莫桑比克某濱海鋯鈦砂礦工藝礦物學(xué)研究

李 寧 姚建軍

（大冶有色金屬集團控股有限公司）

鋯鈦砂礦是世界上鋯英石、鈦鐵礦及金紅石等礦石的主要來源。目前，世界鋯英石資源具有易采、易選、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量好及伴生礦物種類多、綜合回收價值大等優(yōu)點，屬于比較理想的礦產(chǎn)資源。莫桑比克東部沿海鋯鈦砂礦資源豐富，有巨大的勘探及投資前景［1］。本文對該礦樣進行了系統(tǒng)的工藝礦物學(xué)研究，查明了礦石的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、主要礦物特征及元素賦存狀態(tài)，分析了鋯、鈦精礦的理論品位和回收率，闡明了影響選礦結(jié)果的工藝礦物學(xué)因素，以期為該鋯鈦礦資源后續(xù)的工業(yè)化試驗提供理論依據(jù)。

1 原礦及粗中礦化學(xué)多元素分析

原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

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經(jīng)取樣重砂全分析及粒度分析，原礦中的主要礦物成分為石英，占礦物總量的90%以上。礦石礦物主要以鋯英石為主，伴生的鈦鐵礦、金紅石、獨居石可綜合利用；其他少量礦物有電氣石、磁鐵礦、白鈦礦、石榴石；微量礦物有銳鈦礦、藍晶石、綠簾石、磷釔礦、透閃石、菱鐵礦等。礦石含泥量為1.3%～3.0%，平均2.3%。

通過礦物組成鑒定和化學(xué)成分、化學(xué)物相分析得出，礦樣中可利用的組分是鈦、鋯和稀土元素，對應(yīng)的礦物為鈦鐵礦與金紅石、鋯石和獨居石。

原礦開采采用采砂船配合螺旋溜槽聯(lián)合開采工藝，在開采過程中對原礦進行了重力粗選，得到了粗選中礦。粗選中礦主要礦物含量見表2。

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2 原砂粒度組成及金屬分布

原砂及粗選中礦粒度組成及鈦、鋯分布見表3、表4。

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由表3、表4可知，該砂礦自然粒度范圍較窄，主要粒度在0.10～0.50 mm，鈦主要富集在0.075～0.50 mm粒級，鋯主要富集在-0.25 mm粒級。

3 主要有價礦物解離度

對礦樣主要目的礦物解離度進行測定，結(jié)果見表5。

注：包裹微晶赤鐵礦的鈦鐵礦視為單體鈦鐵礦測定。

由表5可知，礦樣中的主要目的礦物基本以單體狀態(tài)存在，各類礦物單體的比例均在97%以上，鈦鐵礦、鋯石和獨居石的解離度接近和超過99%。

該礦砂屬于海濱砂礦，顯微鏡下及掃描電鏡下觀察和檢測，大部分礦物均已完全解離，因此不必磨礦就可進行分選。

4 主要礦物選礦工藝特性

（1）鈦鐵礦是主要鈦礦物，也是礦樣中含量最多的礦物種類。礦物顆粒有一定的磨圓度，一般呈次棱角粒狀，部分為圓化粒狀，粒度一般在0.03～0.30 mm，大多呈單體產(chǎn)出，少量礦物中包裹或連生有石英等脈石礦物及榍石化，部分鈦鐵礦中有氧化蝕變的赤鐵礦微晶析出［2］。

能譜微區(qū)成分分析表明，鈦鐵礦中除含有TiO2和FeO外，還常含有MnO，較標(biāo)準(zhǔn)鈦鐵礦含鐵低。一般Ti O2含量51%～54%，F(xiàn)eO含量35%～44%，MnO含量1%～9%。

（2）金紅石以透光下顯紅褐色、反光鏡下具明顯的內(nèi)反射而有別于鈦鐵礦，顆粒形態(tài)以渾圓粒狀者居多，亦有較多為次棱角粒狀，顆粒中常有孔洞。少量金紅石呈不規(guī)則狀，其中包裹微粒硅鋁質(zhì)脈石、榍石和黃鐵礦。礦物粒度總體較鈦鐵礦略細小，主要以單體產(chǎn)出［3］。

（3）鋯石基本以單體狀態(tài)產(chǎn)出，礦物有典型的自形晶形態(tài)，除極少量呈磨圓粒狀、橢圓粒狀外，礦物的四方雙錐狀～柱狀形態(tài)特征明顯，部分斷裂為半截晶體。礦物大多為白色，少數(shù)顏色較深，呈棕色。礦物晶體中常有裂紋和細小的包裹體或孔隙。粒度較鈦鐵礦細小，一般在0.03～0.20 mm。

能譜成分測定結(jié)果表明，鋯石成分較為純凈，除ZrO2和SiO2外，含有少量的Ti O2和FeO，有時顯示有微量的Th和U。

（4）獨居石為稀土元素的磷酸鹽礦物，是礦樣中稀土元素的主要賦存礦物［4］。礦物在偏光鏡下具高突起，反光鏡下反射率較石英及硅鋁脈石礦物高；掃描電鏡背散射圖像較鋯石、鈦鐵礦明亮。礦物呈圓粒狀、橢圓粒狀、麥粒狀等圓化形態(tài)，基本以單體狀態(tài)出現(xiàn)。礦物粒度大小與鋯石相當(dāng)，一般在0.03～0.18 mm。

掃描電鏡能譜微區(qū)分析表明，獨居石成分較復(fù)雜，絡(luò)陰離子有［Si O4］4－取代［PO4］3－，伴隨有陽離子Th3+、U4+、Ca2+取代Ce3+、La3+、Pr3+、Nd3+等稀土元素。礦物中Th2O3含量一般為3%～7%。

（5）鐵礦物主要為褐鐵礦，其次為赤鐵礦，偶見磁鐵礦。褐鐵礦常呈不規(guī)則狀，其中有時可見黃鐵礦殘余，說明褐鐵礦多由黃鐵礦氧化而成。赤鐵礦多為圓化粒狀，部分在鈦鐵礦中呈微晶狀析出。磁鐵礦多為次棱角粒狀，其中常有風(fēng)化孔洞。

（6）黃鐵礦含量甚微，微粒狀，粒度常在-0.03 mm，多包裹在褐鐵礦、金紅石和鈦鐵礦等礦物中，偶見單體顆粒出現(xiàn)［5］。

（7）石英是主要脈石礦物，呈他形次棱角粒狀，基本以單體產(chǎn)出。

（8）角閃石、輝石等含量較少的脈石礦物也是主要的含鐵硅酸鹽礦物。粒狀大多呈單體產(chǎn)出，與其他礦物包裹和連生者很少。

（9）碳酸鹽含量甚微，所見為具生物形狀的鈣質(zhì)化石。

綜合礦物的產(chǎn)出形式，礦樣中各種主要礦物粒度較為均勻，相互差別不大，一般都在0.03～0.30 mm，以鋯石和獨居石粒度相對較細小。各種礦物多呈次棱角粒狀、自形粒狀（鋯石）、圓化粒狀（獨居石）單體狀態(tài)產(chǎn)出，只有少量微粒脈石和黃鐵礦包裹在鈦鐵礦、褐鐵礦、金紅石等目的礦物中。

5 主要有價金屬的賦存狀態(tài)

礦樣鈦、鋯及稀土物相分析結(jié)果見表6～表8。

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由表6～表8可知，鈦主要以鈦鐵礦形式存在，其中TiO2的分布比例占88.13%，其余大多分布在金紅石中；鋯基本以鋯石狀態(tài)存在，其他形式的鋯很少；稀土組分主要以磷酸鹽形式存在，其中的分布比例達90.63%，僅有少量以碳酸鹽形式存在。

6 選礦方法推薦

該礦砂中的砂粒粒度主要在0.05～0.10 mm，有價礦物鋯英石、鈦鐵礦主要集中在0.03～0.30 mm，呈細粒分布，具有粒度大小均勻，粒度范圍較窄的特點。采用隔渣篩預(yù)先篩分，丟棄少量低品位篩上產(chǎn)物。篩下產(chǎn)品采用1200H型三頭尼龍螺旋溜槽進行選別，可獲得鋯英石、鈦鐵礦的混合粗精礦。

螺旋溜槽粗精礦可采用濕式或干式磁選選別，都可獲鈦鐵礦精礦和鋯中礦。不同的是濕式磁選不需對螺旋粗精礦進行曬干或烘干，直接造漿入磁選得鈦精礦，非磁礦漿（鋯中礦）進搖床進行選別，獲得鋯英石、金紅石、獨居石混合精礦，減少了曬礦或烘干礦成本并縮短了流程。

鋯英石、金紅石、獨居石混合精礦烘干后，擬采用先磁后電、先電后磁或電磁交替、磁電交替流程選別。根據(jù)工藝礦物學(xué)研究成果，推薦選用干式磁電交替分離流程，可獲得品質(zhì)較好的鋯英石精礦、金紅石精礦及獨居石精礦。

7 結(jié)語

（1）莫桑比克某濱海鋯鈦砂礦礦物組成查定結(jié)果表明，該礦砂中有價礦物種類較多，主要為鈦鐵礦、鋯石，其次為白鈦石、金紅石，極少量的獨居石。

（2）該砂礦的主要粒度在0.10～0.50 mm，鈦主要富集在-0.30 mm，鋯主要富集在-0.20 mm。礦砂具有粒度大小均勻，粒度范圍較窄的特點。

（3）礦砂中有價礦物的天然解離性較好，鈦鐵礦、白鈦石、金紅石、鋯石、獨居石等目的礦物基本上呈單體顆粒，不必磨礦即可分選。

（4）該礦砂中的石英、長石等輕礦物產(chǎn)率占90%以上，這些礦物密度小，無磁性，可采用重選預(yù)先拋廢。由于回收礦物種類多，磁性分布重疊，分選的難度在于各有價礦物的精選分離。

（5）鈦的賦存狀態(tài)查定表明，鈦主要以鈦鐵礦的形式存在，占總鈦的88.13%左右，金紅石中鈦占總鈦的7.53%左右，其他形式的鈦很少，約占4.34%。

（6）鋯化學(xué)物相分析表明，以鋯石礦物形式存在的鋯占總鋯94.72%，以氧化鋯和硅酸鋯形式存在的鋯很少，約占5.28%。