淺談紅土型銳鈦礦化學選礦發展現狀

黃筱迪 張松

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

關鍵詞：鈦資源;銳鈦礦;化學試驗;化學選礦

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在化學元素周期表中位于第四周期，第IVB族;原子序數為22，核外電子結構為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?；瘜W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、產地比較集中以及可大規模開采等優點，缺點就是脈石礦物結構致密、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 銳鈦礦的選別現狀與發展趨勢

目前全球對金紅石和鈦鐵礦的研究較多，選礦工藝有重選、電選、磁選、浮選以及聯合選別工藝[2]，但是對于銳鈦礦的礦物學性質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，發現該區域的銳鈦礦床是在二疊統茅口組灰巖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某紅土型鈦礦礦石性質。初步將該區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研究，主要研究了重選、磁選、浮選以及一些聯合選別方式對銳鈦礦選別的效果，發現效果都一般，現階段主要考慮浮選與其他工藝聯合選別，浮選中藥劑的選擇與研發都極為重要的，如研究各種捕收劑、活化劑、調整劑、抑制劑對正、反浮選中的選礦指標。通過現代分析手段，確定藥劑反應機理，提供理論依據，指導實踐生產。

Y.H，Wang、Somasundaran[7]等人于20世紀80年代提出，常規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，調漿速度為2000轉/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，Fe3+、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%。吳力明還采用現代表面測試技術（IR和XPS）檢測表明，捕收劑Copfemrn、SPA均可與銳鈦礦表面發生化學吸附，Cupferron在銳鈦礦表面形成了類似捕收劑金屬鹽的表面產物，為銳鈦礦的選別奠定基礎。

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-化學聯合選礦為銳鈦礦的選別工藝。我國目前所發現的銳鈦礦床中，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、化學方法除去硅酸鹽礦物及粘土礦物的聯合工藝，以提高銳鈦礦的選別效果。

3 化學選礦試驗流程

3.1 礦石性質

貴州織金地區鈦礦的主要化學組分：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（加熱分解的氣態產物和有機質含量的多少）占9.2%～21.75%，平均燒失量占14.59%，說明織金地區礦石屬于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，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）反應一定時間后反復洗滌得銳鈦礦精礦，分析其TiO2含量。

4 結論

筆者通過查閱大量的國內外文獻資料，結合前期對織金地區某紅土型銳鈦礦工藝性質研究及化學選礦試驗數據分析，提出對銳鈦礦選別的幾點建議。

（1）筆者通過研究發現貴州織金地區所發現鈦礦資源鈦礦物的主要載體為銳鈦礦，風化充分，TiO2含量在5.02%～8.6%之間。通過化學組成主要為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）貴州織金地區紅土型鈦礦中TiO2含量5%～8.6%之間，根據參考手冊，金紅石型砂礦床的工業TiO2品位為>2%。通過分析氧化稀土含量（∑REO）規律，∑REO含量在310.40×10-6～1174.93×10-6，對比礦床一般工業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）通過化學選礦，確定最優條件為在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.攀枝花鈦資源經濟價值分析[C].全國鈦白行業年會，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].地質科技情報，2016（05）：126-130.

[4]聶愛國，張竹如，亢庚等.貴州首次發現殘坡積型銳鈦礦地質特征研究[J].貴州大學學報（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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