云南富宁县良子老寨钛铁矿工艺矿物学研究

张俊花 ，杨社平，乐智广

(自然资源部三江成矿作用及资源勘查利用重点实验室，云南 昆明 650218)

我国钛铁矿资源丰富，资源储量占全球30%左右，主要集中分布于广东、广西及云南地区。云南钛铁矿多属半风化-风化矿床，易开采，易破碎，但选矿精矿品位较低，精矿中TiO2含量一般在42%～46%，不利于冶炼，选矿工艺相对复杂[5]。

云南省钛铁矿主要分布在昆明市禄劝县、富民县、寻甸县及楚雄州武定县，文山州富宁县等地[4]。富宁县钛铁矿多出露地表，品位相对较高、易采选，具备良好的开发利用前景。

富宁良子老寨矿床位于云南富宁县里达乡-板仑乡一带，矿区范围地理坐标：东经105°38′15″～105°42′00″，北纬23°51′30″～23°52′39″[6]。矿床类型属辉绿岩风化型钛铁砂矿。本文主要对富宁良子老寨钛铁矿进行工艺矿物学方面的研究，为选矿工艺流程的选择和应用提供理论基础。

1 矿石化学成分

矿区现场采取12件探槽样品，平均组合为研究综合样(以下称原矿)，可代表矿区矿石性质，以粉砂矿为主，块矿很少且松散易碎，先晒干，后破碎加工成-2mm综合试验样，化学多元素分析见表1。平均入选品位TiO23.88ω%、TFe15.50ω%、mFe 0.41ω%，含P 0.19%、S 0.01%、As 26.2×10-6，钛为选矿回收的目的元素；TFe含量虽较高，但可选mFe含量很低，可做伴生元素回收。

表1 原矿化学多元素分析结果/ω%Tab 1.Raw Ore Chemical Analysis

2 矿物组成及其相对含量

矿石为全风化型，完全风化呈砂土状，主要结构为它形粒状、显微鳞片状结构。钛铁矿含量4.5ω%，主要脉石矿物为高岭石、石英、水-绢云母、绿泥石等；钛磁铁矿含量1.1ω%，由于含量少，仅具备伴生回收价值。含量分析结果见表2。

表2 矿石矿物组成及其相对含量分析结果(ω%)Tab 2.Chemical Analysis of Mineral Composition

3 矿石主要矿物嵌布特征

矿石主要由钛铁矿、钛磁铁矿、高岭石、褐铁矿、绿泥石、绢云母、石英等组成。对选矿指标影响较大的矿物为钛铁矿、钛磁铁矿、锐钛矿和褐铁矿、高岭石、石英。

钛铁矿：分子式FeTiO3，含量约4.5ω%。黑色，不透明，半金属光泽。镜下观察，多呈它形粒状、个别呈半自形粒状，部分与脉石矿物连生，少数与钛磁铁矿连生。图1a、1b。钛铁矿嵌布粒度主要在0.03mm～0.13mm之间，微细粒级者占16.4%(<0.032mm)，细粒级者占31.2%(0.032 mm～0.064mm)，中粒级者占47.9%(0.064 mm～0.128 mm)，粗粒级者占4.5%(>0.128 mm)，大部分属中粒-细粒级嵌布(图1)。基于钛铁矿的粒度，选矿推荐的原则流程为弱磁选除铁-高梯度强磁选抛尾-摇床精选。

图1 钛铁矿嵌布粒度图Fig 1.Grain Size Distribution of IlmeniteMicroscopic

经扫描电镜能谱分析，钛铁矿成分接近理论值，成分比较纯、没有其它元素混入，且可见与钛磁铁矿连生。详见图2和表3结果。

表3 钛铁矿及其连生的钛磁铁矿的能谱分析结果(ω%)Tab 3 Energy Spectrum Analysis of Ilmenite and Associated Ti Magnetite

图2 钛铁矿和钛磁铁矿背散射电子图以及能谱图Fig 2.Backscattered Electron Diagram and Energy Spectrumof Ilmenite and Ti Magnetite

钛磁铁矿：分子式(Fe，Ti)3O4，含量约1.1ω%。矿石中铁元素的目的矿物，黑色，不透明，半金属光泽。矿石中呈它形粒状，受风化作用影响，少数颗粒包含泥质并与钛铁矿连生，不均匀分布。钛磁铁矿嵌布粒度主要在0.01mm～0.1mm，属细粒级嵌布。图3、3c。经扫描电镜能谱分析，样品中钛磁铁矿普遍含钛，含钛量约10ω%，属于类质同象的形式，无法通过选矿的方法去除。详见图3和表4结果。

表4 钛磁铁矿能谱分析结果(ω%)Tab 4.Energy Spectrum Analysis of Ti Magnetite

图3 钛磁铁矿背散射电子图和能谱图Fig 3.Backscattered Electron Diagram and Energy Spectrum of Ti Magnetite

锐钛矿：分子式TiO2，含量约1.5ω%。褐色，半透明，玻璃-金刚光泽。矿石中以隐晶质状为主，个别呈它形粒状，不均匀分布，多与脉石矿物相连生。锐钛矿嵌布粒度为≤0.004mm。见显微照片3c、3d。

褐铁矿：分子式FeOOH，含量约24.7ω%。红褐色，不透明，土状-半金属光泽。矿石中呈隐晶质状、显微鳞片状，少数富含泥质，少数集合体大致呈细网脉状产出，集合体嵌布粒度0.004 mm～0.05mm。见显微照片3e。

高岭石：分子式Al4[Si4O10](OH)8，含量约47%。矿石中呈显微鳞片状，被铁泥质不均匀浸染，杂乱分布，嵌布粒度在0.004 mm～0.01mm之间。见显微照片3f。

石英：分子式SiO2，含量约8.5%。无色，油脂光泽。在矿石中呈它形粒状、少部分呈隐晶质状，粒径大小不均匀，不均匀分布。嵌布粒度为0.004 mm～0.1mm。

4 钛赋存状态

原矿中含TiO23.88ω%，经研究，目的元素钛主要以独立矿物的形式赋存在钛铁矿中，分配率60.38%，少部分以类质同象的形式赋存在钛磁铁矿中，分配率3.98%；其余以吸附或微细粒包裹形式赋存在粘土矿物及脉石矿物中，分配率分别占21.00%、14.64%。表5。

表5 各矿物中钛的分配率(%)Tab 5.Ti Distribution Ratio in Various Minerals

5 矿石性质对钛选矿的影响

据工艺矿物学研究结果，矿石中钛铁矿与脉石矿物高岭石、褐铁矿、石英、绿泥石、水-绢云母等比重差异较大(表6)，适合使用磁选-重选联合工艺进行分选。钛铁矿嵌布粒度主要在细粒范围内，大部分已单体解离，少部分钛铁矿嵌布粒度属微细粒，与钛磁铁矿或脉石矿物连生。原矿中有1.1ω%钛磁铁矿，含量较少，对提高钛品位和回收率影响不大，仅具伴生回收价值，由于其物理性质与钛铁矿相近，在试验过程中有负面影响且对最终钛精矿品位有负面影响，所以选矿流程采用“弱磁除铁-高梯度强磁抛尾-钛粗精矿摇床精选”作为联合选矿工艺流程，实现钛铁矿与脉石矿物之间的有效分离，选别后精矿指标见表7。

表6 矿石矿物相应比重数据表Tab 6 Ti Concentrate Analysis

表7 钛精矿多元素分析结果(ω%)Table 7 Multielement analysis results of titanium concentrate/ω%

钛精矿TiO250.16ω%，含TFe 35.74ω%、P 0.018ω%、CaO 0.42ω%、MgO 0.48ω%，据行业标准(YS/T 351-2007)，钛铁矿精矿品质TiO2≥46ω%即为商品精矿，该钛精矿达到了商品精矿的质量要求。

钛精矿产品中金属矿物以钛铁矿为主，含少量褐铁矿、钛磁铁矿和黄铜矿，其中钛铁矿含量占95%，解离度97%左右，未解离者与钛磁铁矿、褐铁矿、脉石矿物相连生，嵌布粒度在0.01 mm～0.1mm，属微细粒级嵌布。褐铁矿含量1%左右，脉石矿物成分为高岭石、石英、水云母等，粒内含微细粒金属矿物包体或与金属矿物连生。见显微照片4a、4b、4c、4d。

6 结论

(1)富宁县良子老寨钛铁矿原矿中TiO23.88ω%、TFe15.50ω%、mFe 0.41ω%，含CaO 0.46ω%、MgO 1.43ω%、SiO235.61ω%、Al2O322.38ω%、P 0.19ω%、S 0.01ω%、As 26.2×10-6，钛是选矿回收的目的元素；TFe含量虽较高，可选mFe含量很低，大量的铁以褐铁矿的形式存在，铁仅可做伴生元素回收；有害元素CaO、MgO、P、S、As较低，对选矿的影响较小。

(2)矿石中TiO2品位达到矿产资源工业利用边界品位，具有工业利用价值，是选矿回收的目的元素，钛元素主要赋存在钛铁矿中，通过回收钛铁矿即可有效富集矿石中的钛；其中目的元素钛60.38%以独立矿物的形式赋存在钛铁矿中，其余主要以吸附或微细粒包裹形式赋存在粘土矿物及脉石矿物中，属不可选或极难选钛。

(3)钛铁矿嵌布粒度主要在细粒-中粒范围，原始状态下大部分已单体解离。少部分钛铁矿嵌布粒度属微细粒，与钛磁铁矿或脉石矿物连生，因含量较少，对提高钛品位和回收率影响不大。

(4)钛磁铁矿含量仅1.1ω%，其中钛无利用价值，铁可作为伴生元素回收。

(5)在详细的工艺矿物学研究基础上，选矿采用“弱磁除铁-高梯度强磁抛尾-钛粗精矿摇床精选”联合流程，在最佳分选条件下，可获得钛精矿中TiO2品位50.16ω%，达到了商品精矿的质量要求。

(6)该矿石为全风化型钛铁矿，原矿磨矿后解离度较好、选矿工艺流程不复杂、钛精矿TiO2品位较高，对于钛铁矿相对回收率好、达90%以上，符合商品钛精矿的质量要求，属于较易选钛铁矿。