印尼Lokasi 海濱砂礦工藝礦物學研究

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，四川 成都 610059；2.四川龍蟒礦冶有限責任公司，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 伴生元素的礦產資源，在航空、化工、機械、電力、醫療器械等多個領域有廣泛的應用，具有非常高的綜合利用價值。截止2018 年底，世界已探明鐵礦金屬儲量840 億t（礦石量1700 億t），中國的鐵礦金屬儲量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量8.8 億t，中國鈦鐵礦儲量2.3 億t，居世界第二。 2017 年到2019 年，由于環保標準的提高，全球各大鋼鐵生產商致力于提高礦石綜合利用率，減小能源消耗，導致鐵礦石產量增加緩慢[1]。隨著資源開發的逐步擴展,海濱砂釩鈦磁鐵礦逐漸受到研究單位和企業的重視。海濱砂礦原礦粒度多小于5 mm,省去了破碎工段作業,可大幅降低企業建廠的投資成本。此外,海濱砂礦依海開采,技術簡單,也無需考慮尾礦庫問題[2]。印度尼西亞是世界上最大的群島國家，具有大量的鐵鈦海濱砂礦資源，其開發利用現狀已受到了越來越多學者的關注。本文以印尼Lokasi 地區的海濱砂釩鈦磁鐵礦為研究對象，對其工藝礦物學性質進行研究，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 物質組成

1.1 化學組成

化學多元素分析結果（表1）表明，Lokasi海濱砂釩鈦磁鐵礦化學成分組成與中國典型礦床中釩鈦磁鐵礦石存在明顯差別。TFe 含量較高，Fe2+/Fe3+約為0.88；S、P 含量遠低于其他產地的礦石，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指標接近，皆達到了伴生組分綜合利用工業要求[3]；CaO+MgO/SiO2+Al2O3約為0.57，整體偏酸性[3]。

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

1.2 礦物組成

通過對砂光（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

實體鏡下，鈦磁鐵礦為黑色，半金屬光澤。多數晶粒為半自形粒狀，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。鈦磁鐵礦多數以獨立晶粒存在，個別呈兩晶粒連晶，常見粘附有細小風化的土狀脈石。少數鈦磁鐵礦與長石、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沒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。其中，片狀尖晶石較常見，片晶寬約1 μm，長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，它們有時單獨產出，有時和片狀尖晶石一起產出。不同類型鈦磁鐵礦之間的結構差異對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分析/%Table 4 Chemical analysis of a single mineral of ilmenmagnetite

圖1 鈦磁鐵礦鏡下結構Fig .1 Photomicrographs of titanomagnetite textures

2.2 鈦鐵礦

鈦鐵礦主要以純凈粒狀顆粒或片晶形式產出。實體鏡下，鈦鐵礦為黑色，半金屬光澤，粒度及磨圓度與鈦磁鐵礦相似。顆粒形態為厚板狀、六方柱狀、偶見肘狀連晶。多數呈單體，少數與脈石連生。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，FeO 和TiO2含量區間分別為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并不均一，鈦鐵礦顆粒表明可見明顯灰色微細條紋，能譜分析結果表明（表6，圖2），灰色條紋與淺灰色部分的化學組成基本一致，氧原子數占總原子數的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，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。根據電子探針分析結果，先固定陽離子總數，將離子數分配值標準化，再通過理想化學配比計算法確定Fe3+離子數，最終計算得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。因此就目前的技術水平而言，不能從Lokasi 海濱砂礦中選出獨立的高品位鈦精礦。

表6 鈦鐵礦能譜分析結果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，單礦物成分的基礎上，估算出各礦物密度，對Fe、Ti 配分比進行計算，結果見表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，這些礦物的陽離子容易被Fe2+或Fe3+取代，因此脈石中的Fe 配分比相對較高。約99.88%的Ti 都賦存于鈦磁鐵礦和鈦鐵礦中，分配相對集中。

4 粒度及解離度特征

通過篩析分級，測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測定結果表明（表9），鈦磁鐵礦原礦單體解離度達90%，單體和大于3/4 連生體之和達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。不過由于其氧化程度稍深，約有8%的鈦磁鐵礦因為磁性減弱，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 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%。通過元素配分計算可知大部分的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，與攀西地區的礦石礦物明顯不同。推測在成礦過程中，溫度下降過快，結晶時間不充分，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，結合選礦成本和前期試驗結果，可考慮一段磨礦或不磨礦直接分選。