某含鈦礦石中鈦的賦存狀態研究

王越，王婧

（中國地質科學院礦產綜合利用研究所，中國地質調查局金屬礦產資源綜合利用技術研究中心，四川 成都 610041）

鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金具有密度低、比強度高、耐蝕性好、導熱率低、無毒無磁、可焊接、生物相容性好、表面可裝飾性強等特性，廣泛應用于航空、航天、化工、石油、電力、醫療、建筑、體育用品等領域[1-3]。目前，隨著鈦元素應用的日益廣泛和礦產資源開發難度的增大，工藝礦物學在礦產資源開發過程中的作用日益顯著。通過工藝礦物學研究，掌握礦石性質及有價元素的賦存狀態，查明影響選冶指標的礦物學因素，可為礦產資源的開發和選冶工藝指標優化提供重要的參考依據[4-6]。

1 礦石的物質組成

礦石物質組成是礦石性質研究的基礎，通過化學多元素分析作為礦石的定量依據，確定礦石的基本性質。最后通過光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡及MLA確定礦石中的主要礦物及含量。

1.1 化學組成

礦石的化學多元素分析結果見表1。

表1 原礦化學多元素分析/%Table 1 Chemical analysis results of the ore

通過表1可知,礦石中TFe品位為11.36%，沒有達到鐵礦石的最低邊界品位；TiO2品位為2.27%；礦石中SiO2、Al2O3、CaO、MgO的含量總計高達77.633%，說明礦石中鋁硅酸鹽類礦物含量非常高，礦石是含鐵鈦的鋁硅酸鹽礦石；化學分析檢測出礦石中銅、鋅等含量很低，沒有檢測出鈮、鉭等其他可供綜合利用的有價元素；礦石中硫、磷元素含量很低，對礦石性質影響較小[7]。

1.2 礦物組成

經鏡下鑒定、X射線衍射分析、掃描電鏡分析和AMICS（礦物自動分析儀）測定結果表明，礦石中的金屬礦物以鐵、鈦金屬礦物為主，主要的含鈦金屬礦物為鈦鐵礦、金紅石、榍石及微量的鈦磁鐵礦，含量分別為1.86%、0.13%、0.47%及0.09%，鐵礦物為磁鐵礦（或含少量的赤鐵礦、褐鐵礦等），含量約9.15%，以及微量的鈦磁鐵礦、黃鐵礦等；脈石礦物以鈦鐵閃石、斜長石、綠簾石及綠泥石為主，總量達82.62%，除此之外還有微量的角閃石、云母、石英、磷灰石等，含量很低（表2）。

表2 礦石中礦物組成及含量/%Table 2 Mineral composition and content of the ore

2 主要礦物的礦物學特征

通過礦物種類和含量分析，原礦中主要可回收利用的鐵礦物為磁鐵礦及微量的赤鐵礦，二者含量總計達36%左右。脈石礦物石英、白云母、綠泥石為主，還有微量的鉀長石、普通輝石、方解石、橄欖石等。通過對礦石進行光學顯微鏡鑒定、掃描電鏡分析、MLA分析、電子探針分析以及粒度統計，從而查明主要礦物產出形式。

2.1 鈦鐵礦

該礦石中鈦鐵礦是主要的含鈦金屬礦物，含量達總礦物的1.86%，常呈半自形、他形晶粒狀結構，與金紅石、榍石緊密共生，呈交代殘余結構，粒徑常介于50～500 μm之間。對鈦鐵礦進行電子探針微區分析得知，鈦鐵礦中平均含TiO248.16%，平均含FeO 44.14%，此外還有微量的鎂、鈣、錳等雜質（見表3）。對鈦鐵礦與磁鐵礦的連生體進行能譜微區面成分掃描（圖1、2），發現鈦鐵礦與磁鐵礦常緊密連生賦存于斜長石、鈦鐵閃石等脈石礦物中，且鈦鐵礦常呈蜂窩狀結構，被榍石和金紅石交代，這三者緊密共生。

表3 鈦鐵礦電子探針微區分析元素含量/%Table 3 Element composition and content of the ilmenite by EPMA

圖1 鈦鐵礦的嵌布特征Fig.1 Embedded characteristics of ilmenite

2.2 磁鐵礦（含少量赤鐵礦）

該礦石中磁鐵礦為最主要的鐵礦物，含量達9.15%，常呈自形、半自形晶粒狀與鈦鐵礦連生，常呈晶粒狀、條帶狀、脈狀、碎裂狀等構造，晶體粒徑較大，一般介于200～500 μm之間，最小可達50 μm。除磁鐵礦之外，礦石中偶見少量的沒有與鈦鐵礦連生的赤鐵礦晶體賦存于脈石礦物中（圖3），粒徑一般小于100 μm，由于其含量低、對礦石性質影響較小，且在背散射圖中不便與磁鐵礦區分，在此次礦石性質研究中與磁鐵礦一并研究。對磁鐵礦和赤鐵礦進行電子探針微區分析得知，其中FeO平均含量為91.71%，TiO2平均含量為0.39%，此外還有微量鈣、鎂、硅等雜質（表4）。

表4 磁鐵礦電子探針微區分析元素含量/%Table 4 Element composition and content of the magnetite by EPMA

圖3 磁鐵礦的嵌布特征Fig.3 Embedded characteristics of magnetite

圖2 含鈦礦物的X射線面掃描Fig.2 X-Ray surface-scanning pattern of titanium-bearing minerals

2.3 金紅石

礦石中金紅石含量很少，僅占礦物總量的0.13%，且常與榍石、鈦鐵礦共生，粒徑較小一般介于30～60 μm之間，最大者不超過100 μm，根據其賦存狀態推測該礦石中金紅石與榍石由鈦鐵礦蝕變形成，構成了交代殘余結構，沒有獨立的金紅石晶體賦存于脈石礦物中（圖4）。對金紅石進行電子探針微區分析得知，金紅石中TiO2平均含量為97.72%，此外還有1.02%的CaO、0.81%的FeO以及0.38%的SiO2等雜質。

圖4 金紅石的嵌布特征Fig.4 Embedded characteristics of rutile

2.4 榍石

礦石中的榍石是含鈦的脈石礦物之一，含量為0.47%，與金紅石、鈦鐵礦緊密共生，常呈他形結構，是鈦鐵礦的交代殘余產物，沒有獨立的榍石晶體，粒徑較小，一般在-100 μm。一般都賦存在鈦鐵礦晶體內。對榍石進行電子探針微區分析得知，榍石中平均含有37.79%的TiO2。

2.5 鈦鐵閃石

礦石中鈦鐵閃石是最主要的含鈦脈石礦物，礦物含量高達38.68%，常呈自形、半自形晶，晶型較大，粒徑常介于+500 μm，大者可達幾毫米（圖5），是礦石中最主要的脈石礦物。對鈦鐵閃石進行電子探針微區分析得知，鈦鐵閃石中TiO2平均含量為2.59%，此外還有9.98%的CaO、13.93%的FeO以及13.14%的MgO等（表5）。

表5 鈦鐵閃石的電子探針微區分析元素含量/%Table 5 Element composition and content of the kaersutite by EPMA

圖5 鈦鐵閃石的嵌布特征Fig.5 Embedded characteristics of kaersutite

2.6 其他礦物

除了上述幾種主要礦物外，礦石中還有斜長石、綠簾石、綠泥石及微量的石英、磷灰石、云母、黏土礦物等，含鈦、含鐵量很低，對礦石性質影響較小。

3 有用礦物的粒度和單體解離度

運用AMICS圖像分析儀對不同粒級的原礦樣品進行測定，發現原礦中的各礦物工藝粒度具有不同的特性。礦石中最重要的三種含鈦礦物金紅石、鈦鐵礦和榍石在破磨至-0.25 mm后，粒徑有較大區別，相對而言，鈦鐵礦粒徑最大，主要集中在-210+75 μm之間，其次為金紅石，粒徑主要集中于-63+27 μm之間，最后為榍石，粒徑主要集中于-32+11.4 μm之間。對不同篩級中的主要礦物進行單體解離度測定，得知隨著粒徑變小，單體解離度都穩步提高，在同一粒級內，鈦鐵閃石、斜長石、綠泥石、綠簾石等脈石礦物的單體解離度明顯高于鈦鐵礦、金紅石、榍石等含鈦金屬礦物。其中金紅石的單體解離度最低，與其粒度最微細直接相關，鈦鐵礦與榍石的單體解離度基本一致（表6）。

表6 原礦中主要礦物的單體解離度/%Table 6 Monomer dissociation of main minerals in the ore

4 鈦的賦存狀態及分布規律

本次研究的某含鈦原生礦礦石主要為含鐵、鈦的鋁硅酸鹽礦石，最主要的含鈦金屬礦物為鈦鐵礦、榍石、金紅石，含鈦脈石礦物有鈦鐵閃石。通過化學分析，鈦、鐵物相分析、電子探針、掃描電鏡、AMICS礦物自動分析系統測試研究，確定了礦石鈦的賦存狀態及分布規律。

礦石中的TiO2品位為2.270%，鈦主要賦存于鈦鐵礦及鈦鐵閃石中，分布率分別為40.02%和44.75%，占總分布率的84.79%；其次主要分布在榍石、金紅石和磁鐵礦（赤鐵礦）中，分布率分別為7.93%、5.67%和1.59%（表7）。該礦石中金紅石的礦物含量僅為0.13%，鈦鐵礦含量僅為1.86%，沒有達到《礦產資源工業要求手冊》中原礦金紅石邊界品位需達1%以上、鈦鐵礦邊界品位需達10%以上的要求。

表7 礦石中鈦的金屬量平衡Table 7 Metal mass balance of titanium content in the ore

5 結 論

(1) 礦石中SiO2、Al2O3、CaO、MgO 的含量總計高達77.633%，礦石中鋁硅酸鹽類礦物含量非常高，主要有價元素為鐵和鈦，TFe品位為11.36%，TiO2品位為2.27%，其他有價元素含量很低，礦石中硫、磷元素含量很低，對礦石性質影響較小。

(2) 礦石中主要的含鈦金屬礦物為鈦鐵礦、金紅石，含量分別為1.86%、0.13%，鐵礦物為磁鐵礦（含少量的赤鐵礦、褐鐵礦等），含量約9.15%，以及微量的鈦磁鐵礦、黃鐵礦等；脈石礦物以鈦鐵閃石、斜長石、綠簾石、榍石及綠泥石為主，總量達82.62%，除此之外還有微量的角閃石、云母、石英、磷灰石等，含量很低，對礦石性質影響較小。

(3) 礦石中最重要的三種含鈦礦物金紅石、鈦鐵礦和榍石在破磨至-0.25 mm后，粒徑有較大區別，相對而言，鈦鐵礦粒徑最大，主要集中在-210+75 μm之間，其次為金紅石，粒徑主要集中于-63+27 μm之間，最后為榍石，粒徑主要集中于-32+11.4 μm 之間。

(4)礦石中TiO2品位為2.270%，金紅石的礦物含量僅為0.13%，鈦主要賦存于鈦鐵礦及鈦鐵閃石中，分布率分別為40.02%和44.75%，占總分布率的84.79%，其次主要分布在榍石和磁鐵礦（赤鐵礦）中，分布率分別為7.93%和1.59%，金紅石中TiO2分布率僅為5.67%。由于礦石中金紅石含量低，多與榍石、鈦鐵礦等連生，粒度微細，經電子探針分析得知金紅石中含有鈣、鐵、硅等雜質元素，這些因素會直接影響精礦的品位及回收率，采用階磨階選流程及重選、磁選及浮選的聯合工藝，可有效回收礦石中的有用礦物。