淺談紅土型銳鈦礦化學(xué)選礦發(fā)展現(xiàn)狀

黃筱迪 張松

摘 要：銳鈦礦、板鈦礦和金紅石是自然界中TiO2的三種不同結(jié)晶形態(tài)，是在不同物理化學(xué)條件及地質(zhì)條件下形成的同質(zhì)多象變體，其中金紅石和鈦鐵礦（FeTiO3）是當(dāng)今世界鈦工業(yè)生產(chǎn)的最主要原料。筆者通過對(duì)分析近年來銳鈦礦的選別發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合化學(xué)試驗(yàn)分析，認(rèn)為織金地區(qū)銳鈦礦具有開采價(jià)值，并供銳鈦礦研究者參考借鑒。

關(guān)鍵詞：鈦資源;銳鈦礦;化學(xué)試驗(yàn);化學(xué)選礦

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.073

鈦元素（Ti）是大陸地殼巖石的重要組成元素之一，鈦的地殼豐度為0.56%，按元素豐度列居第九位。Ti在化學(xué)元素周期表中位于第四周期，第IVB族;原子序數(shù)為22，核外電子結(jié)構(gòu)為1s22s22p63s23p63d24s2，由于4s層電子和3d層電子的電離勢(shì)較小，所以鈦原子的價(jià)電子是4s23d2，通?；瘜W(xué)價(jià)是正四價(jià)。鈦的熔點(diǎn)為1668±4℃，沸點(diǎn)3260±20℃，密度4.506～4.516g/cm3。其中熔點(diǎn)比鐵高138℃左右，密度僅為鐵的57%，是輕金屬中的高熔點(diǎn)低密度金屬。

1 鈦礦資源的分布情況

鈦是地殼中的豐度較高的元素之一，資源分布范圍廣，全世界超過三十個(gè)國家擁有鈦資源。目前，世界上具有工業(yè)開采價(jià)值的鈦礦分為鈦巖礦和鈦砂礦兩類。其中：鈦巖礦屬于原生礦，常與其他礦物共生，有鈦鐵礦（FeTiO3）、鈦磁鐵礦和赤鐵鈦礦（紅土型）等不同類型。鈦巖礦具有儲(chǔ)量大、產(chǎn)地比較集中以及可大規(guī)模開采等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)就是脈石礦物結(jié)構(gòu)致密、含量較高、可選性較差、選礦回收率低且所選精礦品位低。主要的生產(chǎn)國有中國、加拿大、俄羅斯和印度;而鈦砂礦屬于次生礦，通常在河灘或者海岸附近沉積成礦，這類礦石以金紅石、鈦鐵礦為主，常與鋯英石、獨(dú)居石和錫石等共生[1]。

2 銳鈦礦的選別現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

目前全球?qū)鸺t石和鈦鐵礦的研究較多，選礦工藝有重選、電選、磁選、浮選以及聯(lián)合選別工藝[2]，但是對(duì)于銳鈦礦的礦物學(xué)性質(zhì)及選礦工藝研究較少。我國的銳鈦礦一般具有嵌布粒度細(xì)、礦物組成復(fù)雜的特點(diǎn)，屬于難選型礦石。

張敏、聶愛國等人[3-4]通過研究貴州晴隆沙子一帶的峨眉山玄武巖，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的銳鈦礦床是在二疊統(tǒng)茅口組灰?guī)r頂部形成的古喀斯特高地與喀斯特洼地，在低壓、低溫和弱堿性水體條件下，銳鈦礦晶被玄武巖質(zhì)黏土和褐鐵礦等吸附形成礦床。銳鈦礦賦存于峨眉山玄武巖的風(fēng)化殘坡積物中，以微細(xì)粒型的獨(dú)立礦物和被石英及硅酸鹽礦物包裹形式存在。

張晶、徐興鴻等人[5]對(duì)通過貴州某銳鈦礦工藝性質(zhì)研究，進(jìn)行了搖床試驗(yàn)、螺旋溜槽重選試驗(yàn)、離心機(jī)重選試驗(yàn)、磁選試驗(yàn)、重選與磁選聯(lián)合試驗(yàn)、浮選試驗(yàn)，選別指標(biāo)較差，均不能有效的將銳鈦礦分離出來，說明了銳鈦礦屬于難選型礦石。

張玉松、張杰[6]等人通過X射線衍射分析、顯微鏡鏡下觀察、掃描電鏡配合能譜、電子探針等手段研究了云南富源地區(qū)某紅土型鈦礦礦石性質(zhì)。初步將該區(qū)域的鈦礦石分為銳鈦礦和含銳鈦礦的赤鐵礦，研究表明，銳鈦礦為晶體礦物，在偏光顯微鏡下，單偏光為褐黃色、褐紅色和暗紅色等，見多色性，礦物見正高突起，糙面明顯;而含銳鈦礦的赤鐵礦石，正交偏光下為黃色、褐紅黃色，其晶體具正高突起，糙面較顯著。

在選別工藝上，很多科研工作者都對(duì)銳鈦礦的選別工藝做了相關(guān)研究，主要研究了重選、磁選、浮選以及一些聯(lián)合選別方式對(duì)銳鈦礦選別的效果，發(fā)現(xiàn)效果都一般，現(xiàn)階段主要考慮浮選與其他工藝聯(lián)合選別，浮選中藥劑的選擇與研發(fā)都極為重要的，如研究各種捕收劑、活化劑、調(diào)整劑、抑制劑對(duì)正、反浮選中的選礦指標(biāo)。通過現(xiàn)代分析手段，確定藥劑反應(yīng)機(jī)理，提供理論依據(jù)，指導(dǎo)實(shí)踐生產(chǎn)。

Y.H，Wang、Somasundaran[7]等人于20世紀(jì)80年代提出，常規(guī)浮選工藝對(duì)于選別細(xì)粒礦物效率低。通過高嶺土提純實(shí)驗(yàn)，即通過浮選除去高嶺土中的銳鈦礦雜質(zhì)以提高其白度，提出了載體浮選新工藝。Y.H，Wang等人處理高嶺土礦物時(shí)，以粗粒（-20微米）方解石作為載體，在pH=10.05～10.15，調(diào)漿速度為2000轉(zhuǎn)/min的條件下，用油酸作為捕收劑，除去高嶺土中的微細(xì)粒銳鈦礦，所得高嶺土精礦中的TiO2殘留率由原本的72%下降到39%，同時(shí)高嶺土的回收率也由原來44%提高到92%。

吳力明、幸偉中等人[8]以銳鈦礦人工混合礦為研究對(duì)象，以油酸鈉、SPA、Cupferron作為捕收劑，氟硅酸鈉作為一水硬鋁石的抑制劑，F(xiàn)e3+、Cu2+作為銳鈦礦的活化離子的條件下，研究了捕收劑種類、濃度和活化劑對(duì)銳鈦礦浮選的影響。在pH=3，銳鈦礦與一水硬鋁石按1：4混合的條件下，以Cupferron作為捕收劑，用量為8×10-4mol/L、氟硅酸鈉作為調(diào)整劑，用量為1×10-3mol/L、Cu2+作為活化劑，用量為2×10-4mol/L，可得到銳鈦礦的TiO2回收率為70.4%，品位為2%。吳力明還采用現(xiàn)代表面測(cè)試技術(shù)（IR和XPS）檢測(cè)表明，捕收劑Copfemrn、SPA均可與銳鈦礦表面發(fā)生化學(xué)吸附，Cupferron在銳鈦礦表面形成了類似捕收劑金屬鹽的表面產(chǎn)物，為銳鈦礦的選別奠定基礎(chǔ)。

綜上所述，目前對(duì)于銳鈦礦的選別工藝中，單獨(dú)的使用重選、磁選、電選或者浮選的單一選礦工藝的選別效果并不理想，建議以浮選-化學(xué)聯(lián)合選礦為銳鈦礦的選別工藝。我國目前所發(fā)現(xiàn)的銳鈦礦床中，主要以石英、粘土礦物、硅酸巖為脈石礦物居多，綜合目前銳鈦礦的選別工藝，可考慮重-磁選除鐵、反浮選除石英、化學(xué)方法除去硅酸鹽礦物及粘土礦物的聯(lián)合工藝，以提高銳鈦礦的選別效果。

3 化學(xué)選礦試驗(yàn)流程

3.1 礦石性質(zhì)

貴州織金地區(qū)鈦礦的主要化學(xué)組分：TiO2（5.02%～8.59%）、SiO2（24.7%～40.5%）、Al2O3（23.8%～28.1%）、Fe2O3（13.05%～26.6%）;次要化學(xué)組分：MgO（0.07%～2.09%）、P2O5（0.06%～0.52%）、CaO（0.04%～0.87%）;樣品的燒失量（加熱分解的氣態(tài)產(chǎn)物和有機(jī)質(zhì)含量的多少）占9.2%～21.75%，平均燒失量占14.59%，說明織金地區(qū)礦石屬于SiO2和Al2O3為主的粘土型鈦礦。

3.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用加堿焙燒后加水浸出粘土礦物與硅酸鹽礦物，再通過鹽酸除雜工藝富集銳鈦礦。試驗(yàn)每次取10g礦樣與一定量的氫氧化鈉（分析純）用研缽研磨5分鐘，混勻起到機(jī)械力活化作用。然后將混勻的試樣置于坩堝內(nèi)，在一定溫度下用馬弗爐焙燒一定時(shí)間，恒溫20分鐘，冷卻后，將樣品研磨后置于水中攪拌浸出40分鐘，固液分離（濾液保留）后，將濾渣與一定量的濃鹽酸（分析純）反應(yīng)一定時(shí)間后反復(fù)洗滌得銳鈦礦精礦，分析其TiO2含量。

4 結(jié)論

筆者通過查閱大量的國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，結(jié)合前期對(duì)織金地區(qū)某紅土型銳鈦礦工藝性質(zhì)研究及化學(xué)選礦試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，提出對(duì)銳鈦礦選別的幾點(diǎn)建議。

（1）筆者通過研究發(fā)現(xiàn)貴州織金地區(qū)所發(fā)現(xiàn)鈦礦資源鈦礦物的主要載體為銳鈦礦，風(fēng)化充分，TiO2含量在5.02%～8.6%之間。通過化學(xué)組成主要為Al2O3、SiO2、Fe2O3、和TiO2，其中Al2O3、SiO2、Fe2O3總量大于70%，通過XRD分析知，礦物組成主要為高嶺石、赤鐵礦、銳鈦礦、石英等。

（2）貴州織金地區(qū)紅土型鈦礦中TiO2含量5%～8.6%之間，根據(jù)參考手冊(cè)，金紅石型砂礦床的工業(yè)TiO2品位為>2%。通過分析氧化稀土含量（∑REO）規(guī)律，∑REO含量在310.40×10-6～1174.93×10-6，對(duì)比礦床一般工業(yè)指標(biāo)中稀土礦床邊界品位為0.03%，認(rèn)為該礦床中稀土元素富集，具有開采價(jià)值。

（3）通過化學(xué)選礦，確定最優(yōu)條件為在600℃下焙燒35min，氫氧化鈉用量700kg/t，鹽酸濃度為14.75%（體積比VHCl：VH2O=1：2），鹽酸浸出時(shí)間12min，可得到TiO2品位為14.53%、回收率為68.75%、富集比為2.89的鈦精礦。通過選擇性溶解脈石礦物后，可提高TiO2品位，基本達(dá)到鈦的富集。對(duì)于浸出過程中的廢液，可作為制備納米氫氧化鋁，水玻璃的原料。

參考文獻(xiàn)：

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