淺談紅土型銳鈦礦化學(xué)選礦發(fā)展現(xiàn)狀

黃筱迪 張松

摘 要：銳鈦礦、板鈦礦和金紅石是自然界中TiO2的三種不同結(jié)晶形態(tài)，是在不同物理化學(xué)條件及地質(zhì)條件下形成的同質(zhì)多象變體，其中金紅石和鈦鐵礦（FeTiO3）是當(dāng)今世界鈦工業(yè)生產(chǎn)的最主要原料。筆者通過對分析近年來銳鈦礦的選別發(fā)展趨勢，結(jié)合化學(xué)試驗分析，認為織金地區(qū)銳鈦礦具有開采價值，并供銳鈦礦研究者參考借鑒。

關(guān)鍵詞：鈦資源;銳鈦礦;化學(xué)試驗;化學(xué)選礦

鈦元素（Ti）是大陸地殼巖石的重要組成元素之一，鈦的地殼豐度為0.56%，按元素豐度列居第九位。Ti在化學(xué)元素周期表中位于第四周期，第IVB族;原子序數(shù)為22，核外電子結(jié)構(gòu)為1s22s22p63s23p63d24s2，由于4s層電子和3d層電子的電離勢較小，所以鈦原子的價電子是4s23d2，通常化學(xué)價是正四價。鈦的熔點為1668±4℃，沸點3260±20℃，密度4.506～4.516g/cm3。其中熔點比鐵高138℃左右，密度僅為鐵的57%，是輕金屬中的高熔點低密度金屬。

1 鈦礦資源的分布情況

鈦是地殼中的豐度較高的元素之一，資源分布范圍廣，全世界超過三十個國家擁有鈦資源。目前，世界上具有工業(yè)開采價值的鈦礦分為鈦巖礦和鈦砂礦兩類。其中：鈦巖礦屬于原生礦，常與其他礦物共生，有鈦鐵礦（FeTiO3）、鈦磁鐵礦和赤鐵鈦礦（紅土型）等不同類型。鈦巖礦具有儲量大、產(chǎn)地比較集中以及可大規(guī)模開采等優(yōu)點，缺點就是脈石礦物結(jié)構(gòu)致密、含量較高、可選性較差、選礦回收率低且所選精礦品位低。主要的生產(chǎn)國有中國、加拿大、俄羅斯和印度;而鈦砂礦屬于次生礦，通常在河灘或者海岸附近沉積成礦，這類礦石以金紅石、鈦鐵礦為主，常與鋯英石、獨居石和錫石等共生[1]。

2 銳鈦礦的選別現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

目前全球?qū)鸺t石和鈦鐵礦的研究較多，選礦工藝有重選、電選、磁選、浮選以及聯(lián)合選別工藝[2]，但是對于銳鈦礦的礦物學(xué)性質(zhì)及選礦工藝研究較少。我國的銳鈦礦一般具有嵌布粒度細、礦物組成復(fù)雜的特點，屬于難選型礦石。

張敏、聶愛國等人[3-4]通過研究貴州晴隆沙子一帶的峨眉山玄武巖，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的銳鈦礦床是在二疊統(tǒng)茅口組灰?guī)r頂部形成的古喀斯特高地與喀斯特洼地，在低壓、低溫和弱堿性水體條件下，銳鈦礦晶被玄武巖質(zhì)黏土和褐鐵礦等吸附形成礦床。銳鈦礦賦存于峨眉山玄武巖的風(fēng)化殘坡積物中，以微細粒型的獨立礦物和被石英及硅酸鹽礦物包裹形式存在。

張晶、徐興鴻等人[5]對通過貴州某銳鈦礦工藝性質(zhì)研究，進行了搖床試驗、螺旋溜槽重選試驗、離心機重選試驗、磁選試驗、重選與磁選聯(lián)合試驗、浮選試驗，選別指標較差，均不能有效的將銳鈦礦分離出來，說明了銳鈦礦屬于難選型礦石。

張玉松、張杰[6]等人通過X射線衍射分析、顯微鏡鏡下觀察、掃描電鏡配合能譜、電子探針等手段研究了云南富源地區(qū)某紅土型鈦礦礦石性質(zhì)。初步將該區(qū)域的鈦礦石分為銳鈦礦和含銳鈦礦的赤鐵礦，研究表明，銳鈦礦為晶體礦物，在偏光顯微鏡下，單偏光為褐黃色、褐紅色和暗紅色等，見多色性，礦物見正高突起，糙面明顯;而含銳鈦礦的赤鐵礦石，正交偏光下為黃色、褐紅黃色，其晶體具正高突起，糙面較顯著。

在選別工藝上，很多科研工作者都對銳鈦礦的選別工藝做了相關(guān)研究，主要研究了重選、磁選、浮選以及一些聯(lián)合選別方式對銳鈦礦選別的效果，發(fā)現(xiàn)效果都一般，現(xiàn)階段主要考慮浮選與其他工藝聯(lián)合選別，浮選中藥劑的選擇與研發(fā)都極為重要的，如研究各種捕收劑、活化劑、調(diào)整劑、抑制劑對正、反浮選中的選礦指標。通過現(xiàn)代分析手段，確定藥劑反應(yīng)機理，提供理論依據(jù)，指導(dǎo)實踐生產(chǎn)。

Y.H，Wang、Somasundaran[7]等人于20世紀80年代提出，常規(guī)浮選工藝對于選別細粒礦物效率低。通過高嶺土提純實驗，即通過浮選除去高嶺土中的銳鈦礦雜質(zhì)以提高其白度，提出了載體浮選新工藝。Y.H，Wang等人處理高嶺土礦物時，以粗粒（-20微米）方解石作為載體，在pH=10.05～10.15，調(diào)漿速度為2000轉(zhuǎn)/min的條件下，用油酸作為捕收劑，除去高嶺土中的微細粒銳鈦礦，所得高嶺土精礦中的TiO2殘留率由原本的72%下降到39%，同時高嶺土的回收率也由原來44%提高到92%。

吳力明、幸偉中等人[8]以銳鈦礦人工混合礦為研究對象，以油酸鈉、SPA、Cupferron作為捕收劑，氟硅酸鈉作為一水硬鋁石的抑制劑，F(xiàn)e3+、Cu2+作為銳鈦礦的活化離子的條件下，研究了捕收劑種類、濃度和活化劑對銳鈦礦浮選的影響。在pH=3，銳鈦礦與一水硬鋁石按1：4混合的條件下，以Cupferron作為捕收劑，用量為8×10-4mol/L、氟硅酸鈉作為調(diào)整劑，用量為1×10-3mol/L、Cu2+作為活化劑，用量為2×10-4mol/L，可得到銳鈦礦的TiO2回收率為70.4%，品位為2%。吳力明還采用現(xiàn)代表面測試技術(shù)（IR和XPS）檢測表明，捕收劑Copfemrn、SPA均可與銳鈦礦表面發(fā)生化學(xué)吸附，Cupferron在銳鈦礦表面形成了類似捕收劑金屬鹽的表面產(chǎn)物，為銳鈦礦的選別奠定基礎(chǔ)。

綜上所述，目前對于銳鈦礦的選別工藝中，單獨的使用重選、磁選、電選或者浮選的單一選礦工藝的選別效果并不理想，建議以浮選-化學(xué)聯(lián)合選礦為銳鈦礦的選別工藝。我國目前所發(fā)現(xiàn)的銳鈦礦床中，主要以石英、粘土礦物、硅酸巖為脈石礦物居多，綜合目前銳鈦礦的選別工藝，可考慮重-磁選除鐵、反浮選除石英、化學(xué)方法除去硅酸鹽礦物及粘土礦物的聯(lián)合工藝，以提高銳鈦礦的選別效果。

3 化學(xué)選礦試驗流程

3.1 礦石性質(zhì)

貴州織金地區(qū)鈦礦的主要化學(xué)組分：TiO2（5.02%～8.59%）、SiO2（24.7%～40.5%）、Al2O3（23.8%～28.1%）、Fe2O3（13.05%～26.6%）;次要化學(xué)組分：MgO（0.07%～2.09%）、P2O5（0.06%～0.52%）、CaO（0.04%～0.87%）;樣品的燒失量（加熱分解的氣態(tài)產(chǎn)物和有機質(zhì)含量的多少）占9.2%～21.75%，平均燒失量占14.59%，說明織金地區(qū)礦石屬于SiO2和Al2O3為主的粘土型鈦礦。

3.2 試驗方法

試驗采用加堿焙燒后加水浸出粘土礦物與硅酸鹽礦物，再通過鹽酸除雜工藝富集銳鈦礦。試驗每次取10g礦樣與一定量的氫氧化鈉（分析純）用研缽研磨5分鐘，混勻起到機械力活化作用。然后將混勻的試樣置于坩堝內(nèi)，在一定溫度下用馬弗爐焙燒一定時間，恒溫20分鐘，冷卻后，將樣品研磨后置于水中攪拌浸出40分鐘，固液分離（濾液保留）后，將濾渣與一定量的濃鹽酸（分析純）反應(yīng)一定時間后反復(fù)洗滌得銳鈦礦精礦，分析其TiO2含量。

4 結(jié)論

筆者通過查閱大量的國內(nèi)外文獻資料，結(jié)合前期對織金地區(qū)某紅土型銳鈦礦工藝性質(zhì)研究及化學(xué)選礦試驗數(shù)據(jù)分析，提出對銳鈦礦選別的幾點建議。

（1）筆者通過研究發(fā)現(xiàn)貴州織金地區(qū)所發(fā)現(xiàn)鈦礦資源鈦礦物的主要載體為銳鈦礦，風(fēng)化充分，TiO2含量在5.02%～8.6%之間。通過化學(xué)組成主要為Al2O3、SiO2、Fe2O3、和TiO2，其中Al2O3、SiO2、Fe2O3總量大于70%，通過XRD分析知，礦物組成主要為高嶺石、赤鐵礦、銳鈦礦、石英等。

（2）貴州織金地區(qū)紅土型鈦礦中TiO2含量5%～8.6%之間，根據(jù)參考手冊，金紅石型砂礦床的工業(yè)TiO2品位為>2%。通過分析氧化稀土含量（∑REO）規(guī)律，∑REO含量在310.40×10-6～1174.93×10-6，對比礦床一般工業(yè)指標中稀土礦床邊界品位為0.03%，認為該礦床中稀土元素富集，具有開采價值。

（3）通過化學(xué)選礦，確定最優(yōu)條件為在600℃下焙燒35min，氫氧化鈉用量700kg/t，鹽酸濃度為14.75%（體積比VHCl：VH2O=1：2），鹽酸浸出時間12min，可得到TiO2品位為14.53%、回收率為68.75%、富集比為2.89的鈦精礦。通過選擇性溶解脈石礦物后，可提高TiO2品位，基本達到鈦的富集。對于浸出過程中的廢液，可作為制備納米氫氧化鋁，水玻璃的原料。

參考文獻：

[1]胡克俊，姚娟，席歆.攀枝花鈦資源經(jīng)濟價值分析[C].全國鈦白行業(yè)年會，2008.

[2]蔣昊，朱樹生，孫忠誠等.云南某低品位鈦鐵礦選礦試驗研究[J].礦冶工程，2015.

[3]張敏，聶愛國，張竹如.貴州晴隆沙子銳鈦礦礦床與黔西南紅土型金礦床的成礦差異性[J].地質(zhì)科技情報，2016（05）：126-130.

[4]聶愛國，張竹如，亢庚等.貴州首次發(fā)現(xiàn)殘坡積型銳鈦礦地質(zhì)特征研究[J].貴州大學(xué)學(xué)報（自然版），2011，28（03）：41-44.

[5]張晶，徐興鴻，蔣彥等.貴州某難選銳鈦礦工藝礦物學(xué)研究以及可選性探討[J].云南冶金，2012，41（03）：10-16.

[6]張玉松，張杰.云南富源某紅土型鈦礦稀土元素地球化學(xué)特征[J].稀土，2015（03）：1-8.

[7]Wang Y H C，Somasundaran P.A study of carrier flotation of clay[M].Fine Particles Processing.AIME Maryland，1980（02）： 1112-1128.

[8]吳力明，幸偉中，錢鑫.一水硬鋁石與銳鈦礦浮選分離研究[J].有色金屬（選礦部分），1997（03）：13-17.

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