钛矿矿物介绍.doc

钛矿 钛Titanium元素符号Ti，原子序数22，原子量47.88，在元素周期表中位于第4周期ⅣB族。钛是地壳中分布最广和丰度高632010-６）的元素之一，占地壳重量的0.61％列居第9位；而钛资源则仅次于铁、铝、镁而列居第4位，是制取钛渣、人造金红石、钛白、海绵钛、钛金属及钛材、焊条涂料的重要原料。由于金属钛呈银白色，具有熔点高1727℃、比重轻4.5、机械强度高5、耐低温（超低温下电阻率几乎为0）、耐磨蚀、线钛塑性良好（能薄壁化使用）、不易氧化、还原性强等特点；钛的氧化物二氧化钛（钛白），具有无毒、良好的物理化学稳定性（1000℃煅烧后不熔于任何酸和碱）、折射指数高（2.55～2.70），以及很强的白度、着色力（1150～1650、遮盖力（40～50g/m2）、耐温性、抗粉化等特征，被称为“颜料之王”。因此，钛及其氧化物、合金产品是重要的涂料、新型结构材料、防腐材料，被誉为“继铁、铝之后处于发展中第三金属”和“战略金属”，也是“很有希望的金属材料”，在航空、航天、舰船、军工、冶金、化工、机械、电力、海水淡化、交通运输、轻工、环境保护、医疗器械等领域，有着广泛的应用，并创造了巨大的经济效益和社会效益，在国民经济发展中有其重要的地位和作用。 一、矿物原料特点 钛是典型的亲石元素，常以氧化物矿物出现。地壳中含TiO2在1％以上的矿物有80余种，具有工业价值的有15种，我国主要利用的有钛铁矿、金红石和钛磁铁矿等（表3.5.1）。它们既有原生的（岩矿），也有次生的（风化残坡积及沉积砂矿）。我国各主要产地钛矿物原料基本特点概述对比如表3.5.2。 二、用途与技术经济指标 钛原料主要用来生产钛白、金属钛海绵钛、含钛钢以及焊条涂料。它们所占的比例，我国和国外稍有不同。钛白，我国占88，国外占92.4；金属钛海绵钛，我国占10，国外占5.3；含钛钢及焊条涂料，我国占2.0，国外占2.3。 钛白不仅是性能优异的白色颜料，而且是重要的化工原料。它广泛用于涂料、油墨、塑料、橡胶、造纸和化纤工业。钛白涂料，色彩鲜艳，色调纯正；钛白是纸张的高级填料，使纸张薄而不透明，白度高，光泽好，强度大和光滑好用。钛白用于塑料工业，是不透明的着色剂；用于橡胶工业，使白色和浅色橡胶强度高，伸展率大，耐老化和不易褪色。它也是化学纤维的最佳消光材料，使透明的化纤具永久性消光效果，并可提高韧性。此外，还用于搪瓷、电器、电子原料等等方面。 表3.5.1钛的工业矿物 t3-5-1.jpg 表3.5.2各主要产地钛矿物原料基本特征 t3-5-2.jpg 钛精矿经冶炼成海绵钛后，再铸锭并制成工业纯钛和钛合金钛材。钛和钛合金钛材主要用于航空和宇航部门。与合金钢相比，钛合金可使飞机重量减轻40。其他如人造卫星外壳、飞船蒙皮、火箭发动机壳体、导弹等等，钛合金都可大显身手。非宇航部门使用工业纯钛和钛合金主要在于发电站冷凝器、接触海水装置、化学装置和一些机械工程等方面。尤其是海水淡化加热器用钛是钛工业发展中划时代事件。兵工部门将钛主要用于舰船和兵器生产。 金属钛除主要用于生产工业纯钛和钛合金外，另一用途是为钢铁工业生产钛铁合金和含钛钢。钛在钢中作为添加元素，可以改变钢的性能。使钢在同样回火温度下，具有更高的强度和硬度，或同样硬度要求下，回火到更高的温度。目前，我国含钛钢有高强度低合金钢、结构钢、不锈钢、耐热合金、超高强度钢和磁钢等钢种系列，广泛用于汽车、船舶和石油钻探等方面，已发展成为仅次于锰钢的第二大钢系。 主要含钛矿物金红石还是优质电焊条涂层不可缺少的原料。 表3.5.3列出了钛铁矿和金红石用于上述不同用途的技术经济指标要求。 表3.5.3钛铁矿和金红石技术经济指标及主要用途 t3-5-3.jpg 三、矿业简史 1789年，英国业余矿物学家格雷戈尔（William Gregor）神甫在其教区哥纳瓦尔州的默纳金山谷里的黑色磁性砂石（钛铁矿）中发现一种新的元素（钛），当时命名为“默纳金尼特”（Menaccanite）。 1795年，德国化学家克拉普罗特（M.H.Klaproth）在对岩石矿物作系统分析检验时发现一种新的金属氧化物，即是现在的金红石（TiO2）亦含有此新元素，他把此新元素以希腊神话中天地之子Titans泰坦神）命名为钛（Titanium）。“钛”亦即是格雷戈尔所称的“默纳金尼特”。 我国钛矿资源的地质勘查，主要是新中国成立后的50年代至60年代进行的，并相继投入开发；我国钛矿资源的深加工利用（生产钛白、焊条涂料、海绵钛、钛金属、钛材等），则是从1954年由北京有色金属研究院研制海绵钛开始，1958年沈阳有色金属加工厂建成海绵钛及钛材加工车间投产，60年代末开始形成钛工业体系（生产海绵钛、钛加工材等多种产品），至1997年，我国钛工业已形成矿山-冶炼-加工和科研-设计-生产-应用两个相互关联、比较完整的体系。我国是世界上钛精矿、锻轧钛、钛制品、钛氧化物和锐钛型钛白颜料的出口国之一。 一、资源状况 截至1995年底，世界金红石（包括锐钛矿）储量和储量基础分别为3330万t和16440万t，资源总量约2.3亿t（TiO2含量，下同），主要集中在南非、印度、斯里兰卡、澳大利亚。世界钛铁矿（TiO2）储量和储量基础分别为2.743亿t和4.353亿t，资源总量约10亿t；主要集中在南非、挪威、澳大利亚、加拿大和印度。 截至1996年底我国保有原生钛（磁）铁矿（折TiO2）储量35704.09万t（其中ABC级23191.50万t）；钛铁矿（砂矿）矿物储量3803.19万t（其中ABＣ级2147.17万t）；金红石矿物储量256.86万t（其中ABC级73.73万t；金红石TiO2储量750.86万t（其中ABC级242.43万t）。 若将我国1996年保有钛铁矿砂矿的ABC级矿物储量2147.17万t按含TiO2 48％折算，则其TiO2储量为1030.64万t，仅占同年世界钛铁矿TiO227000万t的3.83％；若再将其与原生钛磁铁矿岩矿（TiO2）的ABC级储量（23 191.50万t）中目前可利用的约占50％以粒状钛铁矿产出的（TiO2）储量11595.75万t相加，其TiO2总储量为12626.4万t，则占同年世界钛铁矿（TiO2）储量27000万t的47.76％，从这个意义上说，我国可称为世界钛铁矿资源最丰富的国家。 若将我国1996年保有金红石矿物的ABC级储量73.73万t按含TiO2 94％折算成TiO2储量为69.31万t，再加上同年金红石（TiO2）的ABC级储量242.43万t，合计为311.74万t，则占同年世界金红石（TiO2）储量3330万t的9.36％，由此可见我国金红石资源并不丰富。 二、地理分布 我国探明的钛资源分布在21个省（自治区、直辖市）共108个矿区（图3.5.1及表3.5.4）。主要产区为四川，次有河北、海南、广东、湖北、广西、云南、陕西、山西等省（区）。 钛磁铁矿岩矿主要矿床分布在四川省的攀枝花和红格，米易的白马，西昌的太和；河北省承德的大庙、黑山，丰宁的招兵沟，崇礼的南天门；山西省左权的桐峪；陕西省洋县的毕机沟；新疆的尾亚；河南省舞阳的赵案庄；广东省兴宁的霞岚；黑龙江省的呼玛；北京市昌平的上庄和怀柔的新地。其中四川省表内储量（TiO2 44256.32万t）占全国同类储量（TiO2 46522.83万t）的95.1％，河北省（TiO2 1544.46万t）占3.3％，陕西省占0.46％，山西省占0.35％。 1金红石岩矿 主要矿床分布在湖北省枣阳的大阜山；山西省代县的碾子沟；河南省新县的杨冲；山东省莱西县的刘家庄。其中湖北省金红石（TiO2）表内储量（534.43万t）占全国同类储量（750.86万t）的71.2％，山西省（154.79万t）占20.6％，陕西省（44.4万t）占5.9％。 图3.5.1中国钛矿分布图 m3-5-1.jpg 表3.5.4中国钛矿床一览表 t3-5-4.jpg 2钛铁矿砂矿 主要矿床分布在海南省万宁的保定、长安、兴隆，琼海的沙老、南港，陵水的乌石-港坡、万洲坡，文昌的辅前；广西壮族自治区藤县的东胜、三吉壤；广东省化州的平定；云南省保山的板桥；江西省定南的车步、赤水；湖南省岳阳的新墙河、华容的三郎堰；陕西省安康的月河恒口、大同。其中海南省钛铁矿矿物表内储量（1335.63万t），占全国同类储量（3811.68万t）的35％，云南省（1088.30万t）占28.6％，广东省（616.04万t）占16.2％，广西壮族自治区（521.70万t）占13.7％，江西省（117.95万t）占3.1％。 3金红石砂矿 主要分布在河南省西峡县的八庙子沟；山东省莱西县的刘家庄和储城市的上崔家沟；湖北省枣阳的大阜山；湖南省湘阴的望湘、岳阳的新墙河、华容的三郎堰；安徽省潜山的黄铺古井；海南省万宁县的保定。其中河南省金红石砂矿表内储量（218.45万t）占全国同类储量（256.86万t）的85％，山东省（17.68万t）占6.9％，湖北省（9.24万t）占3.6％，湖南省（6.99万t）占2.7％，安徽省占1.15％，海南省占0.58％。 三、资源特点 从矿石工业类型上看，我国钛资源主要是原生钒钛磁铁矿岩矿，TiO2储量46522.82万t，占全国钛资源TiO2总量49344.74万t的94.28％；其次是外生钛铁矿砂矿（TiO2储量1829.61万t）占3.71％；第三是金红石岩矿（其TiO2储量750.86万t）占1.52％；第四是金红石砂矿（其TiO2储量241.45万t）占0.49％。各不同矿石工业类型的资源特点概述对比如表3.5.5。 表3.5.5各工业类型钛矿石的资源特点表 t3-5-5.jpg t3-5-5-A.jpg 从地区来看，我国钛资源分布相当集中。钒钛磁铁矿集中于四川攀西地区与河北北部；钛铁矿砂矿集中于两广及海南岛，尤以海南岛为多。 一、矿床时空分布及成矿规律 钒钛磁铁矿岩矿床在成矿时空分布上，矿床主要受扬子地台西缘的盐源-丽江台缘拗陷、康滇地轴中段（攀西地区）近南北向深大断裂，以及沿其深大断裂于加里东期海西晚期侵位于上震旦统灯影组白云质灰岩中的基性岩（辉长岩、橄长岩、橄榄辉长岩）和基性超基性岩（辉长岩、辉石岩、橄榄岩）的控制，矿体呈似层状、带状赋存在岩体内（尤其在岩体的下部），属岩浆晚期分异型矿床。其次，矿床受华北地台北缘东西向深大断裂，以及沿其深大断裂于海西晚期侵位于前震旦系片麻岩、大理岩中的含矿基性杂岩体（辉长岩、苏长岩、斜长岩）的控制，矿体呈大小不等的脉状、透镜状、囊状，赋存在含矿母岩的接触带及其附近或岩体中，往往呈雁行排列、成群出现，属富含挥发分的铁矿浆沿含矿基性杂岩体形成后发育的断裂裂隙控制的岩浆晚期贯入型矿床。该类矿床集中分布在攀西地区（占同类储量的96％）；其次为承德地区的大庙、黑山、头沟、马营、铁马土沟，丰宁地区的招兵沟和崇礼地区的南天门（占同类储量3％）；此外，在陕西省洋县的毕机沟，山西省左权的桐峪、代县的黑山沟、黎城的西头，北京市怀柔的新地、昌平的上庄，河南省舞阳的赵案庄，广东省兴宁的霞岚，新疆的尾亚和黑龙江的呼玛等地也有分布。 钛铁矿砂矿床包括滨海沉积、残坡积和河流冲积等多种成因类型。其中①滨海沉积钛铁矿砂矿床，主要受各地质时代富含钛铁矿的岩浆岩或其他含矿母岩，以及风化、剥蚀、搬运、水动力和沉积环境等成矿地质条件综合因素的制约，成矿时代多属第四纪，主要分布在海南岛（省）东部沿海，即万宁市的保定、南桥、东澳-龙保、横山、坑垄，琼海市的沙老、南港、博敖、潭门、文峰岭，文昌市的辅前、三更寺，陵水县的乌石-港坡、万洲坡、新村港、南湾岭，崖县（三亚市）的马岭，儋县（儋州市）的龙山（占同类砂矿储量的73％）；其次是广东省徐闻县的柳尾、陆丰的甲子、阳江的南山海、吴川的吴阳，福建省厦门的黄厝、诏安的宫口，广西合浦的石康。②残坡积钛铁矿砂矿床，主要受海西、印支期富含钛铁矿的中基性岩（石英闪长岩、辉长岩）风化壳的控制，成矿时代以第四纪为主，主要分布在海南省万宁市的长安和兴隆（占同类储量的46％），其次是云南省保山的板桥，广西藤县的东胜、三吉壤、翰池和苍梧的新地，江西省定南的车步、赤水，陕西省安康的大同等地。③河流冲积钛铁矿砂矿床，主要受各类含矿母岩和风化、剥蚀、搬运、水动力和沉积环境等成矿地质条件综合因素的制约，往往在河流下游河床宽阔的河漫滩或阶地富集成矿，矿床规模以小型为主，成矿时代多属第四纪，主要分布在湖南省岳阳的新墙河、华容的三郎堰、湘阴的望湘，云南省勐海的勐河和勐往，陕西省安康的付家河和月河恒口，广西岑溪的义昌河，海南省陵水县的陵水河，吉林省珲春的珲春河等地。 金红石岩矿床主要受富含金红石的区域变质中基性岩（角闪岩为主）控制，属变中基性岩岩浆矿床；其次为受富含金红石的其他区域变质岩或沉积变质岩的控制，成矿时代多在加里东期以前，主要分布在湖北省枣阳的大阜山，山西省代县的碾子沟，浙江省瑞安的仙岩，陕西省大河的熊山沟，河南省西峡县的八庙子沟和新县的红显边、杨冲，山东省莱西的刘家庄等地。 金红石砂矿床其时空分布和成矿规律与钛铁矿砂矿相似（伴生或共生产出），或分布在金红石岩矿床分布区河流的下游河漫滩、阶地，成矿时代多属第四纪，主要分布在湖南省湘阴的望湘、岳阳的新墙河、华容的三郎堰，安徽省潜山的黄铺古井、张家冲、铁冶冲，广东省罗定县的云致，海南省万宁市的保定、乌石-港坡，广西壮族自治区北流的520矿区等地。 钛矿床在地质作用各阶段中的富集成矿规律是在晚期岩浆阶段，钛成独立矿物或成类质同象参与铁的氧化物，可以形成具工业价值的分异型和贯入型的钛铁矿、钛磁铁矿岩矿床。在风化作用条件下，因为钛矿物很稳定，在原生钛矿床或富含钛矿物的各类地质体（成矿母岩）及其附近或流水下游，分别形成残坡积、河流冲积和滨海沉积型钛铁矿、金红石砂矿床。在沉积的铝土矿及红土内有钛的聚集，主要是以钛铁矿、金红石、板钛矿等矿物存在的共（伴）生矿床。在变质作用条件下，可使含钛的泥质岩石中的钛再富集，也可使辉长岩、闪长岩中钛磁铁矿分解，形成金红石岩矿床。 二、矿床类型 我国钛矿床成因类型，最主要的是晚期基性、超基性岩浆结晶分异型和贯入型钒钛磁铁矿岩矿床；其次，是滨海沉积型钛铁矿、金红石（共生或伴生）砂矿床；砂矿据形成条件进而可分为沙丘型、岸滩阶地型、沙堤型、滨海底流型砂矿；第三，是富含钛矿物地质体风化富集形成的残坡积型钛铁矿、金红石砂矿床；第四，是产于富含钛矿物的基性岩或古老变质岩系中形成的区域变质、沉积变质型金红石、钛铁矿岩矿床；第五，是河流冲积或湖滨沉积型钛铁矿、金红石砂矿床（表3.5.6）。 三、典型矿床区 1.攀西地区钒钛磁铁矿岩矿床 该区包括攀枝花，西昌市的太和，米易县的白马和红格矿田，是我国钛资源分布最丰富、最集中的地区；该成矿区域位于扬子地台西缘盐源-丽江台缘拗陷与康滇地轴（中段）的交接部位，其成矿受区域性南北向的安宁河断裂、磨盘山-昔格达断裂和攀枝花断裂组成的川滇南北向构造带（北段），以及加里东期-海西期基性、超基性岩浆活动的控制，矿源主要来自地幔，矿石主要是钒钛磁铁矿。攀西地区自北往南有太和、白马、红格和攀枝花四个矿田共20多个矿床或矿段；其分布范围南北长达250km，东西宽20～50km，共探明钛磁铁矿岩矿的TiO2储量为65250.5万t占全国同类储量67774万t的96.3％）。 表3.5.6 我国钛矿床成因类型及分布 t3-5-6.jpg 图3.5.2攀枝花含矿辉长岩体岩相韵律 m3-5-2.jpg 攀枝花矿床（田）为岩浆晚期分异型钒钛磁铁矿矿床的典型代表之一，并已规模地开发利用。含矿辉长岩体侵入于震旦系观音崖组石英岩、条带状大理岩与灯影组白云质结晶灰岩中，呈走向北东、倾向北西、倾角50～60的单斜层岩体。岩体长19km、宽2km、厚2000～3000m；成矿后断裂把矿田由北向南分割为朱家包包、兰家火山、尖包包、倒马坎、公山和纳拉箐等6个矿区。含矿岩体层状构造发育，具韵律式结构特点并与矿带相关，即可划分为三个二级韵律层（其产状与岩体的流层状构造相一致），包括5个岩相带和9个矿带（图3.5.2。矿体呈厚大的似层状或透镜状，产于含矿辉长岩体的中下部及每个韵律层下部；主要矿体（矿带）位于第二个二级韵律层的下部。含矿带可见露头长度达10km以上，厚度70～500m，平均210m，已控制延深850m尚未尖灭；其中矿体厚度20～230m，平均130m，品位自上向下由贫变富，含矿率一般为50％～60％。矿石为钒钛磁铁矿，以海绵陨铁结构为主，浸（星）染状（贫矿）、条带状和块状（富矿）构造。矿石的主要金属矿物为钛磁铁矿、钛铁矿，次为磁铁矿、尖晶石类等，伴有少量磁黄铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿和硫钴矿等金属硫化物。在开采铁矿和综合利用钛、钒的同时，其他伴生组分（Co、Ni、Cu等）的综合利用也值得重视。 2.大庙岩浆晚期贯入型钒钛磁铁矿岩矿床 含矿基性杂岩体为苏长-辉长岩、斜长岩型，沿近东西向大庙-娘娘庙深断裂断续侵位于前震旦纪片麻岩和大理岩中；北西为主、北东、近东西向的基性岩墙也很发育。矿体的生成是在含矿母岩形成之后，富含挥发分的铁矿浆沿北北东向为主的断裂、裂隙贯入而成。主要矿体赋存在斜长岩断裂裂隙中，或在斜长岩与苏长-辉长岩的接触带及其附近，呈形态不规则和大小不等的扁豆状、透镜状、脉状、团块状等，产状陡立，向下延深数百米，在斜长岩中尖灭，部分矿体往往呈雁行排列，成群出现，并与含矿岩体相穿插，组成三个大致平行的矿化带（图3.5.3）。近矿围岩的钠黝帘石化、绿泥石化、纤闪石化、黑云母化等相当明显，一般有数米宽的蚀变带。矿床规模一般为中型或小型。矿体内部结构均匀，主要由致密状钒钛磁铁矿石组成。矿石为海绵陨铁结构和固溶体分离结构，浸染状、致密块状构造；矿石的金属矿物主要有钛磁铁矿、钛铁矿，其次有赤铁矿、黄铁矿、金红石，微量的磁黄铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿、方硫镍钴矿、辉砷钴矿等硫化矿物；非金属矿物有斜长石、纤闪石、绿泥石、紫苏辉石、钠黝帘石、阳起石、磷灰石、镁铁尖晶石等。 图3.5.3大庙矿床CC横剖面图 1.斜长岩；2.安山粗面岩；3.玢岩脉；4.钒钛磁铁矿；5.坑道；6.钻孔 m3-5-3.jpg 3.海南省万宁市长安风化残坡积型钛铁矿砂矿床（图3.5.4） 长安钛铁矿主矿体的分布与石英闪长岩体风化壳的分布基本一致；经对石英闪长岩的人工重砂分析及其风化剖面研究，查明石英闪长岩是该矿床的成矿母岩。石英闪长岩（海西－印支期）呈近东西向的不规则状岩株侵入于海西期的灰白色中粒斑状黑云母花岗岩基中；石英闪长岩呈灰黑色，半自形柱粒状结构，块状构造，主要矿物为粒径2～4mm的角闪石和中长石，次为石英（＜10％）和黑云母，含少至微量的磁铁矿、钛铁矿（0.42～1.25％，平均0.996％）、锆石（0.001％～0.011％，平均0.0065％）、磷灰石、褐帘石等。钛铁矿体主要分布在海蚀阶地石英闪长岩风化壳的含褐铁矿结核砂质粘土及其之下的风化石英闪长岩中（最大风化厚度达24.8m），且钛铁矿品位有自上往下由高渐低的变化趋势；其次是分布在风化石英闪长岩毗邻的冲沟或冲积沉积层中。钛铁矿体在剖面上的二元结构普遍；上部为棕红色含褐铁矿结核砂质粘土层，由粘土（为主）、褐铁矿结核（粒径多为0.2～2cm，含量2.5～25.3％，一般＞15％）、砂（石英、长石砂砾）及钛铁矿、锆石、磁铁石等组成，厚度1～4m，钛铁矿在该层富集，其品位一般在30～100kg/m3；下部过渡为风化石英闪长岩，主要由灰黄、灰棕色的粘土和高岭土组成，隐约可见原岩结构，风化厚度多在10m左右，最大达24.8m，钛铁矿品位较上部矿层低，一般在10kg/m3以上。该矿床共有11个矿体，分布面积129km2；其中Ⅱ号和Ⅰ号为主要矿体，长度3350～9400m，平均宽度794～1657m（最宽2068m），面积2.66～14.77km2，平均厚度4～6.5m（最大24.8m），钛铁矿平均品位21.8～40.6kg/m3（最高71.2～245.6kg/m3），伴生的锆石平均品位0.67～1.45kg/m3（最高3.67～6.10kg/m3）；钛铁矿矿物储量23.41万t（Ⅰ号矿体）～309.83万t（Ⅱ号矿体），锆石矿物储量1.56万t（Ⅰ号矿体）～5.76万t（Ⅱ号矿体）。全矿床11个矿体总储量为钛铁矿349.26万t（平均品位33.3kg/m3），锆石10.88万t（平均品位1.04kg/m3），属石英闪长岩风化成因的残坡积大型钛铁矿砂矿床。该矿床的钛铁矿呈铁黑色，金属-半金属光泽，碎屑粒状、棱角状（有时与石英、云母、角闪石连生），粒径以0.12～0.105mm（占25.89％）、＜0.09mm（占21.86％）和0.2～0.15mm（占20.97％）为主，次为0.15～0.12mm（占16.99％），少量0.3～0.2mm（占5.80％）、0.105～0.09mm（占5.66％）、0.5～0.3mm（占2.49％）、1～0.5mm（占0.64％）；经对14个钛铁矿样作单矿物分析，TiO2含量48.83～57.45％，平均52.91％。锆石呈无色透明为主、浅棕-深褐色为次，正方柱状晶形，金刚光泽，粒径以＜0.09mm为主（占66.04％），0.12～0.105mm为次（占17.12％），少量为0.15～0.09mm（占6.41％）、0.2～0.12mm（占8.85％）、0.5～0.2mm（占0.90％）；经对6个锆石样作单矿物分析，（Zr、Hf）O2含量为60.14％～64.55％，平均62.02％。 图3.5.4海南省万宁市长安残坡积钛铁矿砂矿区基岩地质图1.中粒黑云母斑状花岗岩；2.石英闪长岩；3.含褐铁矿结核砂质粘土；4.风化的石英闪长岩；5.钛铁矿体界线；6.冲沟；7.海蚀阶地；8.残坡积钛铁矿砂矿体 m3-5-4.jpg 4.海南省万宁市保定滨海沉积型钛铁矿砂矿床 矿体呈向北西突出的北东向弧形不规则带状，平行南海海岸线分布，其北段矿体形态不规则且宽度变化大，南段矿体形态较规则且宽度变化小。矿体全长17余km，平均宽度930m，平均厚度8.35m；平均品位为钛铁矿18.2 kg/m3、锆石3 kg/m3；钛铁矿矿物储量CD级226.09万t（其中C级207.31万t）、锆石矿物储量CD级37.31万t（其中C级34.42万t），属大型矿床。根据矿区地质和毗邻出露岩体人工重砂分析对比研究，该砂矿床的成矿物质（钛铁矿、锆石）来源主要是海西-印支期的灰白色中、粗粒似斑状黑云母花岗岩〔钛铁矿的品位为0.019～0.126％（重量，下同），锆石的品位为0.005％～0.037％〕和海西-印支期的石英闪长岩（钛铁矿的品位为0.42％～1.25％，锆石的品位为0.001％～0.011％）。矿床的成矿地质条件是含矿母岩风化残留的石英（为主）、钛铁矿、锆石等矿物，经地表流水搬运入海，在海岸沉积环境、海水分选富集和地壳升降运动的综合作用下，先后形成古沙堤、近代滨海沙堤、阶地和干涸湖组合的滨海沉积型钛铁矿、锆石砂矿床。矿体与围岩的界线不清晰，需靠样品的分析品位圈定。根据矿石的重砂全分析，矿石的矿石矿物为钛铁矿和锆石；可伴生利用的矿物为独居石和金红石；其他矿物主要是中-细粒的石英，此外还有磁铁矿、电气石、黑云母、石榴子石、绿帘石、铬铁矿、榍石、褐铁矿、赤铁矿、菱铁矿、角闪石、透闪石、白钛石、锐钛矿、刚玉、黄晶石、黄铁矿、重晶石等。钛铁矿呈黑、深褐黑色，金属-半金属光泽，不规则粒状、滚圆状或棱角状，粒径以0.2～＜0.09mm为主，个别达0.3mm；据13个钛铁矿单矿物分析，TiO2含量46.11～50.37％（平均49.81％），含Nb2O5 0.061～0.097％，含Ta2O5 0.015～0.022％。锆石呈无色透明（为主）、淡黄、淡褐色，金刚光泽，正方柱状或双锥柱状（其长短轴之比无规则），粒径以0.125～＜0.09mm为主，个别达0.2mm；据13个锆石单矿物分析，（Zr、Hf）O2含量62.25％～67.95％（平均66.8％）。 5.湖北省枣阳市大阜山变质型金红石矿床 矿床赋存于秦巴地槽区北部中新元古代深变质基性岩（变辉长辉绿岩）中，位于枣阳市北东约25km大阜山。含矿岩体呈近南北轴向的椭圆状，长约6000m，宽约3000m；含矿岩石有石榴石角闪石岩、钠黝帘石岩、角闪钠黝帘石岩等；矿体呈似脉状、似层状、透镜状，产状与变质基性岩体一致；金红石是在深变质作用影响下含钛矿物解离、析出的钛再结晶的产物，呈浸染状与石榴子石共生。矿石含TiO2平均品位2.29～2.41％，表内储量（TiO2）558.4万t，属大型矿床。在矿床分布区的残坡积和冲积层中，还产有金红石砂矿床。 6.山西省代县碾子沟岩浆型金红石矿床（图3.5.5） 矿床赋存于侵入在新太古界石咀亚群金岗库组的变质超基性岩体中。含矿岩体呈100m400m的小岩株；含矿岩石为超基性岩变质而成的阳起透闪岩、绿泥透闪岩。矿体呈似层状，长度100～400m，宽度10～80m，倾向延深900m；其顶、底板岩石为斜长角闪岩；具有规模大、埋藏浅、宜露采等优点。矿石含TiO2平均品位2.2％，表内储量（TiO2）达133.2万t，属大型矿床。 图3.5.5代县碾子沟金红石矿床剖面图Hbgn.角闪斜长片麻岩；Bigt.黑云变粒岩；Is斜长角闪岩；Isgt.斜长角闪岩夹变粒岩；Ruho.含金红石阳起透闪岩；Cho.绿泥透闪岩；Qzsc.石英滑石片岩；Ath.直闪岩 m3-5-5.jpg 一、地质勘查 钛磁铁矿、钛铁矿、金红石岩矿床和钛铁矿、金红石砂矿床的地质勘查，勘探类型划分为四级，各级勘查手段与勘探工程网度（间距）和矿床工业指标均各不相同。根据全国矿产储量委员会矿床地质勘探规范汇编（1987年6月）和矿产工业要求参考手册（1986年3月），以及典型矿床勘探实际，将其概述于表3.5.8中。 二、矿山开采 钛磁铁矿和金红石岩矿床的矿山开采方法主要是露天开采（包括山坡露天开采和凹陷露天开采），其次是地下开采（包括无底柱分段崩落开采法、有底柱分段崩落开采法、房柱空场开采法等）；钛铁矿、金红石砂矿床的矿山开采方法，又可按成因不同分为风化残坡积型的水力机械化开采和滨海沉积型的采砂船开采。各开采方法的应用条件、优缺点及主要技术经济指标概列于表3.5.9中。 三、选矿与加工技术 钒钛磁铁矿这是我国钛铁矿岩矿床的主要矿石类型。根据攀枝花矿山公司的选矿研究和生产实践，其钛铁矿精矿的选矿是在对钒钛磁铁矿石经一段磨矿（-0.4mm），一粗、一精、一扫的磁选流程磁选出磁铁矿精矿（Fe 51％～52％，TiO2 12.6％～13.4％，V2O5 0.5％～0.6％）之后的磁尾（矿）进行。磁尾矿（含TiO2 7％～9％）中粒状和部分片晶状钛铁矿精矿的选矿方法工艺流程如图3.5.6所示。选矿厂选钛车间设计指标见表3.5.7。 表3.5.7攀枝花矿山公司选矿厂选钛车间设计指标 t3-5-7.jpg 图3.5.6攀枝花钛精矿选矿流程示意图① ①据攀枝花矿山公司 m3-5-6.jpg 钒钛磁铁矿石以Fe与Ti形式致密共生赋存在钛磁铁矿中的TiO2（约占攀西地区TiO2总储量的53％），由于赋存状态、粒度，以及在高炉冶炼绝大部分没有被还原而以TiO2形式进入炉渣的化学反应特性等因素，目前还难以用机械选矿方法回收利用。但是，随着攀枝花钢铁研究所和北京钢铁研究总院对钛磁铁矿的铁、钛、钒综合回收而对冶炼工艺和技术的改进与提高，现已基本上打通流程，取得了积极的成果。此外，还开展了还原磨选制取铁粉和综合回收钒钛的试验。其流程是 钒钛铁精矿 铁粉 燧道窑碳还原 V2O5 破碎磨矿 富钒钛料湿法分离 TiO2 重磁选分离 表3.5.8 钛磁铁矿、钛铁矿、金红石矿床勘探类型划分、工程网度及工业指标 t3-5-8.jpg 表3.5.9主要采矿方法的技术条件、优缺点及技术经济指标对比 t3-5-9.jpg 钛铁矿、金红石砂矿这是我国目前生产钛铁矿和金红石精矿的主要矿石类型。根据海南中兴精细陶瓷微粉总厂和海南省冶金工业总公司所属沙老、南港、清澜铺前、乌场（保定）4个国有钛（砂）矿的生产实践，其钛铁矿、金红石、锆石、独居石砂矿的采矿、选矿工艺流程和各种精矿的技术指标如图3.5.10。采矿的回采率＞95％，贫化率＜5％，选矿的总回收率达80～85％。 为了提高资源的利用率和经济效益，减少中矿、尾矿的积压和对环境的污染，广州有色金属研究院曾专题研究了“海南岛海滨砂矿难选中矿钛元素赋存状态及综合回收途径”（第三届全国矿产资源综合利用学术会议论文集，1990年）。该研究、试验表明①钛元素主要赋存在以Ti4与Fe2呈类质同象置换而形成的钛-铁矿系列中；其中钛铁矿（含TiO2 52％～54％）和富铁钛铁矿（含TiO2 46％）所占的比例达66.2％，其次是富钛钛铁矿（含TiO2 56％～58％）占19.2％，钛赤铁矿（含TiO2 10.7％～19.5％）占14.6％。此外，钛元素还少量地赋存在金红石、锐钛矿、白钛石和榍石中。②难选中矿属钛铁矿、锆石、独居石、金红石、锐钛矿等的混合矿物，矿物粒度0.2～0.08mm（属可选粒度）；采用二碘甲烷介质作“沉浮”选矿，比重＜3.3的非有用矿物的上浮排除率达19.76％，比重＞3.3的有用重矿物下沉产率达73.5％。③在下沉的重矿物中，除主收钛铁矿外，可综合回收锆石、独居石、富钛钛铁矿和金红石；其有效的选矿流程有二其一是有用重矿物经电磁选场强6000Oe分选出占钛铁矿矿物比例88.1％的磁性产品（TiO243％），再经800℃、10min的氧化焙烧，最后经场强650 Oe弱磁选，在磁选产品中可获得TiO250～51％的钛铁矿精矿产品；其二是有用重矿物（钛铁矿粗精矿，含TiO243～46％）经电选（2.1kV，120r／min），在导体产品中可获得TiO2 51～53％的钛铁矿精矿产品。④在经场强800012000 Oe磁选的尾矿中，再采用浮选，可获得合格的独居石精矿；再对其经场强＞20000 Oe磁选的非电磁性重矿物尾矿中，采用电选，可在非导体性产品中获得合格的锆石精矿，在导体性产品中获得合格的金红石精矿。 图3.5.7氯化法钛白工艺流程示意图 m3-5-7.jpg 图3.5.8盐酸法钛白工艺流程示意图 m3-5-8.jpg 图3.5.9传统硫酸法钛白工艺流程图图 m3-5-9.jpg 图3.5.10海南中兴湖桥精选厂工艺流程图 m3-5-10.jpg 中矿1和中矿2回复重选，直至钛铁矿、锆石回收率达80～85之后，作尾矿堆存 表3.5.10 硫酸法、氯化法、盐酸法生产钛白的生产工艺及优缺点比较表 t3-5-10.jpg 国内外钛矿资源的90％以上用于生产钛白，钛白的生产工艺流程，主要有先进的氯化法（图3.5.7）、盐酸法（图3.5.8）和传统的硫酸法（图3.5.9），其生产工艺及优缺点比较见表3.5.10。 四、环境保护 我国钛资源（TiO2）的94.3％赋存在钒钛磁铁矿矿床中。钒钛磁铁矿是铁、钛、钒共生，同时还有钴、镍、铜、镓、钪等多种元素具综合回收价值的多金属共生矿。至1989年，从露采采出的矿石约75％变成尾矿和高炉渣没有被利用；矿石中的主要七种元素，除铁已利用和钛、钒部分回收利用之外，钴、镍、镓、钪虽选矿回收到铁、钛精矿中，但冶炼中尚没有能回收利用；钒、钛的回收率低，特别是钛资源的选矿回收率仅47％、冶炼回收率53.27％，钛资源总利用率只有25.04％。 为了提高钒钛磁铁矿开发利用的资源效益、经济效益和生态环境效益，其一要从工艺技术设备先进可行和经济上合理的角度，极大地提高铁、钛、钒和钴、镍、镓、钪等有用元素的全面综合回收利用，极大地减少生产废渣、废气、废水的总量及经科学处理后的达标排放，极大地消除对环境的污染；其二要注重矿山开采对生态环境的破坏、采场边坡的稳固安全、防止崩塌和泥石流，以及与采矿同步推进的生态环境的恢复和重建；其三要注重采场、选场、冶炼厂、生活区总体建设的环境影响评价、合理布局和绿化、美化，提高企业和员工的环境保护意识，坚持项目建设与环境保护同时设计、同时施工、同时投产使用的“三同时”制度，做到思想落实、组织落实、资金落实、技术设备落实、可行措施落实。 对钛铁矿、金红石砂矿开发利用的环境保护，同样要坚持前述的原则、制度和要求。特别是开采滨海砂矿，要注重沿海防护林的保护、防止海岸的侵蚀，及时做好采矿后的复垦和生态环境重建工作。 一、生产现状 随着国民经济的发展、人民物质生活水平的提高、进出口贸易的加强，对钛矿原料及钛矿有关加工产品（含未锻轧钛、锻轧钛及钛制品、钛氧化物、海绵钛和钛白）的需求量将不断增长。我国丰富的钛矿资源，为发展钛工业提供了有利的物质条件。全国已投入开发利用的矿区47个，已建规模（矿石生产能力）为2205万t／a；可规划利用的矿区71个，可建规模（矿石生产能力）为2980万t／a。其中，已投入开发的原生钛（磁）铁矿区10个，保有储量（TiO2）5528.8万t，已建规模为矿石1380万t／a；已投入开发的钛铁砂矿区29个，保有储量（矿物）1446.18万t，已建规模为矿石（砂）785万m3／a；已投入开发的金红石矿区8个，保有储量（矿物）591.01万t，已建规模为矿石40万m3／a。 1995年，中国钛铁精矿（含0.206万t钛渣）产量（TiO2）34.65万t（比1994年21.79万t增加59.0％，其中由钒钛磁铁矿中选出的钛铁精矿9万t），占世界同年总产量331万t的10.47％，排在澳大利亚、南非、加拿大之后居第4位；金红石产量（TiO2）2.20万t（比1994年2.35万t减少6.4％），占世界同年总产量35万t的6.28％，排位在澳大利亚、南非、塞拉利昂之后居第4位。钛矿原料约90％用于深加工生产钛白，约10％深加工生产海绵钛和钛金属。1995年，我国钛白产量为12.18万t（比1994年的7.75万t增加57.16％）；海绵钛产量为1323t（比1994年的853t增加55.10％），占同年世界产量5.46万t的2.42％；钛金属产量为1589.7t（比1994年的1143t增加39.08％）（表3.5.11）。 表3.5.11我国钛矿及有关加工产品生产、进出口统计表