江苏某金红石矿工艺矿物学及选矿特性研究

郭金玉，万宏民，李 英，陈炳龙，王勇海，孙 欢

(1.西安西北有色地质研究院有限公司，陕西 西安 710054)(2.陕西省矿产资源综合利用工程技术研究中心，陕西 西安 710054)

0 引 言

近年来，随着我国钛工业的迅速发展，对钛金属的需求不断增加，金红石作为生产钛及其化合物的重要矿物原料，具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、高强度、小比重等优异性能，被广泛用于军工航空、航天、航海、机械、化工、海水淡化等方面[1]。我国大部分天然金红石矿为原生矿，具有品位低、嵌布粒度细、矿石性质复杂等特点，因而至今未被大规模地有效开发利用[2]。

我国江苏地区某榴辉岩型金红石原生矿储量丰富，可综合回收利用矿物经济价值高，工艺矿物学研究可以为矿石选矿工艺的制定及高效开发利用提供重要的依据[3]，但目前关于榴辉岩型金红石矿的详细工艺矿物学研究方面鲜有报道，本文采用光学显微镜、MLA 、SEM 和 EDS 等分析手段对江苏地区某榴辉岩型金红石矿的工艺矿物学特性进行了详细研究，为该榴辉岩型金红石矿选矿工艺流程的确定及开发利用提供科学的技术依据。

1 矿石基本性质

1.1 矿石化学成分

原矿多元素化学分析结果见表1，原矿钛物相析分析结果见表2。由表1可知:原矿中TiO2含量为4.03%，是主要回收元素，其它元素的含量较低，达不到综合回收标准；由表2可知:TiO2主要以金红石的形式存在，占78.01%，其次存在于钛铁矿中，占13.30%。

表1 原矿多元素化学分析结果 %

表2 原矿钛物相分析结果 %

1.2 矿石的矿物组成和含量

采用光学显微镜及MLA等分析方法对原矿进行了矿物组成及相对含量测定，结果见表3。该矿石中主要金属矿物是金红石，其次为钛磁铁矿、钛铁矿、黄铁矿等，脉石矿物主要为石榴石、绿辉石，其次为磷灰石和石英等；主要有用矿物为金红石、钛铁矿、石榴石、绿辉石。

表3 原矿矿物组成及相对含量 %

1.3 矿石的结构、构造

矿石的结构主要包括：(1)粒状结构：在矿石中比较常见，金红石多为粒状结构[4]；(2)不规则状结构：钛铁矿、磁铁矿等构成不规则状结构；(3)包含结构：部分金红石颗粒被石榴石、绿辉石包裹，形成包含结构；(4)变晶结构：石榴石、绿辉石在矿石中多为变晶结构。

矿石的构造主要包括：(1)浸染状-星散状构造：在矿石中金红石、部分黄铁矿多为浸染状分布而形成浸染状构造；(2)块状构造：矿石中的主要矿物，紧密结合，非定向排列，构成块状构造。(3)星点状构造：部分黄铁矿、金红石等在矿石中多呈星点状分布，构成星点状构造。(4)格架状构造：在矿石中钛铁矿和赤铁矿多构成格架状构造。

1.4 矿石类型

矿石的含矿岩性为榴辉岩，岩石呈变晶结构，块状构造，局部条带状构造，主要由石榴石、绿辉石组成，故根据矿石含矿岩性、矿石矿物组成、矿物嵌布特征及结构构造等，该矿石类型可以认定为榴辉岩型金红石矿石[5]。

2 主要矿物的选矿工艺特性

2.1 主要矿物的嵌布特征

2.1.1 金红石

金红石是钛的主要矿石矿物，在矿石中的相对含量为3.83%，EDS能谱分析结果表明：金红石含有少量的铁、硫杂质元素，会对金红石产品质量产生不利的影响[6]；矿石中金红石的粒度为0.01～0.30 mm，部分较粗者可达0.45 mm，金红石在矿石中主要以他形-半自形、粒状和粒状集合体的形式存在于石榴石粒间、绿辉石粒间和石榴石-绿辉石粒间，或与钛铁矿、榍石规则-半规则紧密连生(见图1)，部分细粒金红石与石榴石、绿辉石构成细粒包裹体，难以解离[7]，这部分细粒金红石(钛铁矿)在粗粒石榴石回收时损失较大，是造成金红石回收率难以提高的主要原因[8]。

图1 金红石嵌布于石榴石、辉石粒间或与钛铁矿、榍石紧密连生

2.1.2 钛铁矿

钛铁矿在矿石中的相对含量为0.70%，主要由Fe、Ti、O元素组成，部分含有一定量的Mn，多以他形粒状、不规则状的形式嵌布在矿石中，部分可见半自形板条状，粒径为0.005～0.30 mm，大部分钛铁矿与金红石以规则—半规则的形式紧密连生，两者很难单体解离；部分与钛磁铁矿形成不可解离的不混溶格架状连晶分布在石榴石、绿辉石粒间或与黄铁矿紧密共生(见图2)，这种不混溶格架状连晶会对钛铁精矿品位的提高产生一定的影响[9]。

图2 钛铁矿与钛磁铁矿形成格架状连晶与黄铁矿紧密共生

2.1.3 石榴石

石榴石在矿石中的相对含量为46.46%，主要由O、Fe、Si、Al、Ca、Mg等成分组成，为铁铝榴石-钙铝榴石类[10-11]。石榴石主要以他形-半自形粒状及粒状集合体形式分布在矿石中，粒径为0.01～0.60 mm，整体嵌布粒度较粗，在磨矿过程中易于单体解离，并常与绿辉石共生，其粒间可见金红石、钛铁矿等矿物颗粒分布，部分石榴石包裹金红石(见图3)，对金红石的分选有一定的影响[6,8]。

图3 包裹于石榴石中的细粒金红石

2.1.4 绿辉石

绿辉石的分子式是(Ca，Na)(Mg，Fe2+，Fe3+，Al)[Si2O6]，它是透辉石(CaMg[Si2O6])和硬玉(NaAl[Si2O6])之间的变种，多为浅绿色，弱多色性，高正突起，具辉石式解理[12]，在矿石中的相对含量为42.94%，多呈半自形—自形粒状、长柱状，粒径多为0.01～0.70 mm，部分较粗者可达1.10 mm，在矿石中单体解离程度较高，常与石榴石共生，在其粒间可见少量金红石、钛铁矿等矿物分布(见图4)，部分绿辉石与金红石等矿物以包裹体的形式紧密共生，部分绿辉石易泥化，会对矿物的分选产生不利影响[5,13]。

图4 分布于石榴石、辉石粒间的金红石和钛铁矿

2.1.5 其他矿物

磷灰石是矿石中磷的主要矿物，多以半自形粒状、柱状的形式分布于石榴石、绿辉石粒间，粒径多为0.02～0.80 mm。

黄铁矿是矿石中主要硫化矿物，多以他形、粒状、不规则状的形式，星点状嵌布在钛铁矿、(钛)磁铁矿中，粒径多为0.01～0.30 mm。

角闪石在矿石中含量较少，多以他形-半自形、粒状、柱状的形式与石榴石、绿辉石紧密共生，粒径多为0.05～0.30 mm。

钛磁铁矿在矿石中含量较少，主要分为两种：(1)与钛铁矿形成板条状，粒径一般为0.01～0.30 mm；(2)以他形-半自形粒状分布于石榴石、绿辉石等矿物粒间，粒径多小于0.10 mm。

榍石在矿石中含量相对较少，粒径多小于0.10 mm，主要以他形粒状的形式与金红石、钛铁矿等共生，并广泛分布在金红石边缘。

帘石在矿石中比较少见，多以他形细粒和细粒集合体的形式局部分布于绿辉石粒间或边部，粒径多小于0.03 mm。

2.2 主要矿物的嵌布粒度

采用线测法对主要有用矿物嵌布粒度进行分析，结果见图5。

图5 主要矿物平均粒度分布图

由图5可知：主要有用矿物在矿石中粗细不均匀嵌布，其中钛铁矿、金红石在矿石中嵌布粒度较细，而石榴石、绿辉石的嵌布粒度较粗，在磨矿时的单体易解离，为进一步查明主要矿物在一定磨矿细度下的嵌存关系，将矿石磨至-0.15mm 40%的产品进行单体解离度测定，结果见表4。由表4可以看出：在该磨矿细度下，金红石和钛铁矿的单体解离度较低，而石榴石和绿辉石的单体解离度较高，因此，在综合回收主要有用矿物时，要兼顾考虑，宜采用阶段磨矿、阶段选别流程，先选粗粒的石榴石、绿辉石，再选细粒的金红石和钛铁矿，并要充分考虑市场上对石榴石、绿辉石产品的粒度要求，一段磨矿不宜过细，以免造成石榴石、绿辉石产品回收率和价值的降低。

表4 主要矿物解离度分析结果 %

2.3 主要矿物的物理化学性质

矿石中主要有用矿物的物理化学性质分析见表5。由表5可知：通过重选的方法可以使密度小的绿辉石与密度大的金红石、钛铁矿、石榴石得到有效的分离，而金红石、钛铁矿、石榴石之间密度差异小，采用重选方法很难得到有效的分选；而钛铁矿和石榴石具有较高的磁性，采用磁选的方法可以使石榴石和钛铁矿富集到强磁精矿中，实现与金红石的初步分离，但矿石中的金红石常与钛铁矿、石榴石等磁性矿物紧密连生，金红石晶格中的钛易被铁取代或金红石颗粒表面被铁污染[14]，导致部分金红石矿物的磁性增强，磁选分离时会导致这部分金红石的损失，为了减少这部分损失，可采用浮选的方法[15-16]，对金红石和石榴石进行分离，再采用磁选的方法对金红石进一步提纯。

表5 主要矿物的物理化学性质分析

3 结 论

(1)该金红石矿为榴辉岩型原生金红石矿，矿石中主要金属矿物是金红石，其次为黄铁矿、钛铁矿等；非金属矿物主要为石榴石、绿辉石，其次为磷灰石和石英等，主要可回收矿物为金红石、钛铁矿、石榴石、绿辉石。

(2)矿石中钛矿物主要为金红石，其次为钛铁矿和钛磁铁矿。金红石含有铁、硫杂质及部分金红石与钛铁矿紧密连生或被石榴石、辉石等包裹，是造成金红石品位和回收率较低的主要因素；钛铁矿与钛磁铁矿形成的不混溶格架状连晶是制约钛铁精矿品位提高的主要因素；石榴石和绿辉石在矿石中嵌布粒度较粗，有利于矿物间的解离分选。

(3)在综合回收多种有用矿物时，磨矿细度是保证有用矿物产品质量和单体解离度的关键参数，必须兼顾考虑，采用阶段磨矿、阶段选别流程，并选择合适的重选、磁(电)选和浮选等联合工艺，可以实现多种有用矿物的有效分选。