攀枝花地区某钒钛磁铁矿工艺矿物学研究

李亮;罗建林

【摘 要】通过激光显微光谱分析、光谱半定量分析和电子探针定量分析等手段,对攀枝花地区某钒钛磁铁矿进行了详细的工艺矿物学研究,查明了矿石的物质组成、主要矿物嵌布特性和主要有益元素赋存状态,研究结果可作为该钒钛磁铁矿资源合理开发利用的基础参考依据. 【期刊名称】《金属矿山》 【年(卷),期】2010(000)004 【总页数】5页(P89-92,109)

【关键词】钒钛磁铁矿;工艺矿物学;物质组成;矿物嵌布特性;有益元素赋存状态 【作 者】李亮;罗建林

【作者单位】攀枝花学院;攀钢集团攀枝花钢铁研究院 【正文语种】中 文

攀枝花钒钛磁铁矿是我国著名的三大共生矿产之一,矿石中共生有铁、钒、钛 3种主要的有益元素,同时还伴生有钴、镍、铬、锰、铜、硫、镓、钪、稀土及铂族元素,伴生的有益元素含量都达到了综合利用指标[1]。有资料显示攀西地区探明钒钛磁铁矿 100多亿 t,铁矿石储量约占全国储量的 74%,仅次于鞍山-本溪铁矿区,居全国第 2。主要矿区分为攀枝花铁矿区、白马铁矿区、红格铁矿区和太和铁矿区,各矿区的矿石成分存在一定的差异。目前,已开发利用的矿区主要是攀枝花铁矿区和白马铁矿区。现有的攀钢生产流程运行指标显示,攀钢只从其钒钛磁铁矿资源中回

收了一部分铁、钒、钛:铁方面,从原矿到含钒铁水,总回收率为 70%;钒方面,从原矿到钒渣,总回收率为 35%;钛方面,从原矿到钛精矿,总回收率为 24%;其他元素的回收仍处于试验研究中。从以上数据可以看出,有益元素的回收率很低,钒钛磁铁矿的综合回收利用价值没有得到充分的体现。因此,怎样提高钒钛磁铁矿中有益元素的回收率成为摆在广大科技工作者面前的一大艰巨任务。本研究对攀枝花地区尚未开发的某钒钛磁铁进行工艺矿物学研究,以期为该钒钛磁铁资源的科学合理利用提供依据[2]。 1.1 化学成分

经光谱定性分析,原矿除含有铁、钒、钛以外,还含有铝、硅、镁、钙、锰、钴、镍、铜、锌、钠、铅、钽、镓、钇等有价元素。 原矿化学多元素分析结果见表 1。 1.2 矿物组成

矿石中主要金属矿物为钛磁铁矿、钛铁矿,另有少量的赤铁矿、褐铁矿、针铁矿及次生磁铁矿;硫化物以磁黄铁矿为主,另有少量的钴镍黄铁矿、黄铁矿、硫钴矿、硫镍钴矿、黄铜矿及墨铜矿等;脉石矿物以钛普通辉石、斜长石为主,次为橄榄石、钛闪石,另有少量的绿泥石、蛇纹石、绢云母、伊丁石、葡萄石、榍石、透闪石、绿帘石、黝帘石、黑云母、柘榴石、磷灰石、方解石等[3]。各矿物在原矿中的含量见表 2。 2.1 钛磁铁矿

钛磁铁矿一般呈自形、半自形或他形粒状产出,粒度粗大,易破碎解离;只有极少量呈片晶状包裹于钛普通辉石中,因片晶细小难以解离 (图 1)。

钛磁铁矿实际上是磁铁矿、钛铁晶石、镁铝尖晶石及少量钛铁矿片晶所组成的复合矿物相。钛铁晶石化学式为 2FeO·TiO2,片晶微细,厚度小于 0.5 μm,长达 20μm,在钛磁铁矿中体积分数为 25%～30%,沿磁铁矿 (100)切面上呈两组固溶体分解连晶。

由化学物相分析可知,钛磁铁矿颗粒中以钛铁晶石形式存在的 TiO2占 82%～89%。 镁铝尖晶石呈片晶状及粒状或呈丁字状、浑圆状产出,不均匀地分布于钛磁铁矿中。片晶的厚度为 4～1μm,长达 50～20μm;粒状的大部分为 4～2 μm(图 2)。 钛铁矿片晶是指钛磁铁矿颗粒中的板状、格状钛铁矿,主要沿磁铁矿 (111)面,个别沿 (100)面呈不混溶片晶产出。片晶厚度为 15～1μm,常贯穿于整个颗粒。 综上所述,钛磁铁矿复合矿物相是以磁铁矿为主体的钛磁铁矿显微连晶,钛铁晶石、镁铝尖晶石和少量的钛铁矿片晶因颗粒微细而难以解离,其中的两种含钛矿物必然与磁铁矿一起进入铁精矿中[4]。

此外,钛磁铁矿中有少量呈乳滴状的磁黄铁矿及呈细脉状或不规则粒状的黄铁矿等,它们是钴、镍元素存在于钛磁铁矿中的主要原因。

为考察钛磁铁矿的化学成分,分离出单矿物进行化学分析,其结果见表 3。 2.2 钛铁矿

指矿石中的粒状钛铁矿,是分选回收的主要含钛矿物。粒状钛铁矿常与钛磁铁矿密切共生 (图3),或分布于硅酸盐矿物颗粒之间,呈半自形或他形粒状,颗粒粗大,易破碎解离。粒状钛铁矿约占钛铁矿总量的 90%。

为考察钛铁矿的化学成分,分离出单矿物进行化学分析,其结果见表 4。通过光谱半定量分析,钛铁矿中还含有 0.005%的砷、0.000 2%的镱、0.005%的锌。钛铁矿在理论上为 FeO·Ti O2,TiO2含量应为 52.67%,表 4所列数值偏低,为 50.29%,是因为矿物不纯。

为进一步查明钛铁矿中镁的赋存状态,进行了激光显微光谱分析,,结果显示钛、铁、镁是正消长关系,说明镁绝大部分是以类质同象形式存在,但在谱线上出现几点镁元素偏高,表明可能存在微细含镁矿物的包裹体[5]。

从镜下观察可知,钛铁矿颗粒中有网脉状硅酸盐矿物及沿裂隙分布的镁铝尖晶石和细脉状赤铁矿,脉宽 2～lμm,有时也包含少量乳滴状或细脉状硫化物。

综上所述,钛铁矿中少量的机械包裹体对钛精矿质量会有一定影响,但镁、锰等杂质是与铁置换呈类质同象,与钛并无置换现象,因此分选钛铁矿时应可以获得 Ti O2品位为 48%以上的钛精矿。 2.3 硫化物 2.3.1 磁黄铁矿

磁黄铁矿为主要的硫化矿物,占硫化物总量的90%以上。由于其与钴镍硫化物紧密共生,因而是分选富集钴镍的主要对象。磁黄铁矿呈浸染状分布在氧化物、硅酸盐矿物颗粒间,分布不均 (图 4);少数呈乳滴状、叶片状或不规则粒状产出于钛磁铁矿和钛铁矿的裂隙中,或者交代镁铝尖晶石和钛铁矿片晶;另有少量呈叶片状产出于硅酸盐矿物颗粒中。呈浸染状的颗粒常被黄铁矿或磁铁矿沿其边缘或裂隙交代[4]。电子探针半定量分析结果表明,磁黄铁矿本身也含有微量的钴和镍,钴含量为 0.25%～0.30%,镍含量为 0.11%～0.08%。 2.3.2 钴镍黄铁矿

含钴量不等的钴镍黄铁矿的化学式为 (Co,Ni,Fe)9S8,是矿石中主要的钴镍矿物,大约占硫化物总量的 0.5%。钴镍黄铁矿一般呈自形、半自形或叶片状、乳滴状产出,粒度微细,大部分小于 10μm,个别大者可达 30μm,最小者为 0.8μm,分布极不均匀。大部分钴镍黄铁矿在磁黄铁矿颗粒中成包裹体,或在其边缘共生 (图 4)。 采用电子探针对钴镍黄铁矿的化学成分进行定量分析,结果见表 5。可以看出,钴镍黄铁矿的钴镍含量变化很大。 2.3.3 硫钴矿和硫镍钴矿

硫钴矿和硫镍钴矿含量极少,多呈自形、半自形或呈针状、片状嵌布于磁黄铁矿颗粒边缘或中间,粒度微细,大部分小于 0.1μm,个别大者可达 15μm。 硫钴矿和硫镍钴矿的电子探针分析结果见表6。 2.3.4 黄铜矿

黄铜矿含量极少,占硫化物总量的 0.3%～0.2%,多呈细小他形粒状与磁黄铁矿共生,或以微细晶粒嵌布于硅酸盐矿物中,但不与钴镍矿物共生,粒度大部分为 0.02～0.001 mm。 2.3.5 墨铜矿

墨铜矿在个别样品中可见到,呈叶片状产出于黄铜矿中,其片晶宽度小于 0.003 mm。 2.3.6 黄铁矿

黄铁矿在样品中少见,多呈半自形、他形粒状交代磁黄铁矿,有时也见呈细脉状产出。粒度一般为0.1～0.03 mm。

根据硫化物中钴镍铜矿物的嵌布粒度及其共生关系,选矿时它们应与磁黄铁矿 (黄铁矿)一并回收。因此,对分离出的硫化物进行了化学分析,以便考察硫化物中钴、镍、铜等元素的含量,其结果见表7。光谱半定量分析结果表明,样品中还含有锌0.005%,钇 0.000 15%,铒 0.003%,银 0.5 g/t。 2.4 脉石矿物

脉石矿物中钛普通辉石及斜长石占脉石总量的90%以上,其中钛普通辉石占脉石总量的55%～57%,所以在矿物定量及分离单矿物时,将脉石按密度归为两类:密度大于 3 g/cm3者归为钛普通辉石等,密度小于 3 g/cm3者归为斜长石等,它们各自所包括的矿物见表 2。

钛普通辉石是主要脉石之一,多呈自形、他形粒状,分布于金属矿物颗粒间,在接触处常有钛闪石或橄榄石反应边。在辉石中常见钛磁铁矿片晶沿其解理呈格状、片状分布,片宽小于 0.005 mm(见图 1)。另外,在辉石中偶见钛铁矿片晶、微细粒状铁钛氧化物及硫化物的包裹体。钛普通辉石等脉石的主要有益组分的化学分析结果见表 8。光谱半定量分析结果表明,钛普通辉石还含有铅 0.000 5%,锌0.005%,镧 0.000 5%,钇 0.002%,镱 0.000 3%,铒0.003%。

斜长石占矿物总量的 35%以上,呈半自形或分形粒状分布于金属矿物或脉石矿物之

间 (见图 1),少量受次生变化变为绿泥石、绢云母等。斜长石等脉石的主要有益组分的化学分析结果见表 9。光谱半定量分析结果表明,斜长石还含有硼 0.001%,锑0.001%,铋 0.000 5%,铅 0.000 5%,锌 0.005%,银0.0001%,钇 0.0003%,镱 0.0001%,镧0.001 5%。

根据原矿化学物相分析结果,结合单矿物的化学成分和矿物相对含量,计算原矿中主要有益组分的平衡关系,结果见表 10～表 14。

由表 10～表 14,可以看出原矿中几种主要有益元素的赋存规律如下:

(1)铁。原矿中的铁有 78.53%赋存于钛磁铁矿中,选矿时将进入铁精矿;有 8.52%赋存于钛铁矿中,选矿时将进入钛精矿;有 3.75%以硫化铁形式存在,选矿时将进入硫精矿;有 9.20%以细微包裹体或少量类质同象状态存在于脉石矿物中,选矿时将损失。 (2)钛。原矿中的钛 (以 TiO2计)有 55.69%以钛铁晶石和钛铁片晶形式赋存于钛磁铁矿中,选矿时将进入铁精矿;有 38.95%赋存于钛铁矿中,选矿时将进入钛精矿;有 5.29%呈微细包裹体存在于脉石矿物中,选矿时将损失。

(3)钒。原矿中的钒 (以 V2O5计)有 93.86%存在于钛磁铁矿中,选矿时将进入铁精矿;有1.37%存在于钛铁矿中,选矿时将进入钛精矿;其余的将在选矿时损失。 (4)钴。原矿中的钴有 48.58%赋存于钛磁铁矿中,选矿时将进入铁精矿;有 4.72%赋存于钛铁矿中,选矿时将进入钛精矿;有 35.85%赋存于磁黄铁矿中,选矿时将进入硫精矿;其余的将在选矿时损失。

(5)镍。原矿中的镍有 40.17%存在于钛磁铁矿中,选矿时将进入铁精矿;有 3.43%赋存于钛铁矿中,选矿时将进入钛精矿;有 46.15%赋存于磁黄铁矿中,选矿时将进入硫精矿;其余的将在选矿时损失。

(1)攀枝花地区某钒钛磁铁矿除含有铁、钒、钛以外 ,另含有铝、硅、镁、钙、锰、钴、镍、铜、锌、钠、铅、钽、镓、钇等有价元素。

(2)该钒钛磁铁矿的主要矿物相为钛磁铁矿、钛铁矿、硫化物、钛普通辉石和斜长

石。

(3)矿石中的铁有 78.53%赋存于钛磁铁矿中,是选铁的主要对象,另有 8.52%和 3.75%将在选矿时分别进入钛精矿和硫精矿;TiO2有 38.95%赋存于钛铁矿中,是选钛的主要对象,另有 55.69%将在选矿时进入铁精矿;V2O5绝大部分 (93.86%)赋存在于钛磁铁矿中,将在选铁时随铁进入铁精矿。

【相关文献】

[1] 韩启盛.红格钒钛磁铁矿选矿半工业试验研究[J].钢铁钒钛,1994,15(8):34-38. [2] 朱俊士.钒钛磁铁矿选矿及综合利用[J].金属矿山,2000(1):1-4.

[3] 张俊辉,张 渊,杨永涛.某钒钛磁铁矿选铁工艺流程研究[J].矿产综合利用,2008(7):19-22. [4] 刘明培.浅析攀枝花钒钛磁铁矿钒的分布规律[J].矿业工程,2009(5):9-12.

[5] 朱俊士.攀西钒钛磁铁矿主要元素赋存状态及回收利用[J].矿产保护与利用,2008(5):38-42.