印尼Lokasi 海濱砂礦工藝礦物學(xué)研究

賴翔，陳翠華，蔣曉輝，張燕，李引，王嘉欣，康許浩

（1.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；2.四川龍蟒礦冶有限責(zé)任公司，四川 攀枝花 617112）

釩鈦磁鐵礦是以Fe、Ti 為主要元素，并富含有V、Co、Ni、Zn、Pb、Cu、Mo、Au、Ag 等 伴生元素的礦產(chǎn)資源，在航空、化工、機(jī)械、電力、醫(yī)療器械等多個(gè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，具有非常高的綜合利用價(jià)值。截止2018 年底，世界已探明鐵礦金屬儲(chǔ)量840 億t（礦石量1700 億t），中國(guó)的鐵礦金屬儲(chǔ)量69 億t，繼澳大利亞、巴西、俄羅斯之后，排在第四位；世界已探明鈦鐵礦儲(chǔ)量8.8 億t，中國(guó)鈦鐵礦儲(chǔ)量2.3 億t，居世界第二。 2017 年到2019 年，由于環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，全球各大鋼鐵生產(chǎn)商致力于提高礦石綜合利用率，減小能源消耗，導(dǎo)致鐵礦石產(chǎn)量增加緩慢[1]。隨著資源開發(fā)的逐步擴(kuò)展,海濱砂釩鈦磁鐵礦逐漸受到研究單位和企業(yè)的重視。海濱砂礦原礦粒度多小于5 mm,省去了破碎工段作業(yè),可大幅降低企業(yè)建廠的投資成本。此外,海濱砂礦依海開采,技術(shù)簡(jiǎn)單,也無(wú)需考慮尾礦庫(kù)問(wèn)題[2]。印度尼西亞是世界上最大的群島國(guó)家，具有大量的鐵鈦海濱砂礦資源，其開發(fā)利用現(xiàn)狀已受到了越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注。本文以印尼Lokasi 地區(qū)的海濱砂釩鈦磁鐵礦為研究對(duì)象，對(duì)其工藝礦物學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，以期為濱海砂礦型釩鈦磁鐵礦的綜合利用提供一些參考資料。

1 物質(zhì)組成

1.1 化學(xué)組成

化學(xué)多元素分析結(jié)果（表1）表明，Lokasi海濱砂釩鈦磁鐵礦化學(xué)成分組成與中國(guó)典型礦床中釩鈦磁鐵礦石存在明顯差別。TFe 含量較高，F(xiàn)e2+/Fe3+約為0.88；S、P 含量遠(yuǎn)低于其他產(chǎn)地的礦石，屬低硫低磷礦砂；伴生TiO2含量5.66%，V2O5含量0.22%，與攀枝花釩鈦磁鐵礦礦石相關(guān)指標(biāo)接近，皆達(dá)到了伴生組分綜合利用工業(yè)要求[3]；CaO+MgO/SiO2+Al2O3約為0.57，整體偏酸性[3]。

表1 原礦化學(xué)多元素分析/%Table 1 Analysis results of chemical multi-elements

1.2 礦物組成

通過(guò)對(duì)砂光（薄）片的鑒定，以及電子探針的分析。Lokasi 海濱砂礦組成見表2，主要金屬礦物為鈦磁（赤）鐵礦，次要金屬礦物為鈦鐵礦，還可見極少量的褐鐵礦。脈石礦物主要為紫蘇輝石、普通輝石和橄欖石，少量角閃石和長(zhǎng)石類礦物等，另可見極少量碳酸鹽成分的生物碎屑及黃鐵礦、磁黃鐵礦。根據(jù)礦砂礦物組成推斷，Lokasi海濱砂礦源屬于橄輝巖型礦石。

表2 礦砂礦物組成Table 2 Mineral composition of the ore

2 主要礦物特征

2.1 鈦磁鐵礦

實(shí)體鏡下，鈦磁鐵礦為黑色，半金屬光澤。多數(shù)晶粒為半自形粒狀，磨圓度屬次圓-次棱角。自形晶以等軸八面體為主，偶見八面體和菱形十二面體聚形。粒度集中在0.1 ～ 0.2 mm。鈦磁鐵礦多數(shù)以獨(dú)立晶粒存在，個(gè)別呈兩晶粒連晶，常見粘附有細(xì)小風(fēng)化的土狀脈石。少數(shù)鈦磁鐵礦與長(zhǎng)石、輝石連生，組成比例不等的連生體。反射偏光顯微鏡下，常見鈦磁鐵礦赤鐵礦化。按照固溶體礦物的組合，將Lokasi 鈦磁鐵礦分為4 種類型:①?zèng)]有固溶體出溶的均一鈦磁鐵礦（圖1 a）。②僅赤鐵礦和鈦鐵礦出溶的鈦磁鐵礦（圖1 b）。③單一尖晶石出溶礦物的鈦磁鐵礦（圖1 c）。④同時(shí)有赤鐵礦、鈦鐵礦、尖晶石出溶礦物的鈦磁鐵礦（圖1 d）。各類型鈦磁鐵礦占比約為89.55%、5.78%、2.97%、1.70%。赤鐵礦和鈦鐵礦片晶分為寬度5 ～ 20 μm的寬片晶和寬度1 ～ 2 μm的窄片晶；鈦磁鐵礦中的尖晶石有粒狀和片狀兩種形態(tài)。其中，片狀尖晶石較常見，片晶寬約1 μm，長(zhǎng)10 ～19 μm，在主晶基底上定向排列。粒狀尖晶石一般自形程度較高，粒徑5 ～ 20 μm，它們有時(shí)單獨(dú)產(chǎn)出，有時(shí)和片狀尖晶石一起產(chǎn)出。不同類型鈦磁鐵礦之間的結(jié)構(gòu)差異對(duì)鈦磁鐵礦整體成分的影響較小，其成分特征見表3、表4。

表3 均一鈦磁鐵礦電子探針分析/%Table 3 Electron probe analysis of homogenous titanium magnetite

表4 鈦磁鐵礦單礦物化學(xué)分析/%Table 4 Chemical analysis of a single mineral of ilmenmagnetite

圖1 鈦磁鐵礦鏡下結(jié)構(gòu)Fig .1 Photomicrographs of titanomagnetite textures

2.2 鈦鐵礦

鈦鐵礦主要以純凈粒狀顆?；蚱问疆a(chǎn)出。實(shí)體鏡下，鈦鐵礦為黑色，半金屬光澤，粒度及磨圓度與鈦磁鐵礦相似。顆粒形態(tài)為厚板狀、六方柱狀、偶見肘狀連晶。多數(shù)呈單體，少數(shù)與脈石連生。反射偏光顯微鏡下，未見赤鐵礦固溶體分解片晶。同一鈦鐵礦顆粒內(nèi)FeO 及TiO2含量差異較小，但不同鈦鐵礦s 顆粒之間FeO 及TiO2含量差異較大，F(xiàn)eO 和TiO2含量區(qū)間分別為46.78%～ 54.07%和38.27% ～ 52.04%（表5）。

表5 鈦鐵礦電子探針分析/%Table 5 Electron microprobe analysis of ilmenite

Lokasi 礦砂中的鈦鐵礦TiO2含量較世界各典型礦床中的鈦鐵礦低，平均值比理論值低7.97%[6]。

在電子顯微鏡下，將掃描圖像放大3000 倍可觀察到鈦鐵礦顆粒成分其實(shí)并不均一，鈦鐵礦顆粒表明可見明顯灰色微細(xì)條紋，能譜分析結(jié)果表明（表6，圖2），灰色條紋與淺灰色部分的化學(xué)組成基本一致，氧原子數(shù)占總原子數(shù)的60%左右，接近剛玉型晶體的氧原子比例，但是A 位原子和B 位原子(Fe ＋Mg)/Ti=1.527，較鈦鐵礦這一比值的理論值高出約30%。有理由推測(cè)，Lokasi 海濱砂礦中的鈦鐵礦可能是由FeTiO3分子和Fe2O3分子組成的固溶體礦物。根據(jù)電子探針分析結(jié)果，先固定陽(yáng)離子總數(shù)，將離子數(shù)分配值標(biāo)準(zhǔn)化，再通過(guò)理想化學(xué)配比計(jì)算法確定Fe3+離子數(shù)，最終計(jì)算得Lokasi海濱砂鈦鐵礦分子式為：0.83(Fe0.878Mg0.104Mn0.017Ca0.001)TiO3·0.17(Fe1.921Al0.046V0.028Cr0.005)O3,即鈦鐵礦固溶體顆粒中鈦鐵礦與赤鐵礦比例約為8:2。因此就目前的技術(shù)水平而言，不能從Lokasi 海濱砂礦中選出獨(dú)立的高品位鈦精礦。

表6 鈦鐵礦能譜分析結(jié)果Table 6 Energy spectrum analysis of ilmenite

圖2 能譜分析圖像Fig .2 Image of energy spectrum analysis

3 元素的配分

在測(cè)得礦砂平均品位，礦物含量，礦物固溶體特征，單礦物成分的基礎(chǔ)上，估算出各礦物密度，對(duì)Fe、Ti 配分比進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表7。

表7 Fe、Ti 在礦物中的配分Table 7 Element distribution of Fe and Ti

礦砂中大部分的Fe 和Ti 元素都賦存于鈦磁鐵礦顆粒中，由于鈦鐵礦的礦物含量較少，其Fe、Ti分配占比率均較低。脈石礦物中含有大量的橄欖石、角閃石及輝石類礦物，這些礦物的陽(yáng)離子容易被Fe2+或Fe3+取代，因此脈石中的Fe 配分比相對(duì)較高。約99.88%的Ti 都賦存于鈦磁鐵礦和鈦鐵礦中，分配相對(duì)集中。

4 粒度及解離度特征

通過(guò)篩析分級(jí)，測(cè)得鈦磁鐵礦粒度分布特征（表8）。80%鈦磁鐵礦粒度介于0.1 ～ 0.2 mm，粒徑-0.1 mm 3%，+0.3 mm 6%。鈦磁鐵礦粒度分布曲線和累計(jì)曲線見圖3，屬于均勻型礦石，粒度范圍較窄，且分布較為集中，通常情況下，采用一段磨礦即可得到理想的選礦條件。

表8 鈦磁鐵礦粒度分布特征Table 8 Grain size distribution characteristics of titanomagnetite

圖3 礦物工藝粒度分布特征Fig .3 Characteristics of process grain size distribution

Lokasi 海濱砂礦鈦磁鐵礦解離狀態(tài)測(cè)定結(jié)果表明（表9），鈦磁鐵礦原礦單體解離度達(dá)90%，單體和大于3/4 連生體之和達(dá)99%，自然解離情況極好。由此可見，該礦砂不需再磨就能選得高純度的鐵精礦。不過(guò)由于其氧化程度稍深，約有8%的鈦磁鐵礦因?yàn)榇判詼p弱，易損失于尾礦。

表9 鈦磁鐵礦解離特征Table 9 Mineral locking and liberation characteristics of titanomagnetite

5 結(jié) 論

（1）Lokasi 海濱砂礦中可供考慮選礦回收的主要元素為Fe、Ti、V，原礦砂鐵品位為26.03%，伴生TiO2和V2O5含量分別為5.66%和0.22%。

(2) 主要的礦石礦物為鈦磁鐵礦，含量25.59%。鈦鐵礦含量較少，僅3.87%。通過(guò)元素配分計(jì)算可知大部分的Fe、Ti 賦存于鈦磁鐵礦中。

(3)接近90%的鈦磁鐵礦顆粒和所有鈦鐵礦顆粒在偏光顯微鏡下沒有觀察到固溶體片晶，與攀西地區(qū)的礦石礦物明顯不同。推測(cè)在成礦過(guò)程中，溫度下降過(guò)快，結(jié)晶時(shí)間不充分，固溶體未能分離。因此，Lokasi 海濱砂礦中大部分的鈦磁鐵礦和鈦鐵礦實(shí)際都是成分不均一的固相完全混溶固溶體。這可能是造成鈦鐵礦TiO2含量比理論值低7.97%的直接原因。目前不能從Lokasi 海濱砂礦中選出獨(dú)立的高品位鈦精礦。

(4)鈦磁鐵礦顆粒粒度范圍較小，分布集中，解離度高，結(jié)合選礦成本和前期試驗(yàn)結(jié)果，可考慮一段磨礦或不磨礦直接分選。