淺析攀西地區(qū)鈦礦質(zhì)量指標(biāo)及檢測(cè)方法

何 芝

（攀西釩鈦檢驗(yàn)檢測(cè)院，國(guó)家釩鈦制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，四川 攀枝花 617000）

1 攀西地區(qū)鈦礦資源

攀枝花位于中國(guó)西南川滇交界部，該地區(qū)與西昌地區(qū)合稱攀西地區(qū)，是我國(guó)重要的釩鈦磁鐵礦資源分布區(qū)。截止2015年，攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦探明儲(chǔ)量146億噸，伴生釩1832萬(wàn)噸，占全國(guó)釩儲(chǔ)量40%；伴生鈦8.02億噸，占全國(guó)鈦儲(chǔ)量90%[1]。攀西地區(qū)的釩鈦磁鐵礦還是世界聞名的復(fù)合共生礦，礦石中除了共生有益元素鐵、釩、鈦外，還伴生有豐富的稀有分散元素，如鈧（Sc）、鎵（Ga）、鈷（Co）、鎳（Ni）、鍺（Ge）、鈮（Nb）以及鉑族元素（PGE）等[2-3]。2013年，國(guó)家發(fā)改委正式批準(zhǔn)設(shè)立攀西戰(zhàn)略資源創(chuàng)新開(kāi)發(fā)試驗(yàn)區(qū)，自此攀西釩鈦資源開(kāi)發(fā)綜合利用提升為國(guó)家戰(zhàn)略。

攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦主要可利用礦物為鈦鐵礦、硫化礦物和鈦磁鐵礦等。與國(guó)外釩鈦磁鐵礦資源相比，其開(kāi)發(fā)利用難度較大，主要原因是鈦鐵致密共生，鈦、釩、鉻等元素取代了磁鐵礦中的鐵，使礦物呈類質(zhì)同象存在[4]；同時(shí)，礦石中90%以上的釩賦存于鈦磁鐵礦的主晶磁鐵礦中，二氧化鈦含量遠(yuǎn)超過(guò)一般高爐冶煉鐵原料中二氧化鈦的極限含量，冶煉加工難度大。對(duì)于釩鈦磁鐵礦綜合利用，我國(guó)從1958年開(kāi)始對(duì)攀枝花釩鈦磁鐵礦進(jìn)行選礦及小高爐試驗(yàn)，1971年攀鋼第一座轉(zhuǎn)爐投入生產(chǎn)，由此標(biāo)志著我國(guó)掌握了冶煉攀枝花釩鈦磁鐵礦的生產(chǎn)技術(shù)[5]。目前主流冶煉工藝是釩鈦磁鐵礦中鐵、鈦和釩，其他稀有元素回收利用仍在進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。同時(shí)，攀西釩鈦磁鐵礦經(jīng)過(guò)近50年的開(kāi)采利用，目前已進(jìn)入中深部開(kāi)采階段，該階段釩鈦磁鐵礦出現(xiàn)礦物類質(zhì)同象現(xiàn)象和雜質(zhì)增多問(wèn)題，也提升了選礦難度、增加了選礦成本。盡管經(jīng)過(guò)幾十年的努力，攀西釩鈦磁鐵礦資源綜合開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)取得了舉世矚目的成就，但由于資源的特殊性，充分解決鐵、鈦、釩分離和鎵、鈧的提取及高爐渣的合理利用[6]等問(wèn)題，任是我們當(dāng)前乃至今后需要努力攻克的課題。

2 攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦特征

2.1 礦床分布特征

攀西釩鈦磁鐵礦集中分布在西昌至攀枝花市區(qū)域內(nèi)，呈一個(gè)南北長(zhǎng)約200km、東西寬30～50km的狹長(zhǎng)區(qū)帶內(nèi)——即攀西裂谷帶，包括攀枝花、白馬、紅格、太和四個(gè)大型礦床及周圍一些小型礦區(qū)（如米易的潘家田、安寧村、新街礦區(qū)）構(gòu)成[7]，它是我國(guó)最大的巖漿型釩鈦磁鐵礦礦床。

攀枝花、白馬、太和等含釩鈦磁鐵礦巖體為基性巖，即輝長(zhǎng)巖型；紅格等含釩鈦磁鐵礦巖體為基性—超基性巖，即輝長(zhǎng)巖-輝石巖-橄欖巖型。兩種巖體地質(zhì)特征基本相同，只是在基性-超基性巖體礦石中除鐵、鈦、釩外，伴生的鉻、鈷、鎳及鉑族組分含量較高[8]。

2.2 礦床組成特征

攀西釩鈦磁鐵礦伴生組分多，主要礦物由釩鈦磁鐵礦、少量的獨(dú)立粒狀鈦鐵礦和磁黃鐵礦、少量鈷、鎳、銅等硫化物以及脈石礦物等組成[2]。釩鈦磁鐵礦主要是含釩鈦磁鐵礦（由鈦鐵礦、鎂鋁尖晶石、鈦鐵礦石、磁鐵礦組成的礦物），脈石主要為輝石、基性斜長(zhǎng)石，其次為橄欖石、磷灰石等[9]。

2.3 礦石成分特征

釩鈦磁鐵礦中化學(xué)成分主要有全鐵、二氧化鈦、五氧化二釩、二氧化硅、氧化鈣、氧化鎂、氧化鋁、氧化錳、氧化鉻，及微量銅、鈷、鎳、鎵、錳、硒、碲、鈧及鉑族元素等。其中可利用組分為鐵、鈦、釩、錳、鈷、鎳、銅、鈧和鉑族元素等，鈦主要以鈦鐵礦固溶體存在于磁鐵礦中，釩主要以固溶體賦存在鈦磁鐵礦中，錳以類質(zhì)同象存在于鈦鐵礦、鈦磁鐵礦和脈石礦物中，鈧以類質(zhì)同象方式取代普通輝石、鈦角閃石、黑云母和鈦鐵礦中的Mg2+、Fe2+、Fe3+和Al3+，鉑族元素的含量隨礦石品位增高而增高，其中Pt、Os和 Ru見(jiàn)有獨(dú)立礦物[10-12]。

3 攀西釩鈦磁鐵礦及其加工產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)與檢測(cè)方法

3.1 攀西釩鈦磁鐵礦及其加工產(chǎn)品種類與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

由于原生釩鈦磁鐵礦是多金屬共生礦石，需采用多種選礦方法聯(lián)合流程進(jìn)行選別，通常采用浮-磁-重、磁-重-浮、磁-浮-重-浮等工藝流程，從釩鈦磁鐵礦中分離與富集各有用成分，生產(chǎn)釩鈦鐵精礦、鈦精礦。釩鈦鐵精礦進(jìn)一步可制成釩鈦鐵球團(tuán)，用作高爐煉鐵原料；鈦精礦用于生產(chǎn)鈦白粉、鈦渣等產(chǎn)品。因此釩鈦磁鐵礦原礦經(jīng)過(guò)加工可以形成以下三種主要含鈦礦加工產(chǎn)品：釩鈦鐵精礦、釩鈦鐵球團(tuán)礦、鈦精礦，其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表1。

從表1看出，目前鈦礦產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中涉及到的質(zhì)量指標(biāo)主要為TFe、TiO2、V2O5、P、S、CaO、MgO。釩鈦磁鐵礦、釩鈦鐵精礦、釩鈦鐵球團(tuán)礦中各元素的檢測(cè)方法均采用鐵礦石化學(xué)成分分析方法（GB／T 6730系列），TFe、TiO2、V2O5采用經(jīng)典的化學(xué)滴定分析方法。

隨著現(xiàn)代儀器檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，不少現(xiàn)代檢測(cè)儀器應(yīng)用于礦石中各化學(xué)成分檢測(cè)：電感耦合等離子體光譜法測(cè)定釩鈦磁鐵礦中全鐵、鈦、釩（DB51／T 1781-2014），火焰原子吸收光譜法測(cè)定鈦精礦中氧化鈣和氧化鎂（YB／T 159.7-2015）等。

表1 主要含鈦礦產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)方法

從目前研究文獻(xiàn)可看出，釩鈦磁鐵礦中其他化學(xué)成分檢測(cè)方法已有研究報(bào)道，這些方法主要有電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）[13]、電感耦合等離子發(fā)射光譜法（ICP-AES）[14-17]和 X射線熒光光譜法（XRF）[18-20]。亢德華等[13]采用 ICP-MS測(cè)定釩鈦磁鐵礦中鉻、鈷、鎳、銅、鎵，此方法為測(cè)定釩鈦磁鐵礦中稀有元素提供了檢測(cè)方法。梅毅[14]采用 ICPAES法測(cè)定釩鈦高爐渣中鈧、鎵、鉻、鎳、鈷，此方法為我們綜合利用高爐尾渣提供了一定的檢測(cè)技術(shù)手段。此外，還有熔融制樣-X射線熒光光譜法測(cè)定釩鈦磁鐵礦中12種組分，X射線熒光光譜法快速測(cè)定釩鈦磁鐵礦中的Ti、Fe、P、V、Co，熔融制樣X(jué)射線熒光光譜法測(cè)定釩鈦磁鐵礦的主次成分，這些現(xiàn)代儀器分析方法的特點(diǎn)是檢測(cè)元素多、檢測(cè)速度快、可批量檢測(cè)，它們?cè)絹?lái)越廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量控制檢測(cè)和產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)。

3.2 釩鈦磁鐵礦及其加工產(chǎn)品檢測(cè)方法

釩鈦磁鐵礦及其加工產(chǎn)品檢測(cè)方法可分為常規(guī)理化分析和儀器分析[21]。常規(guī)理化分析采用經(jīng)典的化學(xué)滴定（比色）分析方法，試樣經(jīng)過(guò)混酸分解-殘?jiān)廴?酸溶解等步驟分解，再經(jīng)過(guò)滴定或比色進(jìn)行定量分析，常規(guī)理化分析方法準(zhǔn)確度高，但操作流程長(zhǎng)，對(duì)檢測(cè)人員的操作熟練程度及經(jīng)驗(yàn)要求較高。

根據(jù)試樣狀態(tài)，儀器分析可分為濕法儀器分析和干法儀器分析。濕法儀器分析是將試樣處理成溶液再通過(guò)儀器定量分析，如原子吸收光譜分析（AAS）、電感耦合等離子體光譜法（ICP-AES）等，濕法儀器分析受試樣消解效果及分析干擾（基體干擾、光譜干擾、共存元素干擾等）影響較大，雖然可以通過(guò)基體匹配、標(biāo)準(zhǔn)加入法等方法減少上述干擾帶來(lái)的分析誤差，由于攀西釩鈦磁鐵礦組成復(fù)雜，各成分差異較大等特殊情況，在實(shí)際濕法分析過(guò)程中存在試樣消解不完全、復(fù)雜基體對(duì)待測(cè)元素干擾較大等問(wèn)題，這也給濕法分析準(zhǔn)確度帶來(lái)了一定的影響。

干法儀器分析主要是X射線熒光光譜法，根據(jù)試樣制備方法又分為壓片法和熔片法：壓片法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、快速、經(jīng)濟(jì)，在分析工作量大、分析精度要求不太高時(shí)應(yīng)用很普遍，也常用于痕量元素的分析，理論和實(shí)驗(yàn)都表明[22]，粒度效應(yīng)、增強(qiáng)效應(yīng)和礦物效應(yīng)是影響壓片法分析精度的主要因素。為了解決上述問(wèn)題，引入了熔片法，熔片法是將樣品放在一種稀釋熔劑中，高溫加熱，使得樣品和熔劑充分混合，冷卻后形成類似玻璃的熔片，這種處理的直接結(jié)果是稀釋了元素的濃度、增大了樣品表面的平整度、破壞了樣品中的礦物結(jié)構(gòu)形成了均勻統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，所以相應(yīng)地減少了粒度效應(yīng)、增強(qiáng)效應(yīng)和礦物效應(yīng)。熔片法最大優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量數(shù)據(jù)重復(fù)性好，但熔融法也有缺點(diǎn)：因樣品被熔劑稀釋和吸收，使輕元素的測(cè)量強(qiáng)度減小；制樣復(fù)雜，要花費(fèi)大量時(shí)間；成本也較高。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在測(cè)量釩鈦磁鐵礦中各成分時(shí)，既有常規(guī)理化分析法，也有現(xiàn)代儀器分析法，在日常選擇標(biāo)準(zhǔn)或方法時(shí)，根據(jù)實(shí)際測(cè)量要求選擇合適的分析方法，以達(dá)到需要的檢測(cè)目的。