浅析攀西地区钛矿质量指标及检测方法

2020-11-02何芝

云南化工 2020年10期

何芝

（攀西钒钛检验检测院，国家钒钛制品质量监督检验中心，四川攀枝花 617000）

1 攀西地区钛矿资源

攀枝花位于中国西南川滇交界部，该地区与西昌地区合称攀西地区，是我国重要的钒钛磁铁矿资源分布区。截止2015年，攀西地区钒钛磁铁矿探明储量146亿吨，伴生钒1832万吨，占全国钒储量40%；伴生钛8.02亿吨，占全国钛储量90%[1]。攀西地区的钒钛磁铁矿还是世界闻名的复合共生矿，矿石中除了共生有益元素铁、钒、钛外，还伴生有丰富的稀有分散元素，如钪（Sc）、镓（Ga）、钴（Co）、镍（Ni）、锗（Ge）、铌（Nb）以及铂族元素（PGE）等[2-3]。2013年，国家发改委正式批准设立攀西战略资源创新开发试验区，自此攀西钒钛资源开发综合利用提升为国家战略。

攀西地区钒钛磁铁矿主要可利用矿物为钛铁矿、硫化矿物和钛磁铁矿等。与国外钒钛磁铁矿资源相比，其开发利用难度较大，主要原因是钛铁致密共生，钛、钒、铬等元素取代了磁铁矿中的铁，使矿物呈类质同象存在[4]；同时，矿石中90%以上的钒赋存于钛磁铁矿的主晶磁铁矿中，二氧化钛含量远超过一般高炉冶炼铁原料中二氧化钛的极限含量，冶炼加工难度大。对于钒钛磁铁矿综合利用，我国从1958年开始对攀枝花钒钛磁铁矿进行选矿及小高炉试验，1971年攀钢第一座转炉投入生产，由此标志着我国掌握了冶炼攀枝花钒钛磁铁矿的生产技术[5]。目前主流冶炼工艺是钒钛磁铁矿中铁、钛和钒，其他稀有元素回收利用仍在进行技术攻关。同时，攀西钒钛磁铁矿经过近50年的开采利用，目前已进入中深部开采阶段，该阶段钒钛磁铁矿出现矿物类质同象现象和杂质增多问题，也提升了选矿难度、增加了选矿成本。尽管经过几十年的努力，攀西钒钛磁铁矿资源综合开发利用已经取得了举世瞩目的成就，但由于资源的特殊性，充分解决铁、钛、钒分离和镓、钪的提取及高炉渣的合理利用[6]等问题，任是我们当前乃至今后需要努力攻克的课题。

2 攀西地区钒钛磁铁矿特征

2.1 矿床分布特征

攀西钒钛磁铁矿集中分布在西昌至攀枝花市区域内，呈一个南北长约200km、东西宽30～50km的狭长区带内——即攀西裂谷带，包括攀枝花、白马、红格、太和四个大型矿床及周围一些小型矿区（如米易的潘家田、安宁村、新街矿区）构成[7]，它是我国最大的岩浆型钒钛磁铁矿矿床。

攀枝花、白马、太和等含钒钛磁铁矿岩体为基性岩，即辉长岩型；红格等含钒钛磁铁矿岩体为基性—超基性岩，即辉长岩-辉石岩-橄榄岩型。两种岩体地质特征基本相同，只是在基性-超基性岩体矿石中除铁、钛、钒外，伴生的铬、钴、镍及铂族组分含量较高[8]。

2.2 矿床组成特征

攀西钒钛磁铁矿伴生组分多，主要矿物由钒钛磁铁矿、少量的独立粒状钛铁矿和磁黄铁矿、少量钴、镍、铜等硫化物以及脉石矿物等组成[2]。钒钛磁铁矿主要是含钒钛磁铁矿（由钛铁矿、镁铝尖晶石、钛铁矿石、磁铁矿组成的矿物），脉石主要为辉石、基性斜长石，其次为橄榄石、磷灰石等[9]。

2.3 矿石成分特征

钒钛磁铁矿中化学成分主要有全铁、二氧化钛、五氧化二钒、二氧化硅、氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化锰、氧化铬，及微量铜、钴、镍、镓、锰、硒、碲、钪及铂族元素等。其中可利用组分为铁、钛、钒、锰、钴、镍、铜、钪和铂族元素等，钛主要以钛铁矿固溶体存在于磁铁矿中，钒主要以固溶体赋存在钛磁铁矿中，锰以类质同象存在于钛铁矿、钛磁铁矿和脉石矿物中，钪以类质同象方式取代普通辉石、钛角闪石、黑云母和钛铁矿中的Mg2+、Fe2+、Fe3+和Al3+，铂族元素的含量随矿石品位增高而增高，其中Pt、Os和 Ru见有独立矿物[10-12]。

3 攀西钒钛磁铁矿及其加工产品质量指标与检测方法

3.1 攀西钒钛磁铁矿及其加工产品种类与相关标准

由于原生钒钛磁铁矿是多金属共生矿石，需采用多种选矿方法联合流程进行选别，通常采用浮-磁-重、磁-重-浮、磁-浮-重-浮等工艺流程，从钒钛磁铁矿中分离与富集各有用成分，生产钒钛铁精矿、钛精矿。钒钛铁精矿进一步可制成钒钛铁球团，用作高炉炼铁原料；钛精矿用于生产钛白粉、钛渣等产品。因此钒钛磁铁矿原矿经过加工可以形成以下三种主要含钛矿加工产品：钒钛铁精矿、钒钛铁球团矿、钛精矿，其产品标准及质量指标见表1。

从表1看出，目前钛矿产品标准中涉及到的质量指标主要为TFe、TiO2、V2O5、P、S、CaO、MgO。钒钛磁铁矿、钒钛铁精矿、钒钛铁球团矿中各元素的检测方法均采用铁矿石化学成分分析方法（GB／T 6730系列），TFe、TiO2、V2O5采用经典的化学滴定分析方法。

随着现代仪器检测技术的快速发展，不少现代检测仪器应用于矿石中各化学成分检测：电感耦合等离子体光谱法测定钒钛磁铁矿中全铁、钛、钒（DB51／T 1781-2014），火焰原子吸收光谱法测定钛精矿中氧化钙和氧化镁（YB／T 159.7-2015）等。

表1 主要含钛矿产品标准及检测方法

从目前研究文献可看出，钒钛磁铁矿中其他化学成分检测方法已有研究报道，这些方法主要有电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）[13]、电感耦合等离子发射光谱法（ICP-AES）[14-17]和 X射线荧光光谱法（XRF）[18-20]。亢德华等[13]采用 ICP-MS测定钒钛磁铁矿中铬、钴、镍、铜、镓，此方法为测定钒钛磁铁矿中稀有元素提供了检测方法。梅毅[14]采用 ICPAES法测定钒钛高炉渣中钪、镓、铬、镍、钴，此方法为我们综合利用高炉尾渣提供了一定的检测技术手段。此外，还有熔融制样-X射线荧光光谱法测定钒钛磁铁矿中12种组分，X射线荧光光谱法快速测定钒钛磁铁矿中的Ti、Fe、P、V、Co，熔融制样X射线荧光光谱法测定钒钛磁铁矿的主次成分，这些现代仪器分析方法的特点是检测元素多、检测速度快、可批量检测，它们越来越广泛应用于生产过程中质量控制检测和产品质量检验检测。

3.2 钒钛磁铁矿及其加工产品检测方法

钒钛磁铁矿及其加工产品检测方法可分为常规理化分析和仪器分析[21]。常规理化分析采用经典的化学滴定（比色）分析方法，试样经过混酸分解-残渣熔融-酸溶解等步骤分解，再经过滴定或比色进行定量分析，常规理化分析方法准确度高，但操作流程长，对检测人员的操作熟练程度及经验要求较高。

根据试样状态，仪器分析可分为湿法仪器分析和干法仪器分析。湿法仪器分析是将试样处理成溶液再通过仪器定量分析，如原子吸收光谱分析（AAS）、电感耦合等离子体光谱法（ICP-AES）等，湿法仪器分析受试样消解效果及分析干扰（基体干扰、光谱干扰、共存元素干扰等）影响较大，虽然可以通过基体匹配、标准加入法等方法减少上述干扰带来的分析误差，由于攀西钒钛磁铁矿组成复杂，各成分差异较大等特殊情况，在实际湿法分析过程中存在试样消解不完全、复杂基体对待测元素干扰较大等问题，这也给湿法分析准确度带来了一定的影响。

干法仪器分析主要是X射线荧光光谱法，根据试样制备方法又分为压片法和熔片法：压片法的优点是简单、快速、经济，在分析工作量大、分析精度要求不太高时应用很普遍，也常用于痕量元素的分析，理论和实验都表明[22]，粒度效应、增强效应和矿物效应是影响压片法分析精度的主要因素。为了解决上述问题，引入了熔片法，熔片法是将样品放在一种稀释熔剂中，高温加热，使得样品和熔剂充分混合，冷却后形成类似玻璃的熔片，这种处理的直接结果是稀释了元素的浓度、增大了样品表面的平整度、破坏了样品中的矿物结构形成了均匀统一的结构，所以相应地减少了粒度效应、增强效应和矿物效应。熔片法最大优点是测量数据重复性好，但熔融法也有缺点：因样品被熔剂稀释和吸收，使轻元素的测量强度减小；制样复杂，要花费大量时间；成本也较高。