甘肃某低品位钒钛磁铁矿工艺矿物学研究

陈福林，杨晓军，杨道广，吴宁，李硕，蔡先炎

（1.攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，四川 攀枝花 617000；2.四川省地质矿产勘查开发局成都综合岩矿测试中心，四川 成都 610081；3.稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室，四川 成都 610081）

钒钛磁铁矿是一种分布广泛的含铁、钒、钛矿物，全球矿藏分布很广，主要生成于基性、超基性浸入矿床（岩浆型铁矿床），以富含钒、钛为特征[1-4]。据统计，世界上已探明钒钛磁铁矿储量达400 亿t，主要集中在俄罗斯、南非、中国、美国、加拿大、挪威、芬兰、印度和瑞典等国[5-7]。各国钒钛磁铁矿资源由于矿石特性各异，其开发利用侧重面也不同[8-10]。

我国钒钛磁铁矿分布广泛，储量丰富，在我国矿产资源开发利用及国民经济发展战略中具有极大意义，属关系国计民生发展重大战略资源。其矿石储量居我国铁矿储量第二位，更重要的是钒钛磁铁矿为我国钛和钒的主要资源载体[1-2,11]。我国钒钛磁铁矿主要分布于四川攀西地区、河北承德、广东兴宁、陕西洋县、甘肃大滩、山西代县和湖北均县[5,11-12]。本文矿样采自于甘肃省肃北县红柳疙瘩井钒钛磁铁矿矿床，对其化学特性及矿物特性进行了研究。

1 矿石化学特性

矿样化学多项分析结果见表1，铁、钛化学物相分析分别见表2、3。

表1 矿样化学多项分析结果/%Table 1 Chemical composition analysis results of the samples

表2 矿样中铁的化学物相分析Table 2 Chemical Iron phase analysis of the samples

表3 矿样中TiO2 的化学物相分析/%Table 3 Cemical analysis of Titanium dioxide of the samples

矿样化学特性研究表明，矿石TFe 含量高于钒钛磁铁矿边界品位，属表外矿，其一半以上的铁以硅酸盐形式存在，具利用价值磁性铁含量较低；矿样中TiO2主要以钛铁矿形式存在，硅酸盐相TiO2也较多， 29.39%，矿样中具利用价值的钛铁矿中TiO2含量仅2.04%。

2 矿石的矿物特性

2.1 矿石的矿物成分及含量

采用偏光显微镜进行镜下鉴定及MLA 矿物组成自动分析仪检测，矿石属弱蚀变含橄角闪辉长岩、角闪二辉橄榄岩和角闪橄榄岩，辉长结构、反应边结构、交代假象结构、不等粒结构和半自形-它形粒状结构，稀疏浸染状构造。矿石中主要金属矿物为磁铁矿、钛铁矿和磁黄铁矿，主要非金属矿物为橄榄石、棕色普通角闪石、斜方辉石、普通辉石和拉长石。矿物成分及含量见表4。

表4 矿物组成及含量Table 4 Mineral contents and compositionof the samples

2.2 主要矿物工艺特征

2.2.1 磁铁矿

磁铁矿为他形粒状、不规则状，多伴生于钛铁矿及其集合体边部（图1）。

图1 磁铁矿与钛铁矿连生Fig.1 The under-liberated interlocked of magnetite and ilmenite

与钛铁矿呈连生体，在磁铁矿中，见尖晶石微粒及微细的格片混溶嵌晶，格片厚度为0.01 ～0.005 mm。矿样中磁铁矿粒度测定见表5。

表5 矿样中磁铁矿粒度测定结果Table 5 Test results of magnetite particle size of the samples

从表5中可以看出，该矿石中磁铁矿粒度较细，最大颗粒为0.18 mm，大部分磁铁矿分布于0.019 ～0.063 mm，+0.038 mm 63.81%，-0.019 mm 11.88%。

2.2.2 钛铁矿

钛铁矿为他形-半自形晶粒状。大部分粒度0.35 ～ 0.70 mm，最大集合体可达1 mm，常见磁铁矿与之共生，分布不均匀，多与角闪石嵌生一处。矿样中钛铁矿粒度测定见表6。

表6 矿样中钛铁矿粒度测定结果/%Table 6 Test results of ilmenite particle size of the samples

表6 中数据表明，粒度+0.038 mm 钛铁矿占79.30%，-0.019 mm 钛铁矿占4.66%。

2.2.3 磁黄铁矿

磁黄铁矿为他形晶粒，集合体大者长径可达2 mm，星散分布，偶见有黄铜矿零星嵌布于磁黄铁矿(图2)。

图2 钛铁矿Fig.2 Ilmenite

2.2.4 橄榄石

橄榄石大多数呈半自形粒状，少量细粒者较自形，粗晶颗粒多为他形不规则状（图3、图4）。粒度变化较大，由0.15 ～ 2 mm。

图3 磁黄铁矿及黄铜矿Fig.3 Pyrrhotite and chalcopyrite

图4 橄榄石、辉石及普通角闪石Fig.4 Olivine, pyroxene and hornblende

2.2.5 普通角闪石

普通角闪石皆为棕色，他形不规则粒状，粒度大小悬殊，大者大于3 mm (标本可见+10 mm) (图4 ～ 6)。

2.2.6 辉石

辉石均为他形不规则粒状、半自形至他形柱粒状或板状，见单斜辉石、普通辉石和斜方辉石；单斜辉石中常见角闪石嵌晶（图5）。辉石粒度较大，少数晶体达+10 mm，分布不均匀（图4 ～ 6）。

图5 普通角闪石、单斜辉石及拉长石Fig.5 Hornblende, monoclinic pyroxene and laradorite

图6 橄榄石、斜方辉石及普通角闪石Fig .6 Olivine, orthopyroxene and hornblende

2.3 矿物连生关系

矿样中各矿物之间的连生关系为矿石磨至-0.2 mm 后进行测定，结果见表7。

表7 矿样中矿物间连生关系/%Table 7 Interlocking relationship between the minerals of the samples

橄榄石 1.58 0.00 0.05 0.00 0.68 0.09 3.02 2.28 0.00 0.16 0.29 0.22 1.29 0.70 3.78 85.87方解石 0.08 0.00 0.00 0.00 0.52 0.00 1.05 9.39 3.23 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.16 82.57云母 0.35 0.00 0.17 0.00 3.63 0.75 4.23 0.37 1.46 0.00 0.00 0.06 0.85 0.45 2.69 85.00黄铁矿 1.50 5.19 0.09 0.00 2.64 0.00 3.76 1.18 10.03 0.00 0.51 0.00 14.33 0.00 4.07 56.70磁铁矿 5.01 0.00 0.25 0.00 0.10 0.10 2.36 6.23 11.34 0.00 1.47 2.81 0.00 12.96 2.24 55.12钛铁矿 0.75 0.00 0.16 0.00 0.06 0.14 4.37 3.18 3.20 0.00 0.40 0.00 6.74 0.00 2.15 78.84不明矿物 2.54 0.00 0.32 0.00 0.97 0.73 8.91 12.53 13.96 0.58 1.96 0.34 0.94 1.75 0.00 54.48

表7 数据表明，矿样中磁铁矿与绿泥石、闪石、辉石、橄榄石、云母、黄铁矿、钛铁矿共生关系比较紧密；钛铁矿与闪石、辉石、橄榄石、磁铁矿共生关系比较紧密。-0.2 mm 时，主要非金属矿物闪石、辉石、长石和橄榄石解离度较大，金属矿物中钛铁矿的解离度达78.84%。

2.4 选矿试验

对该矿石进行实验室选矿流程试验，以判定工艺矿物学研究成果及矿石的分选性能。经详细选矿方案、工艺参数等条件试验研究，确定该矿石最终选矿试验流程见图7，结果见表8。

图7 选矿试验流程Fig.7 The benef iciation test f low of the sample

表8 全流程选矿试验结果Table 8 Beneficiation test results with the full flow of the samples

该矿石采用粗磨-弱磁、强磁联合抛尾-抛尾粗精矿再磨选铁-选铁尾矿强磁选钛-强磁精矿重选回收钛铁矿工艺可获得产率3.05%，含TFe 54.78%、TiO26.38%，TFe 回收率11.47%、TiO2回收率5.30%的铁精矿和产率1.92%，含TFe 35.67%、TiO245.99%，TFe 回收率4.70%、TiO2回收率24.06%的钛精矿。该矿石采用适宜选矿工艺，可得铁精矿及钛精矿，但精矿选比较低，每100 t原矿仅能选出3.05 t 铁精矿及1.92 t 钛精矿，产品价值低于原矿成本。表明该矿石中具回收价值的磁性铁矿物及钛铁矿含量较少，现有技术经济条件下，该类型矿石综合利用价值较低。

3 结 语

（1）矿石属表外矿，其53.21%的铁以硅酸盐形式存在，磁性铁含量较低，TiO2以主要以钛铁矿形式存在，约30% TiO2以硅酸盐形式存在，钛铁矿TiO2含量仅为2.04%，现有经济技术条件下，该类型矿石综合利用价值较低。

（2）矿石结构构造和矿物组成较为复杂，金属矿物含量较少，非金属矿物种类繁多；主要金属矿物为磁铁矿、钛铁矿和磁黄铁矿，主要非金属矿物为橄榄石、棕色普通角闪石、斜方辉石、普通辉石和拉长石。

（3）磁铁矿粒度较细，大部分布于0.019 ～0.063 mm，见尖晶石微粒及微细格片混溶嵌晶；钛铁矿相对较粗，集合体可达1 mm，常见磁铁矿与之共生，分布不均匀。该矿石中可利用磁性铁及钛铁矿中TiO2含量较低。

（4）有用矿物磁铁矿与绿泥石、闪石、辉石、橄榄石、云母、黄铁矿、钛铁矿共生关系比较紧密；钛铁矿与闪石、辉石、橄榄石、磁铁矿共生关系比较紧密。