某海滨砂矿重选毛砂工艺矿物学研究

张莉莉，梁冬云，李 波，洪秋阳

广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院)，广东 广州 510650

滨海砂矿具有极大的经济价值，是锆石、金红石、独居石、钛铁矿及锡石的重要开采源，其分布广泛，而且具有勘探、开采简单，选矿、冶炼方便等优点，受到了各国的重视[1-3].本文以国外某滨海砂矿的重选毛砂为研究对象，充分查明该毛砂的物质组成和有价矿物的性质特点，以及影响锆、钛、稀土及铁回收的矿物学因素，目的是为该毛砂精选工艺流程的合理制定提供翔实的工艺矿物学依据.

1 砂矿物质成分

该毛砂多元素化学分析结果列于表1.由表1可知，毛砂中的主要有价金属为钛、锆、稀土和铁，以及伴生少量铌.

表1 原砂多元素化学分析结果Tabel 1 Multi-element analysis results of the ore

用矿物自动定量检测设备(MLA)对该毛砂进行矿物定量检测，结果列于表2.由表2可知，该矿砂中钛矿物为钛铁矿和少量富钛钛铁矿，以及金红石、少量榍石和微量钙钛矿；锆矿物为锆石和微量斜锆石；稀土矿物以独居石为主，以及少量磷钇矿；铁、铬矿物有钛赤铁矿、磁铁矿和铬铁矿；脉石矿物较少，主要为石榴石、绿帘石、角闪石、榍石和石英、长石等.

表2 原砂矿物定量检测结果Tabel 2 Quantitative detection results of the ore

2 钛、锆、稀土和铁矿物的粒度分布

用MLA测定该毛砂的粒度，图1为毛砂中各主要矿物的粒度分布曲线.从图1可见，毛砂中各主要矿物的粒度大小相近，粒度范围均较窄，主要集中在0.04～0.125 mm之间，为磁、重法分选的最佳粒度.

图1 毛砂中各主要矿物的粒度分布

Fig.1The grain size distribution of major valuable minerals in the gross sand

3 钛、锆、稀土和铁矿物选矿工艺特性

3.1 钛铁矿

该毛砂中含有钛铁矿和富钛钛铁矿，由扫描电镜能谱进行化学成分多点分析可知，该富钛钛铁矿含钛量变化较大，TiO2含量为53.02%～76.02%，平均为64.41%.磁性分析结果表明，二者的磁性有差别，分别在300～450 mT和500～650 mT场强下进入磁性产品中.钛铁矿大多呈铁黑色、次棱角粒状的单体颗粒，少数为含角闪石、钽铌铁矿、锆石等的微细包裹体；在表生风化过程中部分钛铁矿中的铁离子被淋滤，从而变成富钛钛铁矿，进一步蚀变为白钛石(图2).

3.2 金红石及锆石

金红石中常含类质同象或机械混入的杂质.该毛砂中的金红石普遍含硅和铁，部分金红石含铌、铬、钙、铝等杂质，通过金红石单矿物分析，TiO2含量为90.41%.该金红石呈长柱状或圆棒状，大多数为单体颗粒，个别与独居石、锆石连生.

图2 钛铁矿氧化蚀变为富钛钛铁矿

该毛砂中锆石多数为单体，但普遍可见表面或裂隙中存在铁染(图3)，并且部分锆石为含磁铁矿、钛铁矿、磷灰石、黑云母、绿泥石及石英等包裹体.因此，该锆石品质稍差，含锆偏低.用扫描电镜能谱进行化学成分多点分析，结果表明该锆石中含有程度不等的铁，并且含有铪， HfO2平均含量为1.64%，已达到锆精矿中铪综合回收的品位要求.

图3 锆石颗粒

3.3 独居石

该毛砂的独居石中Th和U含量较高，并有少量Ca替代稀土，络阴离子部分有[SiO3]4-代替[PO4]3-.单矿物分析，REO含量为60.70%， ThO2为3.25%.该独居石绝大多数呈单体颗粒存在，但在扫描电镜下观察发现，少部分独居石中包含麻点状石英或绢云母(图4)，也见独居石中包含锆石、钍石等，少量微细独居石呈微细粒包裹于锆石、金红石等矿物中.

图4 独居石中包含大量麻点状绢云母

Fig.4A significant amount of foveolate muscovite in monazite

3.4 钛赤铁矿及磁铁矿

该毛砂的钛赤铁矿中含数量不等的钛，并含少量锰，呈次磨圆状，多为单体颗粒，少数与榍石连生.

该毛砂的磁铁矿中含钛较低，大多呈单体粒状，呈现一定程度的氧化，有的表面有溶蚀孔洞，个别与石英、钍石连生，也见磁铁矿中含石英、绿泥石包裹体.

4 砂矿中主要有价元素的赋存状态

4.1 钛、锆和铁的赋存状态

在矿物定量的基础上，分别对分离单矿物TiO2，Zr(Hf)O2和Fe进行化学分析，三者在各主要矿物中的分配列于表3.

表3中钛的平衡分配表明：钛铁矿(含富钛钛铁矿)、金红石和榍石中的钛，分别占原砂中总钛的90.37%，4.32%和0.37%；赋存于钛赤铁矿、磁铁矿、铬铁矿和锆石中的钛，分别占原砂中总钛的4.58%，0.05%，0.03%和0.01%；以微细包裹体存在于石英等脉石矿物中的钛，占原砂中总钛的0.27%.钛铁矿和金红石的理论品位分别约为51%和90%，理论回收率分别约为90%和4%.

表3中锆的平衡分配表明：以锆石和斜锆石矿物形式存在的锆，分别占原砂中总锆的98.61%和0.03%；以微细锆石包裹体存在于钛铁矿、钛赤铁矿和磁铁矿等铁钛矿物中的锆，分别占原砂中总锆的0.85%，0.10%和0.03%；以微细锆石包裹体存在于脉石中的锆，占原砂中总锆的0.39%.锆的理论品位约为65%，理论回收率为98%～99%.

表3 钛、锆、铁在矿物中的平衡分配

表3中铁的平衡分配表明：磁铁矿、钛赤铁矿、铬铁矿中的铁，分别占原砂中总铁的6.58%，19.71%和0.77%；钛铁矿、金红石中赋存的铁，分别占原砂中总铁的72.34%和0.02%；含铁硅酸盐脉石矿物中赋存的铁，占原砂中总铁的0.52%.磁铁矿和钛赤铁矿的理论品位分别约为69%和62%，理论回收率分别约为6%和20%.

4.2 稀土的赋存状态

在矿物定量的基础上，分别对分离单矿物进行稀土总量(TREO)分析，表4为稀土在各主要矿物中的分配.表4中稀土的平衡分配表明：原砂中以独居石、磷钇矿和氟碳铈矿、褐钇铌矿矿物形式存在的稀土，分别占原砂中总量的97.24%，2.42%，0.11%和0.10%；赋存于钍石中的稀土，占原砂中总量的0.04%；以微细包裹体存在于石英、长石等脉石矿物中的稀土，占原砂中总量的0.11%.独居石的理论品位约为60%，理论回收率约为97%.

表4 稀土在主要矿物中的平衡分配Table 4 The element distribution of rare earth in each mineral

5 影响选矿的矿物学因素分析

(1)该毛砂自然粒度范围较窄，各个主要矿物的粒度大小相近且粒度范围均较窄，粒级主要集中在0.045～0.125 mm之间，为磁、重法分选的最佳粒度.

(2)该毛砂相对选矿工艺来说，最大的难点在于钛赤铁矿与钛铁矿的分选.由于二者矿物量之比约为6.5∶1，磁性区间重叠、密度相近，无法采用磁选和重选法进行分离，而且二者均为含铁氧化矿物，浮选活性离子均为铁，故浮选也难以有效分选.建议采用还原焙烧法，将钛赤铁矿还原为有强磁性的磁铁矿，而钛铁矿无变化，再采用弱磁分选.

(3)脉石矿物含量较少，但种类较多，石榴石、角闪石和绿帘石等脉石矿物与钛赤铁矿和钛铁矿的磁性相近，磁选难以分离，但它们存在一定的密度差，可采用重选法脱除.

(4)该毛砂中的独居石在1300 mT场强下大量进入磁性产品中，故采用磁选法可获得良好的分离效果.

(5)钛铁矿、金红石、锆石等有用矿物天然解离性较好，不需磨矿就可分选.锆石和金红石均属非磁性矿物，但金红石属导体矿物，可采用电选分离.

6 结 论

(1)该毛砂中有价元素种类多、品位高，可回收的有价矿物为钛铁矿、锆石、独居石、钛赤铁矿，同时可综合回收金红石、钛磁铁矿.

(2)钛的平衡分配表明，从该毛砂中分选钛铁矿和金红石，理论品位分别为51%和90%左右，理论回收率分别为90%和4%左右.

(3)锆的平衡分配表明，从该砂矿中选锆石，理论品位65%左右，理论回收率为98%～99%.

(4)铁的平衡分配表明，从该砂矿中分选磁铁矿和钛赤铁矿，理论品位铁分别为69%和62%左右，理论回收率分别为6%和20%左右.

(5)稀土的平衡分配表明，从该毛砂中选独居石，理论品位60%左右，理论回收率97%左右.

参考文献：

[1] 迟洪纪，李秀章，郑作平. 山东省滨海砂矿成矿规律及远景区划[J]. 山东地质，2001(5)：24-31.

[2] 谭启新，孙岩.中国滨海砂矿[M].北京：科学出版社，1988.

[3] 陈军，周平，姜亚雄，等. 印度尼西亚某海滨砂铁矿选矿工艺研究[J]. 矿冶，2013(1)：22-25.