结构 见图1 D 。 万方数据 Q 生箜 基L 史志新某钒钛磁铁矿尾矿中铁、钛矿物的矿物学研究 .3 . 表3 7 r a b l e3 尾矿的矿物定量组成 T h eq u a n t i t a t i v em i n e r a lc o m p o s i t i o no ft h et a i l i n g s /% A 方形状钛铁矿与角闪石共生 1 .2 1 .0 型0 .7 骥 壮 则0 .5 0 .2 o 曾 C 钛铁矿与斜长石形成共晶 T i K a B 方形状钛铁矿与攀钛透辉石共生 D 针状、板状钛铁矿被角闪石包裹 图1钛铁矿与其他脉石矿物的嵌布关系 F i g .1 D i s s e m i n a t i o no fi l m e n i t ea n do t h e rg a n g u em i n e r a l s 能量/e k V 元素 重量百分比,%原子百分比,% 0 K2 4 .0 64 8 .4 l M g K 5 .7 6 7 .6 2 T i K3 6 .8 32 4 .7 5 F e K3 3 .3 61 9 .2 3 总计 l O O .O1 0 0 .O 图2钛铁矿单矿物的能谱谱线和化学元素组成 F i g .2 E n e r g yd i s p e r s i v es p e c t r aa n dc h e m i c a le l e m e n t so fs i n g l em i n e r a l si nt i t a n i u mi r o no r e 万方数据 4 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第3 期 通过能谱半定量分析,确定出钛铁矿的元素组 成,如图2 所示,该点钛铁矿的钛为3 6 .8 3 %,铁为 3 3 .3 6 %,镁为5 .7 6 %。通过大量的点分析可以得出 钛铁矿不是纯净的矿物,M g O 、M n O 、V 0 ,、A 1 2 0 3 等 金属氧化物的一种或者几种会以类质同象的形式固 溶在钛铁矿中从而形成多金属混合物。 3 .3 .2 钛磁铁矿 矿物定量分析显示尾矿中钛磁铁矿的含量为 0 .5 6 %,但由于该矿物是钒钛磁铁矿中铁和钒的主 要载体矿物,是回收的重要目的矿物。其矿物学特 征对整个钒钛磁铁矿的选矿工艺影响很大,故单独 对其进行分析。 钛磁铁矿的化学成分为F e O rF P T i 、.o ,;昂 A 钛磁铁矿与绿泥石共生 微镜下钛磁铁矿表面粗糙、多缺陷,晶体内部常常分 离形成钛铁析出相、镁铝铁析出相从而形成网状或 者格状结构,但其主晶相仍为钛磁铁矿。该尾矿中 的钛磁铁矿的粒度分布同样也不均匀,绝大多数晶 粒直径集中在1 0 ~1 0 0 m ,最小晶粒尺寸为4 斗m 左右。样品中钛磁铁矿通常呈两种嵌布特征出现, 即单体解离态和与脉石矿物共生,具体如下①绝大 多数呈单体解离态存在,这也是造成该单矿物在尾 矿中含量低的原因,部分钛磁铁矿与斜绿泥石共生 见图3 A ;②部分格状钛磁铁矿与铁橄榄石相互共 生 见3 B ;③部分钛磁铁矿与角闪石相互共生 见 图3 C ;④部分钛磁铁矿被镁橄榄石包裹 见图 3 D 、. B 钛磁铁矿与铁橄榄石共生 ㈤J { A 磁铁∥‘J m 闪n “ fl1 1 蚀磁铁∥被镁橄榄,i 佃枣 图3钛磁铁矿矿与其他脉石矿物的嵌布关系 F i g .3 D i s s e m i n a t i o no ft i t a n i u mm a g n e t i t ea n do t h e rg a n g u em i n e r a l s 通过能谱半定量分析,确定出钛磁铁矿中的元 8 .2 9 %、钒为0 .7 2 %、含铁为6 9 .9 5 %,结果显示,钛 素组成,如图4 所示。该点的铝为1 .0 8 %、钛为磁铁矿中的铁和钒元素明显高于钛铁矿,而钛元素 万方数据 2 0 1 7 年第3 期史志新某钒钛磁铁矿尾矿中铁、钛矿物的矿物学研究 5 则低于钛磁铁矿中的含量。通过大量的点分析取得了该尾矿中钛磁铁矿中含铁的平均品位为6 8 .6 9 %。 能量/e k V 元素 重量百分比,% 原子百分比,% O K1 9 .9 64 5 .7 4 A l K 1 .0 8 1 .4 7 T i K 8 .2 9 6 .3 4 V K O .7 2 O .5 2 F e K 6 9 .9 54 5 .9 2 总计 1 0 0 .O 1 0 0 .0 图4 钛磁铁矿的能谱谱线及化学元素组成 F i g .4E n e r g yd i s p e r s i v es p e c t r aa n dc h e m i c a le l e m e n t si nt i t a n i u mm a g n e t i t e 3 .3 .3 黄铁矿 黄铁矿的化学分子式为F e S ,镜下主要呈粒状、 板片状,多以稀疏星散浸染状嵌布在脉石中,无解 理。绝大多数黄铁矿是以单体解离形式存在的,少 部分边部缺陷部位发生矿化 见图5 A ;还有部分黄 铁矿的裂隙处析出硅酸盐或者被硅酸盐包裹 见图 5 B ~5 C 。 A 黄铁矿边部缺陷部位发生矿化 B 角闪石沿黄铁矿裂隙处发育 c 黄铁矿破角闪行包裹 图5 黄铁矿与其它脉石矿物的嵌布关系 F i g .5 D i s s e m i n a t i o no fp y r i t ea n do t h e rg a n g u em i n e r a l s l 1 O O O O 赵醺鞲则 万方数据 6 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年第3 期 通过能谱分析半定量打点分析,确定了黄铁矿 中化学元素的组成,如图6 所示。该点的硫为 2 .3 r SK 8 似fl 謦L 4 }8眦。 驯ll 0 .5 } ’ F e h ; I F e K b I r ’ l o 舭舻鑫孛葫矛专浠专葡彳商前菰丽前面简 能量/e k V 3 8 .9 7 %,铁为6 1 .0 3 %,硫化铁单矿物中铁的含量略 低于钛磁铁矿中铁的含量。 元素 重量百分比% 原子百分比% S K 3 8 .9 7 5 2 .6 5 F e K 6 1 .0 3 4 7 .3 5 总计 1 0 0 .O 1 0 0 .O 图6黄铁矿的能谱谱线及化学元素组成 F i g .6E n e r g yd i s p e r s i v es p e c t r aa n dc h e m i c a le l e m e n t si nt h ep y r i t e 3 .4 铁、钛的赋存状态 尾矿中能用于回收的铁矿物主要为钛铁矿、钛 磁铁矿和黄铁矿,能用于回收的钛矿物则主要是钛 铁矿。利用能谱面扫描分析了钛、铁在这三种矿物 中的分布规律,结果显示钛、铁均是以类质同象形式 存在于这三种单矿物中,利用M L A 矿物自动解离系 统对该尾矿中铁和钛的赋存状态进行了定量分析, 详见表4 和表5 。 表4 铁元素在尾矿中的赋存状态及金属铁的分布 T a b l e4T h eo c c u r r e n c es t a t eo fi r o ne l e m e n ti nt a i l i n g s a n dt h ed i s t r i b u t i o no fm e t a li r o n/% 表5钛元素在尾矿中的赋存状态及T i O 的分布 T a b l e5T h eo c c u r r e n c es t a t eo fT i 0 2i n t a i l i n g sa n d t h ed i s t r i b u t i o no fT i 0 2 /% 由表4 和表5 可知,尾矿中虽然含铁1 1 .0 5 %, 但是主要是以攀钛透辉石、角闪石和钛铁矿三种矿 物作为赋存载体的,钛磁铁矿和黄铁矿中铁的分配 分别为0 .3 5 9 %和0 .2 0 4 %。但是钛铁矿和黄铁矿 多与脉石毗连镶嵌构成铁的贫连体,钛磁铁矿单体 懈离的颗粒相对较多;尾矿中的钛则主要是以钛铁 矿和攀钛透辉石为载体矿物的,显然若能适当延长 磨矿时间使得更多钛铁矿和脉石矿物分离,钛的回 收率仍将有提高的潜力。 3 .5 钛铁矿、钛磁铁矿的单体解离度 尾矿中绝大部分目的矿物呈单体状态产出取得 理想技术指标的必要条件旧J 。不同磨矿细度下该尾 矿中钛铁矿和钛磁铁矿的解离度测定结果列于表6 。 由表6 可知,钛磁铁矿的单体解离度显然高于 钛铁矿的单体解离度,而在自由表面积占整个颗粒 面积百分比为2 0 %~8 0 %的钛磁铁矿颗粒占到 1 8 .7 9 %,而钛铁矿占到2 1 .5 2 %,可见钛铁矿与其它 脉石矿石共生的比例比钛磁铁多;而自由表面积占 整个颗粒面积百分比小于2 0 %的钛磁铁矿颗粒和钛 铁矿颗粒百分比相近,说明两者被其它矿物包裹的 情况相似。 3 .6 影响物理分选指标的矿物学因素 1 尾矿中钛铁矿和钛磁铁矿多以它形晶出现, 与嵌连矿物之间的接触界线多为不平直的锯齿状或 港湾状。为保证铁精矿和钛精矿的质量,必须通过 适度的细磨才有可能使它们得到较好的解离,但要 注意过度的解离容易过粉碎,造成浮选矿浆黏度较 大,泡沫跑槽严重。 2 钛铁矿和钛磁铁矿在尾矿中多呈微细颗粒, 下转第1 5 页 万方数据 2 0 1 7 年第3 期王越等电位控制法在国内铜钼分离工艺中的应用探索 1 5 [ 7 ] DRN A G A R A J ,G O R K E NA .P r o c e s s i n go fC o m p l e xO r e s [ M ] .N e wY o r k P e r g a m o nP r e s s ,1 9 8 9 2 0 3 . [ 8 ] B A S I H OCI ,Y O O NRH .E l e c t r o c h e m i s t r yi nM i n e r a la n d M e t a lP r o c e s s i n gI I I [ M ] .P e n n i n g t o n T h eE l e c t r o c h e m S o c .,,1 9 9 2 N J . 上接第6 页 且理论单体解离度均在6 5 .0 %以上,针对此种情况,这些单体能够提前回收,减轻细粒级物理分选的 可以考虑细磨前进一步加强磁选和浮选作业,使得压力。 表6尾矿中钛磁铁矿和钛铁矿的单体解离度的测定 T a b l e6D e t e r m i n a t i o no ft h em o n o m e rd i s s o c i a t i o nd e g r e eo ft i t a I l i u mm a g n e t i t ea n dt i t a n i u mi r o no r ei nt h et a i l i n g s % 3 无论是钛铁矿还是钛磁铁矿,与其共生和包 裹的其它矿物主要为脉石矿物,因此实现它们与脉 石矿物充分的解离是获得较高钛、铁精矿品位的先 决条件。 4结论 试样为低品位的钒钛磁铁矿尾矿,含铁 1 1 .0 5 %、含T i 0 2 5 .4 5 %,铁主要是以攀钛透辉石、角 闪石、钛铁矿和斜长石的形式存在,钛主要是以钛铁 矿、攀钛透辉石和角闪石的形式存在,而钛磁铁矿和 钛铁矿是回收的主要目的矿物。 钛磁铁矿和钛铁矿主要以它形晶产出,除部分 以单体解离态产出外,多呈形态各异的粒状沿脉石 的粒间、边缘、裂隙及孔洞填充而构成较为复杂的镶 嵌和包裹关系,或以浸染状分布在脉石矿物中,粒度 分布也不均匀。 铁在钛铁矿、攀钛透辉石、角闪石中的赋存比例 占7 8 .8 5 %,单体解离度为7 2 .2 9 %;T i 0 2 在钛铁矿、 攀钛透辉石和角闪石的赋存比例占9 0 .9 4 %,单体解 离度为7 1 .4 3 %;可以看出实现钛磁铁矿、钛磁铁矿 和攀钛透辉石、角闪石的有效分离是提高铁、钛回收 率的关键。 参考文献 [ 1 ] 刘长淼,吴东印,吕子虎,等.某钒钛磁铁矿尾矿中钛铁矿 的选矿研究[ J ] .中国矿业,2 0 1 5 ,2 4 5 1 1 5 1 1 8 . 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