攀枝花高钛渣的工艺矿物学.pdf

1 4 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年6 期 D O I 1 0 ．3 9 6 9 l ／J ．i s s n ．1 0 0 7 - - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．0 6 ．0 0 4 攀枝花高钛渣的工艺矿物学 熊垄，文书明，谢美芳 昆明理工大学，昆明6 5 0 0 9 3 摘要研究攀枝花高钛渣的工艺矿物学特性，查明高钛渣的矿物组成、嵌布特征和钙、镁杂质的赋存状 态，为降低高钛渣钙、镁含量，提高T i O 品位提供依据。 关键词工艺矿物学；高钛渣；镁 中图分类号T D 9 1 2文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1 0 6 0 0 1 4 0 4 P r o c e s sM i n e r a l o g yo nT i t a n i u m r i c hS l a gi nP a n z h i h u a X I O N GK u n ，W E NS h u m i n g ，X I EM e i f a n g K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h em i n e r a l o g i c a lf e a t u r e so ft h et i t a n i u m r i c hs l a gp r o d u c e di nP a n z h i h u aa r ei n v e s t i g a t e di n d e t a i l ．T h em i n e r a l o g i c a lc o m p o s i t i o no ft h et i t a n i u m r i c hs l a g ，d i s s e m i n a t e dc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e occurrancef o r mo fc a l c i u ma n dm a g n e s i u marei d e n t i f i e d ．T h er e s e a r c hr e s u l t sp r o v i d et h eb a s e sf o rt h e t e c h n o l o g yo nd e c r e a s i n gi m p u r i t i e so fc a l c i u ma n dm a g n e s i u m ，a n di n c r e a s i n gT i 0 2g r a d eo ft i t a n i u m - r i c hs l a g ． K e yw o r d s p r o c e s sm i n e r a l o g y ；t i t a n i u m r i c hs l a g ；m a g n e s i u m 攀枝花地区钛资源储量丰富，约占全国钛资源 的9 0 ％[ 1 ] 。该钛资源主要以钛铁矿形式存在，与钛 磁铁矿共生。钛磁铁矿磁选后的尾矿再经选矿处理 得到钛精矿，主要用于电炉冶炼制取高钛渣。由攀 枝花钒钛磁铁矿岩矿得到的钛精矿不仅T i O 品位 较低，且钙、镁杂质含量较高，达到7 ％～1 2 ％[ 2 ] 。 电炉冶炼制取高钛渣具有工艺成熟、设备处理能力 大、操作简单等优点，但不能除去非铁杂质口] 。因 此，钙镁硅铝杂质随着钛进入高钛渣，降低了高钛渣 中二氧化钛纯度，难以成为具有高附加值的氯化钛 白原料。 高钛渣中钙、镁杂质虽可通过硫酸浸出法除掉， 但生产过程中产生大量难以治理、污染环境的废酸、 废水，环境问题没有得到根本解决，且所得产品档次 低。为减轻钛白行业环保压力，促进我国钛自粉和 钛材工业整体水平的提高，生产氯化法钛白所需的 低钙、镁型高钛渣，是我国钛工业发展的出路。在氯 化工艺中C a O 和M 9 0 被氯化，生成C a C l 。和 M g C l 。呈熔融状态黏附在炉料上，使炉料结块，甚至 使沸腾层遭到破坏，使其不能顺利进行。 从高钛渣中钛矿物和脉石的工艺矿物学特征着 手，查明钙、镁杂质的赋存状态，为进一步富集 T i O 、降低钙镁杂质提供试验依据。 1 高钛渣的化学成分及矿物组成 1 ．1 高钛渣的化学分析 攀枝花高钛渣经过破碎、磨矿、磁选除铁后的化 学分析结果见表1 。表1 结果表明，攀枝花高钛渣 经过磁选除铁后，金属元素铁含量比较低，为 3 ．2 5 ％，但氧化钙和氧化镁含量高达6 ．5 6 ％。高钛 渣中主要有价成分为二氧化钛，品位为8 3 ．0 ％，杂 质主要为C a O ，M g O ，A 1 O 。，S i O ，这些杂质成分是 钛精矿中脉石矿物在电炉冶炼时进入高钛渣的。 基金项目国家重点基础研究发展计划 9 7 3 计划 项目资助 2 0 0 7 C B 6 1 3 6 0 6 作者简介熊垄 1 9 8 5 一 ，女，陕西汉中市人，博士生，主要从事矿产资源加工等方面的研究。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年6 期 1 5 表1 高钛渣化学成分 T a b l e1C h e m i c a lc o m p o s i t i o no f t i t a n i u m - r i c hs l a g 成分T i O z F eC a O M g OA 1 2 0 3S i 0 2 含量／％8 3 ．0 3 ．2 5 1 ．5 55 ．0 12 ．94 ．2 8 1 ．2 高钛渣的X R D 分析 为查明高钛渣中各矿物的组成特征，对其进行 了X R D 分析，结果见图1 。X R D 分析结果表明，高 钛渣的矿物组成比较复杂，钛矿物主要为金红石、铁 镁钛酸盐、镁钛矿和黑钛石，其次是钛铁矿和铁板钛 矿。脉石矿物主要有钙镁硅铝酸盐。只含钛的氧化 物含量为5 1 ．7 6 ％，其余的钛仍以铁、镁的化合物形 式存在。铁钛化合物主要是电炉冶炼过程中钛铁矿 未充分还原而造成，对于含量高达1 6 ．0 4 ％的镁钛 矿，钛精矿矿物组成表明，部分是钛精矿带入的，部 分是在电炉还原过程中新生成的。各矿物组成含量 如表2 所示。 表2 高钛渣的矿物组成及相对含量 T a b l e2M i n e r a lc o m p o n e n ta n dt h e i rr e l a t i v e c o n t e n to ft i t a n i u m - r i c hs l a g 矿物含量／％矿物含量／％ 金红石 3 2 ．0 2 铁镁钛酸盐 1 8 ．4 4 镁钛矿 1 6 ．4 0黑钛石1 9 ．7 4 钛铁矿 1 ．2 2 铁板钛矿 1 ．0 5 钙镁硅铝酸盐8 ．1 3其他3 ．0 三 、 魁 甚 图1 高钛渣的X R D F i g ．1 X R Do ft i t a n i u m r i c hs l a g 2 高钛渣的粒度组成及T i O 在各粒 级中的分布 攀枝花高钛渣经破碎、磨矿、磁选除铁后的粒度 组成和T i O 。在各粒级中的分布见表3 和表4 。 由表3 可知，高钛渣中粒级为一0 ．3 0 0 0 ．1 5 0 r a m 的含量为4 6 ．5 3 ％，几乎占到一半。此粒 级中，T i O 。的品位为8 3 ．4 4 ％，接近原渣品位，而氧 化钙和氧化镁含量均超过原矿，分别为6 ．4 1 ％和 1 ．9 9 ％。一0 ．0 4 8 m m 的粒级中，T i O 的品位为 8 3 ．0 2 ％，与原矿中T i O 。的品位几乎无差别，氧化 钙和氧化镁含量相对较低一些，分别为4 ．6 2 ％和 1 ．7 7 ％。这表明，磨矿对高钛渣中的钙镁矿物具有 一定的选择性，但这种选择性不足以通过分级的方 式除掉钙镁杂质和提高高钛渣的T i O 品位。同 时，二氧化钛在各个粒级中分布很均匀，想通过除去 某一粒级来提高高钛渣品位也是不能实现的。 从表4 可以看出， 0 ．1 5 0 r a m 粒级中，T i o 。的 占有率为4 3 ．3 9 ％；而在一0 ．0 4 8 m m 粒级中，T i O 。 的占有率仅为1 5 ．8 0 ％。其中， 0 ．0 7 4 m m 粒级 中，T i O 的占有率高达5 4 ．2 ％，达到了一半以上， T i O 在各粒级中的分布率与粒级产率基本一致。 表3 高钛渣的粒度组成 T a b l e3P a r t i c l es i z ec o n s t i t u t eo f t i t a n i u m - r i c hs l a g 表4T i O 在各粒级中的分布 T a b l e4 T i 0 2d i s t r i b u t i o ni na l lp a r t i c l es i z e 涮一丽考塑等赢 3高钛渣中钛矿物的嵌布特征 高钛渣砂光片显微镜分析结果显示，金属矿物 主要为钛氧化物，次有镁钛矿、金属铁、钛铁矿等。 钛氧化物包括金红石和低价钛氧化物黑钛石，含量 合计为5 1 ．7 6 ％，呈晶屑状分布，嵌布粒度一般为 0 ．0 5 t 0 ．5 0 m m ，以单体为主，少量连生体。其他各 金属矿物在镜下的特征如下。 3 ．1 铁镁板钛矿 F e M g T i 。O 。。 铁镁板钛矿是含钛的重要物质，含量为 1 8 ．4 4 ％，同时含有杂质元素镁。它主要呈板状、柱 状及不规则粒状形态存在，见图2 。常见其内包裹 万方数据 1 6 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年6 期 有钛铁矿残余体及球粒状、浑圆状金属铁。其次有 少量铁镁板钛矿与钛氧化物连生，见图3 。铁镁板 钛矿的嵌布粒度较粗，一般为0 ．0 5 ～0 ．7 0 r a m 。 图3 铁镁板钛矿与钛氧化物连生 F i g ．3I n t e r g r o w t hr e l a t i o n s h i pb e t w e e n F e M g T i 4O l oa n dt i t a n i u mo x i d e 3 ．2 镁钛矿 M g T i O 。 镁钛矿同样是高钛渣中重要的含钛矿物之一， 常呈树枝状雏晶或不规则粒状，见图4 ，具解理，多 分布在0 ．0 5 ～o ．6 0 r a m 。 3 ．3 钛铁矿 F e T i O ， 和铁板钛矿 F e T i 0 5 钛铁矿是电炉还原过程中没能参加反应的部 分，这部分钛铁矿常呈不规则状残留体分布于铁板 钛矿中，或呈单体他形粒状分布，沿裂纹发育，不易 解离，见图5 。钛铁矿的嵌布粒度较细，一般为0 ．0 2 ～O ．0 5 r a m 。 4 高钛渣中脉石矿物的嵌布特征 高钛渣中脉石矿物以紫苏辉石 普通辉石、透辉 石、异剥辉石 为主，少量橄榄石和斜长石组成，在高 钛渣中多以单体存在，颗粒细小，见图6 。高钛渣中 图4 镁钛矿呈不规则粒状分布 F i g ．4 D i s t r i b u t i o no fi r r e g u l a r g r a n u l a rM g T i 20 5 的紫苏辉石是用于冶炼的钛精矿带来的，在电炉还 原过程时转移到高钛渣中，因此它常与钛铁矿连生。 难与脉石解离，粒度大小在0 ．0 4 m m 左右，成为主 要的脉石矿物。 图5 钛铁矿呈残留体分布于铁板钛矿中 F i g ．5 R e s i d u a li l m e n i t ed i s s e m i n a t i n g i nF e 2 T i 0 5 5 高钛渣中钙镁硅铝杂质成分的分布 为了进一步查明高钛渣中矿物组成及钙镁杂质 元素的分布规律，进行了电子探针检测分析，结果见 图7 。电子探针检测结果表明，高钛渣中主要成分 为含钛氧化物，钙镁硅铝杂质成分较为复杂地分散 于钛氧化物中。镁主要以镁钛矿的形式存在，部分 镁钛矿呈片状集中分布，其余部分呈极细粒浸染状 嵌布于钛氧化物中，与新生成的金红石致密共生，其 结晶粒度在l O ／卫m 以下。 经显微镜、X R D 、电子探针分析，可知镁原子替 代铁原子以类质同象的方式存在于钛铁矿中，成分 稳定[ 4 ] 。在电炉制高钛渣时，镁主要以镁钛矿、铁镁 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年6 期 1 7 致大量的T i O z 损失。对于粒度小于l O ／z m 的含钛 矿物，机械选矿难以有效地将其从高钛渣排除。 6结论 攀枝花高钛渣中钛以多种化合物形式存在，成 分复杂，其中纯净的氧化钛矿物含量约占一半。高 钛渣经破碎、磨细后，钛、钙和镁在各个粒级中的分 布较为均匀，无法通过分级的方式降低杂质含量，提 高T i O 的品位。高钛渣中的镁主要以镁钛矿、铁 镁板钛矿等矿物形式进入高钛渣，对于其中粒度较 粗的含镁矿物，理论上可以通过选矿的方法排除，但 这些含镁矿物中的钛也将同时被排除，选矿除镁将 导致大量的T i O 。损失。对于粒度小于l O F m 的含 钛矿物，机械选矿难以有效地将其从高钛渣排除，而 在加温和浓酸的条件下，采用化学浸出，理论上是除 去钙镁等杂质的有效方法。 参考文献 [ 1 3 胡克俊，姚娟，席歆．攀枝花钛资源经济价值分析 [ J ] ．世界有色金属，2 0 0 8 1 3 6 4 2 ． [ 2 ] 吴本羡，孟长春，范章洁，等．攀枝花钒钛磁铁矿工艺 矿物学研究[ M ] ．成都四川科学技术出版社，1 9 9 8 4 7 4 8 ． 图7高钛渣电子探针图 [ 3 ] 范晓慧，郭字峰，邱冠周，等．钛精矿制取富钛料新工 F i g ．7 E l e c t r o nm i c r o p r o b ei m a g eo f 艺[ J ] ．矿产综合利用，2 0 0 2 4 3 7 t i t a n i u I n - r i c hs l a 2 [ 4 ] 李潇雨，周满赓．西部某矿区钛精矿工艺矿物学研究 [ J ] ．矿产综合利用，2 0 0 9 1 2 4 2 7 ． 板钛矿等矿物形式进入高钛渣，对于其中粒度较粗 [ 5 ] 周满赓，李潇雨．西部钒钛磁铁矿工艺矿物学研究报告 的含镁矿物，理论上可以通过选矿的方法排除，但这 J R ] ．北京中国地质科学院矿产综合利用研究所， 些含镁矿物的中钛也将同时被排除，选矿除镁将导 2 0 0 7 2 - - 7 5 ． 万方数据