世界钛资源分布及利用现状

供稿|聂文林，阳小勇，贺紫菲，杨雅雯，罗骁，李启东，于茂泽 / NIE Wen-lin, YANG Xiao-yong,HE Zi-fei, YANG Ya-wen, LUO Xiao, LI Qi-dong, YU Mao-Ze

内容导读

钛是生产生活中必不可少的元素，既可用于制造各类性能优异的合金材料，又可广泛应用于涂料、塑料、造纸、化纤等工业生产。自然界中含钛矿物众多，但具有工业价值的仅10 余种，其中具有大规模生产利用价值的主要为金红石、钛铁矿、钒钛磁铁矿等。世界钛矿资源主要分布于中国、南非、加拿大、俄罗斯、澳大利亚等国家和地区。各类钛矿在各国分布具有较大差异，我国钛矿资源主要为钒钛磁铁矿，不同矿种需要不同的选冶工艺。

钛是英国科学家William Gregor 于1791 年首先从钛铁矿中发现的，1795 年德国化学家Martin Heinrich Klaproth 从金红石中再次发现了这一元素，并命名为“钛”[1]。钛是地壳中分布较广、丰度较高(6.320×10−3)的元素之一，是地壳中含量仅次于铝、铁、钙、钠、钾、镁的金属元素[2]。钛化学活性强，自然界中没有单质钛存在，易与氧结合，矿物中钛主要以TiO2和钛酸盐形式存在，常与铁共生，形成各类矿物，单是TiO2含量超过1% 的矿物就超过140 种，其中有工业价值的仅10 余种，主要为金红石、钛铁矿、钛磁铁矿、锐钛矿、白钛矿、钙钛矿等[3]。到目前为止，要准确统计钛资源储量仍然十分困难，因为各国对钛资源的认定标准具有较大差异，如英国ROSKILLINFO 的钛资源统计数据中就未包括钒钛磁铁矿资源，美国地质调查局(USGS)也未把中国低品位钒钛磁铁矿列为钛资源，从而造成不同来源的统计资料有较大出入[4]。全球现已经探明的钛矿资源按TiO2计量的储量超过25 亿t，主要分布于中国、南非、加拿大、俄罗斯、澳大利亚、印度、挪威等国家和地区，其中我国资源储量约7.5 亿t，主要分布于四川、河北、云南、海南、广西、广东等省区[4-6]。

金红石

金红石性质较为稳定，是钛矿中分布最广的砂矿矿物之一，其TiO2品位一般高于2%[7]，主要成分为TiO2，同时含有Fe、Mg、Al、Si、Ca 等杂质元素，为四方晶系，具有半金属光泽，比磁化系数平均为1.23×10−8m3/kg，基本无磁性，导电性良好，通过重选、磁选、浮选、电选和酸浸等方法进行选矿后可获得TiO2含量为95% ~ 99%的高品位精矿，因此天然金红石是制取钛白粉、海绵钛、四氯化钛等系列产品的优质原料。世界已探明天然金红石储量为4968 万t，主要分布于澳大利亚、南非、印度、乌克兰、巴西、莫桑比克等国家和地区，表1 为2006 年世界金红石储量和基础储量情况。我国目前已发现金红石矿床、矿化点近100 处，主要分布于湖南、河南、山西、陕西、山东和江苏等地，探明储量1530 万t，91%集中于9 个大型矿床中，其中低品位岩矿型矿床6 个。

表1 世界金红石储量

虽然金红石是优质的钛矿资源，但天然金红石储量相对较少，随着开采利用的不断进行，其缺口不断增大，不能满足工业生产的需要，因此需要大量生产人造金红石作为替代品。目前全球人造金红石产能接近200 万t/a，产量约100 万t/a，主要产地为澳大利亚、加拿大、印度和美国等，中国人造金红石产量很少。国外和国内主要生产企业及生产工艺如表2 和表3 所示[8]。

表2 国外人造金红石主要企业及生产工艺

表3 国内人造金红石主要企业及生产工艺

人造金红石生产工艺主要有硫酸浸出法、盐酸浸出法、选择氯化法和还原锈蚀法等[9]，其中盐酸浸出法适用范围较广，硫酸浸出法和还原锈蚀法适合Ca、Mg 含量低的原料，因此产量较大的还原锈蚀法工艺主要集中于澳大利亚，而盐酸法工艺则广泛分布于加拿大、澳大利亚、马来西亚、印度、美国等。

我国只有高品位风化砂矿才适用还原锈蚀法，因此还原锈蚀法产量很小，而我国约90%的钛分布于攀西地区，钙镁含量高，因此大量的企业和研究机构研究以高钛渣或钛铁矿为原料，通过盐酸浸出法制备人造金红石，但生产能力仍然较小。

钛铁矿

在目前的技术和经济条件下具有开采利用价值的钛资源主要为钛铁矿和金红石，其中约85% ~90%为钛铁矿。钛铁矿为六方晶系，具有金属光泽，导电性良好，比磁化系数为3.16×10−7m3/kg，属弱磁性矿物，其分子式为FeTiO3(也可表示成FeO·TiO2)，TiO2理论含量(质量分数) 为52.63%，不同产地的钛铁矿中铁和钛含量有所不同[10]，世界各地钛铁矿化学成分如表4 所示[4]。

表4 世界各地钛铁矿化学成分(质量分数，%)

钛铁矿分为岩矿和砂矿，从岩矿中选出的钛精矿中TiO2品位一般为42% ~ 48%，而从砂矿中选出的钛精矿TiO2品位可超过50%[11]。美国地质调查局(USGS)公布的数据表明，世界钛铁矿储量约6 亿t(以TiO2计)，基础储量约12 亿t，如表5 所示[4]。

表5 世界钛铁矿储量

我国钛铁矿储量约2 亿t，居世界之首，其中原生矿约占97%，以钒钛磁铁矿为主，主要分布于攀西地区、河北承德、广东兴宁等，其中攀西主要矿区钛铁矿储量见表6；砂矿主要分布于海南、云南、广东、广西等，具有矿点分散、规模小、品位低的特点[12]。

表6 攀西地区主要钛铁矿区储量

钛铁矿是目前最主要的钛矿资源，目前钛铁矿主要作为直接硫酸法钛白粉的原料，但该工艺会产生大量的硫酸亚铁盐，造成极大的环境压力，同时浪费了大量的铁资源。为了充分利用钛铁矿中的铁，许多冶炼厂以钛铁矿为原料进行电炉冶炼，得到生铁和高钛渣，高钛渣可作为硫酸法或氯化法生产钛白粉的原料。

钒钛磁铁矿

钒钛磁铁矿的主体元素为钒、铁、钛，并伴生有铬、锰、镍、钴、硫等多种元素。全球钒钛磁铁矿主要集中分布于中国、俄罗斯、南非、美国、加拿大等国家和地区，表7 为世界主要钒钛磁铁矿储量分布情况[4,13-18]。

表7 世界主要钒钛磁铁矿储量分布情况

我国钒钛磁铁矿分布广泛，资源储量超过100 亿t，其中已探明储量达98.3 亿t，绝大部分钒钛磁铁矿分布于基性岩体中，主要分布于四川攀西(攀枝花—西昌)地区、河北承德、陕西洋县、湖北郧阳、襄阳地区、山东临沂、广东兴宁等地区[14-16]。其中，攀西地区是我国钒钛磁铁矿的主要成矿带，也是世界上同类矿床的重要产区之一，据最新勘探成果，攀枝花境内钒钛磁铁矿累计探明资源储量达73.37 亿t[16]。攀枝花钛资源储量巨大，但超过一半以钒钛磁铁矿形式存在，且Ca、Mg、Si 等杂质含量高，开发利用难度大，目前仅将选铁后得到的钛铁矿精矿作为钛精矿加以利用。因此如能综合利用以钒钛磁铁矿精矿中的铁和钛，将具有重要的经济、环境和资源安全意义。为了充分利用钒钛磁铁矿精矿中的钛资源，目前对直接还原－磁选、直接还原－电炉熔炼、钠盐焙烧－直接还原－电炉熔炼等方法研究较多，但只有直接还原－电炉熔炼已在南非和新西兰得到商业化应用[19-22]。

结束语

钛资源种类众多，其中金红石、钛铁矿、钒钛磁铁矿是最主要的矿种。金红石砂矿矿物经过选矿工艺后可得品位大于95%的钛精矿，是一种优质原料，但金红石资源含量相对其他钛矿较少，且在国内分布不多。钛铁矿和钒钛磁铁矿储量大，二者容易伴生，国内主要分布于攀西地区、承德等地，目前钛铁矿是最主要的提钛原料，而钒钛磁铁矿中钛品位低、杂质含量高，导致钛资源利用难度大、利用率低。因而通过选冶联合方法提高钒钛磁铁矿中钛资源的利用水平将是重要的研究方向之一。