江蘇某金紅石礦工藝礦物學(xué)及選礦特性研究

郭金玉，萬宏民，李 英，陳炳龍，王勇海，孫 歡

(1.西安西北有色地質(zhì)研究院有限公司，陜西 西安 710054)(2.陜西省礦產(chǎn)資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710054)

0 引 言

近年來，隨著我國鈦工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)鈦金屬的需求不斷增加，金紅石作為生產(chǎn)鈦及其化合物的重要礦物原料，具有耐高溫、耐低溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度、小比重等優(yōu)異性能，被廣泛用于軍工航空、航天、航海、機(jī)械、化工、海水淡化等方面[1]。我國大部分天然金紅石礦為原生礦，具有品位低、嵌布粒度細(xì)、礦石性質(zhì)復(fù)雜等特點(diǎn)，因而至今未被大規(guī)模地有效開發(fā)利用[2]。

我國江蘇地區(qū)某榴輝巖型金紅石原生礦儲(chǔ)量豐富，可綜合回收利用礦物經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，工藝礦物學(xué)研究可以為礦石選礦工藝的制定及高效開發(fā)利用提供重要的依據(jù)[3]，但目前關(guān)于榴輝巖型金紅石礦的詳細(xì)工藝礦物學(xué)研究方面鮮有報(bào)道，本文采用光學(xué)顯微鏡、MLA 、SEM 和 EDS 等分析手段對(duì)江蘇地區(qū)某榴輝巖型金紅石礦的工藝礦物學(xué)特性進(jìn)行了詳細(xì)研究，為該榴輝巖型金紅石礦選礦工藝流程的確定及開發(fā)利用提供科學(xué)的技術(shù)依據(jù)。

1 礦石基本性質(zhì)

1.1 礦石化學(xué)成分

原礦多元素化學(xué)分析結(jié)果見表1，原礦鈦物相析分析結(jié)果見表2。由表1可知:原礦中TiO2含量為4.03%，是主要回收元素，其它元素的含量較低，達(dá)不到綜合回收標(biāo)準(zhǔn)；由表2可知:TiO2主要以金紅石的形式存在，占78.01%，其次存在于鈦鐵礦中，占13.30%。

表1 原礦多元素化學(xué)分析結(jié)果 %

表2 原礦鈦物相分析結(jié)果 %

1.2 礦石的礦物組成和含量

采用光學(xué)顯微鏡及MLA等分析方法對(duì)原礦進(jìn)行了礦物組成及相對(duì)含量測(cè)定，結(jié)果見表3。該礦石中主要金屬礦物是金紅石，其次為鈦磁鐵礦、鈦鐵礦、黃鐵礦等，脈石礦物主要為石榴石、綠輝石，其次為磷灰石和石英等；主要有用礦物為金紅石、鈦鐵礦、石榴石、綠輝石。

表3 原礦礦物組成及相對(duì)含量 %

1.3 礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

礦石的結(jié)構(gòu)主要包括：(1)粒狀結(jié)構(gòu)：在礦石中比較常見，金紅石多為粒狀結(jié)構(gòu)[4]；(2)不規(guī)則狀結(jié)構(gòu)：鈦鐵礦、磁鐵礦等構(gòu)成不規(guī)則狀結(jié)構(gòu)；(3)包含結(jié)構(gòu)：部分金紅石顆粒被石榴石、綠輝石包裹，形成包含結(jié)構(gòu)；(4)變晶結(jié)構(gòu)：石榴石、綠輝石在礦石中多為變晶結(jié)構(gòu)。

礦石的構(gòu)造主要包括：(1)浸染狀-星散狀構(gòu)造：在礦石中金紅石、部分黃鐵礦多為浸染狀分布而形成浸染狀構(gòu)造；(2)塊狀構(gòu)造：礦石中的主要礦物，緊密結(jié)合，非定向排列，構(gòu)成塊狀構(gòu)造。(3)星點(diǎn)狀構(gòu)造：部分黃鐵礦、金紅石等在礦石中多呈星點(diǎn)狀分布，構(gòu)成星點(diǎn)狀構(gòu)造。(4)格架狀構(gòu)造：在礦石中鈦鐵礦和赤鐵礦多構(gòu)成格架狀構(gòu)造。

1.4 礦石類型

礦石的含礦巖性為榴輝巖，巖石呈變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，局部條帶狀構(gòu)造，主要由石榴石、綠輝石組成，故根據(jù)礦石含礦巖性、礦石礦物組成、礦物嵌布特征及結(jié)構(gòu)構(gòu)造等，該礦石類型可以認(rèn)定為榴輝巖型金紅石礦石[5]。

2 主要礦物的選礦工藝特性

2.1 主要礦物的嵌布特征

2.1.1 金紅石

金紅石是鈦的主要礦石礦物，在礦石中的相對(duì)含量為3.83%，EDS能譜分析結(jié)果表明：金紅石含有少量的鐵、硫雜質(zhì)元素，會(huì)對(duì)金紅石產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響[6]；礦石中金紅石的粒度為0.01～0.30 mm，部分較粗者可達(dá)0.45 mm，金紅石在礦石中主要以他形-半自形、粒狀和粒狀集合體的形式存在于石榴石粒間、綠輝石粒間和石榴石-綠輝石粒間，或與鈦鐵礦、榍石規(guī)則-半規(guī)則緊密連生(見圖1)，部分細(xì)粒金紅石與石榴石、綠輝石構(gòu)成細(xì)粒包裹體，難以解離[7]，這部分細(xì)粒金紅石(鈦鐵礦)在粗粒石榴石回收時(shí)損失較大，是造成金紅石回收率難以提高的主要原因[8]。

圖1 金紅石嵌布于石榴石、輝石粒間或與鈦鐵礦、榍石緊密連生

2.1.2 鈦鐵礦

鈦鐵礦在礦石中的相對(duì)含量為0.70%，主要由Fe、Ti、O元素組成，部分含有一定量的Mn，多以他形粒狀、不規(guī)則狀的形式嵌布在礦石中，部分可見半自形板條狀，粒徑為0.005～0.30 mm，大部分鈦鐵礦與金紅石以規(guī)則—半規(guī)則的形式緊密連生，兩者很難單體解離；部分與鈦磁鐵礦形成不可解離的不混溶格架狀連晶分布在石榴石、綠輝石粒間或與黃鐵礦緊密共生(見圖2)，這種不混溶格架狀連晶會(huì)對(duì)鈦鐵精礦品位的提高產(chǎn)生一定的影響[9]。

圖2 鈦鐵礦與鈦磁鐵礦形成格架狀連晶與黃鐵礦緊密共生

2.1.3 石榴石

石榴石在礦石中的相對(duì)含量為46.46%，主要由O、Fe、Si、Al、Ca、Mg等成分組成，為鐵鋁榴石-鈣鋁榴石類[10-11]。石榴石主要以他形-半自形粒狀及粒狀集合體形式分布在礦石中，粒徑為0.01～0.60 mm，整體嵌布粒度較粗，在磨礦過程中易于單體解離，并常與綠輝石共生，其粒間可見金紅石、鈦鐵礦等礦物顆粒分布，部分石榴石包裹金紅石(見圖3)，對(duì)金紅石的分選有一定的影響[6,8]。

圖3 包裹于石榴石中的細(xì)粒金紅石

2.1.4 綠輝石

綠輝石的分子式是(Ca，Na)(Mg，F(xiàn)e2+，F(xiàn)e3+，Al)[Si2O6]，它是透輝石(CaMg[Si2O6])和硬玉(NaAl[Si2O6])之間的變種，多為淺綠色，弱多色性，高正突起，具輝石式解理[12]，在礦石中的相對(duì)含量為42.94%，多呈半自形—自形粒狀、長柱狀，粒徑多為0.01～0.70 mm，部分較粗者可達(dá)1.10 mm，在礦石中單體解離程度較高，常與石榴石共生，在其粒間可見少量金紅石、鈦鐵礦等礦物分布(見圖4)，部分綠輝石與金紅石等礦物以包裹體的形式緊密共生，部分綠輝石易泥化，會(huì)對(duì)礦物的分選產(chǎn)生不利影響[5,13]。

圖4 分布于石榴石、輝石粒間的金紅石和鈦鐵礦

2.1.5 其他礦物

磷灰石是礦石中磷的主要礦物，多以半自形粒狀、柱狀的形式分布于石榴石、綠輝石粒間，粒徑多為0.02～0.80 mm。

黃鐵礦是礦石中主要硫化礦物，多以他形、粒狀、不規(guī)則狀的形式，星點(diǎn)狀嵌布在鈦鐵礦、(鈦)磁鐵礦中，粒徑多為0.01～0.30 mm。

角閃石在礦石中含量較少，多以他形-半自形、粒狀、柱狀的形式與石榴石、綠輝石緊密共生，粒徑多為0.05～0.30 mm。

鈦磁鐵礦在礦石中含量較少，主要分為兩種：(1)與鈦鐵礦形成板條狀，粒徑一般為0.01～0.30 mm；(2)以他形-半自形粒狀分布于石榴石、綠輝石等礦物粒間，粒徑多小于0.10 mm。

榍石在礦石中含量相對(duì)較少，粒徑多小于0.10 mm，主要以他形粒狀的形式與金紅石、鈦鐵礦等共生，并廣泛分布在金紅石邊緣。

簾石在礦石中比較少見，多以他形細(xì)粒和細(xì)粒集合體的形式局部分布于綠輝石粒間或邊部，粒徑多小于0.03 mm。

2.2 主要礦物的嵌布粒度

采用線測(cè)法對(duì)主要有用礦物嵌布粒度進(jìn)行分析，結(jié)果見圖5。

圖5 主要礦物平均粒度分布圖

由圖5可知：主要有用礦物在礦石中粗細(xì)不均勻嵌布，其中鈦鐵礦、金紅石在礦石中嵌布粒度較細(xì)，而石榴石、綠輝石的嵌布粒度較粗，在磨礦時(shí)的單體易解離，為進(jìn)一步查明主要礦物在一定磨礦細(xì)度下的嵌存關(guān)系，將礦石磨至-0.15mm 40%的產(chǎn)品進(jìn)行單體解離度測(cè)定，結(jié)果見表4。由表4可以看出：在該磨礦細(xì)度下，金紅石和鈦鐵礦的單體解離度較低，而石榴石和綠輝石的單體解離度較高，因此，在綜合回收主要有用礦物時(shí)，要兼顧考慮，宜采用階段磨礦、階段選別流程，先選粗粒的石榴石、綠輝石，再選細(xì)粒的金紅石和鈦鐵礦，并要充分考慮市場(chǎng)上對(duì)石榴石、綠輝石產(chǎn)品的粒度要求，一段磨礦不宜過細(xì)，以免造成石榴石、綠輝石產(chǎn)品回收率和價(jià)值的降低。

表4 主要礦物解離度分析結(jié)果 %

2.3 主要礦物的物理化學(xué)性質(zhì)

礦石中主要有用礦物的物理化學(xué)性質(zhì)分析見表5。由表5可知：通過重選的方法可以使密度小的綠輝石與密度大的金紅石、鈦鐵礦、石榴石得到有效的分離，而金紅石、鈦鐵礦、石榴石之間密度差異小，采用重選方法很難得到有效的分選；而鈦鐵礦和石榴石具有較高的磁性，采用磁選的方法可以使石榴石和鈦鐵礦富集到強(qiáng)磁精礦中，實(shí)現(xiàn)與金紅石的初步分離，但礦石中的金紅石常與鈦鐵礦、石榴石等磁性礦物緊密連生，金紅石晶格中的鈦易被鐵取代或金紅石顆粒表面被鐵污染[14]，導(dǎo)致部分金紅石礦物的磁性增強(qiáng)，磁選分離時(shí)會(huì)導(dǎo)致這部分金紅石的損失，為了減少這部分損失，可采用浮選的方法[15-16]，對(duì)金紅石和石榴石進(jìn)行分離，再采用磁選的方法對(duì)金紅石進(jìn)一步提純。

表5 主要礦物的物理化學(xué)性質(zhì)分析

3 結(jié) 論

(1)該金紅石礦為榴輝巖型原生金紅石礦，礦石中主要金屬礦物是金紅石，其次為黃鐵礦、鈦鐵礦等；非金屬礦物主要為石榴石、綠輝石，其次為磷灰石和石英等，主要可回收礦物為金紅石、鈦鐵礦、石榴石、綠輝石。

(2)礦石中鈦礦物主要為金紅石，其次為鈦鐵礦和鈦磁鐵礦。金紅石含有鐵、硫雜質(zhì)及部分金紅石與鈦鐵礦緊密連生或被石榴石、輝石等包裹，是造成金紅石品位和回收率較低的主要因素；鈦鐵礦與鈦磁鐵礦形成的不混溶格架狀連晶是制約鈦鐵精礦品位提高的主要因素；石榴石和綠輝石在礦石中嵌布粒度較粗，有利于礦物間的解離分選。

(3)在綜合回收多種有用礦物時(shí)，磨礦細(xì)度是保證有用礦物產(chǎn)品質(zhì)量和單體解離度的關(guān)鍵參數(shù)，必須兼顧考慮，采用階段磨礦、階段選別流程，并選擇合適的重選、磁(電)選和浮選等聯(lián)合工藝，可以實(shí)現(xiàn)多種有用礦物的有效分選。