某海濱砂礦重選毛砂工藝礦物學(xué)研究

張莉莉，梁冬云，李 波，洪秋陽

廣東省工業(yè)技術(shù)研究院(廣州有色金屬研究院)，廣東 廣州 510650

濱海砂礦具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是鋯石、金紅石、獨(dú)居石、鈦鐵礦及錫石的重要開采源，其分布廣泛，而且具有勘探、開采簡單，選礦、冶煉方便等優(yōu)點(diǎn)，受到了各國的重視[1-3].本文以國外某濱海砂礦的重選毛砂為研究對象，充分查明該毛砂的物質(zhì)組成和有價(jià)礦物的性質(zhì)特點(diǎn)，以及影響鋯、鈦、稀土及鐵回收的礦物學(xué)因素，目的是為該毛砂精選工藝流程的合理制定提供翔實(shí)的工藝礦物學(xué)依據(jù).

1 砂礦物質(zhì)成分

該毛砂多元素化學(xué)分析結(jié)果列于表1.由表1可知，毛砂中的主要有價(jià)金屬為鈦、鋯、稀土和鐵，以及伴生少量鈮.

表1 原砂多元素化學(xué)分析結(jié)果Tabel 1 Multi-element analysis results of the ore

用礦物自動(dòng)定量檢測設(shè)備(MLA)對該毛砂進(jìn)行礦物定量檢測，結(jié)果列于表2.由表2可知，該礦砂中鈦礦物為鈦鐵礦和少量富鈦鈦鐵礦，以及金紅石、少量榍石和微量鈣鈦礦；鋯礦物為鋯石和微量斜鋯石；稀土礦物以獨(dú)居石為主，以及少量磷釔礦；鐵、鉻礦物有鈦赤鐵礦、磁鐵礦和鉻鐵礦；脈石礦物較少，主要為石榴石、綠簾石、角閃石、榍石和石英、長石等.

表2 原砂礦物定量檢測結(jié)果Tabel 2 Quantitative detection results of the ore

2 鈦、鋯、稀土和鐵礦物的粒度分布

用MLA測定該毛砂的粒度，圖1為毛砂中各主要礦物的粒度分布曲線.從圖1可見，毛砂中各主要礦物的粒度大小相近，粒度范圍均較窄，主要集中在0.04～0.125 mm之間，為磁、重法分選的最佳粒度.

圖1 毛砂中各主要礦物的粒度分布

Fig.1The grain size distribution of major valuable minerals in the gross sand

3 鈦、鋯、稀土和鐵礦物選礦工藝特性

3.1 鈦鐵礦

該毛砂中含有鈦鐵礦和富鈦鈦鐵礦，由掃描電鏡能譜進(jìn)行化學(xué)成分多點(diǎn)分析可知，該富鈦鈦鐵礦含鈦量變化較大，TiO2含量為53.02%～76.02%，平均為64.41%.磁性分析結(jié)果表明，二者的磁性有差別，分別在300～450 mT和500～650 mT場強(qiáng)下進(jìn)入磁性產(chǎn)品中.鈦鐵礦大多呈鐵黑色、次棱角粒狀的單體顆粒，少數(shù)為含角閃石、鉭鈮鐵礦、鋯石等的微細(xì)包裹體；在表生風(fēng)化過程中部分鈦鐵礦中的鐵離子被淋濾，從而變成富鈦鈦鐵礦，進(jìn)一步蝕變?yōu)榘租伿?圖2).

3.2 金紅石及鋯石

金紅石中常含類質(zhì)同象或機(jī)械混入的雜質(zhì).該毛砂中的金紅石普遍含硅和鐵，部分金紅石含鈮、鉻、鈣、鋁等雜質(zhì)，通過金紅石單礦物分析，TiO2含量為90.41%.該金紅石呈長柱狀或圓棒狀，大多數(shù)為單體顆粒，個(gè)別與獨(dú)居石、鋯石連生.

圖2 鈦鐵礦氧化蝕變?yōu)楦烩佲佽F礦

該毛砂中鋯石多數(shù)為單體，但普遍可見表面或裂隙中存在鐵染(圖3)，并且部分鋯石為含磁鐵礦、鈦鐵礦、磷灰石、黑云母、綠泥石及石英等包裹體.因此，該鋯石品質(zhì)稍差，含鋯偏低.用掃描電鏡能譜進(jìn)行化學(xué)成分多點(diǎn)分析，結(jié)果表明該鋯石中含有程度不等的鐵，并且含有鉿， HfO2平均含量為1.64%，已達(dá)到鋯精礦中鉿綜合回收的品位要求.

圖3 鋯石顆粒

3.3 獨(dú)居石

該毛砂的獨(dú)居石中Th和U含量較高，并有少量Ca替代稀土，絡(luò)陰離子部分有[SiO3]4-代替[PO4]3-.單礦物分析，REO含量為60.70%， ThO2為3.25%.該獨(dú)居石絕大多數(shù)呈單體顆粒存在，但在掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，少部分獨(dú)居石中包含麻點(diǎn)狀石英或絹云母(圖4)，也見獨(dú)居石中包含鋯石、釷石等，少量微細(xì)獨(dú)居石呈微細(xì)粒包裹于鋯石、金紅石等礦物中.

圖4 獨(dú)居石中包含大量麻點(diǎn)狀絹云母

Fig.4A significant amount of foveolate muscovite in monazite

3.4 鈦赤鐵礦及磁鐵礦

該毛砂的鈦赤鐵礦中含數(shù)量不等的鈦，并含少量錳，呈次磨圓狀，多為單體顆粒，少數(shù)與榍石連生.

該毛砂的磁鐵礦中含鈦較低，大多呈單體粒狀，呈現(xiàn)一定程度的氧化，有的表面有溶蝕孔洞，個(gè)別與石英、釷石連生，也見磁鐵礦中含石英、綠泥石包裹體.

4 砂礦中主要有價(jià)元素的賦存狀態(tài)

4.1 鈦、鋯和鐵的賦存狀態(tài)

在礦物定量的基礎(chǔ)上，分別對分離單礦物TiO2，Zr(Hf)O2和Fe進(jìn)行化學(xué)分析，三者在各主要礦物中的分配列于表3.

表3中鈦的平衡分配表明：鈦鐵礦(含富鈦鈦鐵礦)、金紅石和榍石中的鈦，分別占原砂中總鈦的90.37%，4.32%和0.37%；賦存于鈦赤鐵礦、磁鐵礦、鉻鐵礦和鋯石中的鈦，分別占原砂中總鈦的4.58%，0.05%，0.03%和0.01%；以微細(xì)包裹體存在于石英等脈石礦物中的鈦，占原砂中總鈦的0.27%.鈦鐵礦和金紅石的理論品位分別約為51%和90%，理論回收率分別約為90%和4%.

表3中鋯的平衡分配表明：以鋯石和斜鋯石礦物形式存在的鋯，分別占原砂中總鋯的98.61%和0.03%；以微細(xì)鋯石包裹體存在于鈦鐵礦、鈦赤鐵礦和磁鐵礦等鐵鈦礦物中的鋯，分別占原砂中總鋯的0.85%，0.10%和0.03%；以微細(xì)鋯石包裹體存在于脈石中的鋯，占原砂中總鋯的0.39%.鋯的理論品位約為65%，理論回收率為98%～99%.

表3 鈦、鋯、鐵在礦物中的平衡分配

表3中鐵的平衡分配表明：磁鐵礦、鈦赤鐵礦、鉻鐵礦中的鐵，分別占原砂中總鐵的6.58%，19.71%和0.77%；鈦鐵礦、金紅石中賦存的鐵，分別占原砂中總鐵的72.34%和0.02%；含鐵硅酸鹽脈石礦物中賦存的鐵，占原砂中總鐵的0.52%.磁鐵礦和鈦赤鐵礦的理論品位分別約為69%和62%，理論回收率分別約為6%和20%.

4.2 稀土的賦存狀態(tài)

在礦物定量的基礎(chǔ)上，分別對分離單礦物進(jìn)行稀土總量(TREO)分析，表4為稀土在各主要礦物中的分配.表4中稀土的平衡分配表明：原砂中以獨(dú)居石、磷釔礦和氟碳鈰礦、褐釔鈮礦礦物形式存在的稀土，分別占原砂中總量的97.24%，2.42%，0.11%和0.10%；賦存于釷石中的稀土，占原砂中總量的0.04%；以微細(xì)包裹體存在于石英、長石等脈石礦物中的稀土，占原砂中總量的0.11%.獨(dú)居石的理論品位約為60%，理論回收率約為97%.

表4 稀土在主要礦物中的平衡分配Table 4 The element distribution of rare earth in each mineral

5 影響選礦的礦物學(xué)因素分析

(1)該毛砂自然粒度范圍較窄，各個(gè)主要礦物的粒度大小相近且粒度范圍均較窄，粒級主要集中在0.045～0.125 mm之間，為磁、重法分選的最佳粒度.

(2)該毛砂相對選礦工藝來說，最大的難點(diǎn)在于鈦赤鐵礦與鈦鐵礦的分選.由于二者礦物量之比約為6.5∶1，磁性區(qū)間重疊、密度相近，無法采用磁選和重選法進(jìn)行分離，而且二者均為含鐵氧化礦物，浮選活性離子均為鐵，故浮選也難以有效分選.建議采用還原焙燒法，將鈦赤鐵礦還原為有強(qiáng)磁性的磁鐵礦，而鈦鐵礦無變化，再采用弱磁分選.

(3)脈石礦物含量較少，但種類較多，石榴石、角閃石和綠簾石等脈石礦物與鈦赤鐵礦和鈦鐵礦的磁性相近，磁選難以分離，但它們存在一定的密度差，可采用重選法脫除.

(4)該毛砂中的獨(dú)居石在1300 mT場強(qiáng)下大量進(jìn)入磁性產(chǎn)品中，故采用磁選法可獲得良好的分離效果.

(5)鈦鐵礦、金紅石、鋯石等有用礦物天然解離性較好，不需磨礦就可分選.鋯石和金紅石均屬非磁性礦物，但金紅石屬導(dǎo)體礦物，可采用電選分離.

6 結(jié) 論

(1)該毛砂中有價(jià)元素種類多、品位高，可回收的有價(jià)礦物為鈦鐵礦、鋯石、獨(dú)居石、鈦赤鐵礦，同時(shí)可綜合回收金紅石、鈦磁鐵礦.

(2)鈦的平衡分配表明，從該毛砂中分選鈦鐵礦和金紅石，理論品位分別為51%和90%左右，理論回收率分別為90%和4%左右.

(3)鋯的平衡分配表明，從該砂礦中選鋯石，理論品位65%左右，理論回收率為98%～99%.

(4)鐵的平衡分配表明，從該砂礦中分選磁鐵礦和鈦赤鐵礦，理論品位鐵分別為69%和62%左右，理論回收率分別為6%和20%左右.

(5)稀土的平衡分配表明，從該毛砂中選獨(dú)居石，理論品位60%左右，理論回收率97%左右.

參考文獻(xiàn)：

[1] 遲洪紀(jì)，李秀章，鄭作平. 山東省濱海砂礦成礦規(guī)律及遠(yuǎn)景區(qū)劃[J]. 山東地質(zhì)，2001(5)：24-31.

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[3] 陳軍，周平，姜亞雄，等. 印度尼西亞某海濱砂鐵礦選礦工藝研究[J]. 礦冶，2013(1)：22-25.