莫桑比克某滨海锆钛砂矿工艺矿物学研究

李 宁 姚建军

（大冶有色金属集团控股有限公司）

锆钛砂矿是世界上锆英石、钛铁矿及金红石等矿石的主要来源。目前，世界锆英石资源具有易采、易选、生产成本低、产品质量好及伴生矿物种类多、综合回收价值大等优点，属于比较理想的矿产资源。莫桑比克东部沿海锆钛砂矿资源丰富，有巨大的勘探及投资前景［1］。本文对该矿样进行了系统的工艺矿物学研究，查明了矿石的物质组成、结构构造、主要矿物特征及元素赋存状态，分析了锆、钛精矿的理论品位和回收率，阐明了影响选矿结果的工艺矿物学因素，以期为该锆钛矿资源后续的工业化试验提供理论依据。

1 原矿及粗中矿化学多元素分析

原矿化学多元素分析结果见表1。

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经取样重砂全分析及粒度分析，原矿中的主要矿物成分为石英，占矿物总量的90%以上。矿石矿物主要以锆英石为主，伴生的钛铁矿、金红石、独居石可综合利用；其他少量矿物有电气石、磁铁矿、白钛矿、石榴石；微量矿物有锐钛矿、蓝晶石、绿帘石、磷钇矿、透闪石、菱铁矿等。矿石含泥量为1.3%～3.0%，平均2.3%。

通过矿物组成鉴定和化学成分、化学物相分析得出，矿样中可利用的组分是钛、锆和稀土元素，对应的矿物为钛铁矿与金红石、锆石和独居石。

原矿开采采用采砂船配合螺旋溜槽联合开采工艺，在开采过程中对原矿进行了重力粗选，得到了粗选中矿。粗选中矿主要矿物含量见表2。

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2 原砂粒度组成及金属分布

原砂及粗选中矿粒度组成及钛、锆分布见表3、表4。

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由表3、表4可知，该砂矿自然粒度范围较窄，主要粒度在0.10～0.50 mm，钛主要富集在0.075～0.50 mm粒级，锆主要富集在-0.25 mm粒级。

3 主要有价矿物解离度

对矿样主要目的矿物解离度进行测定，结果见表5。

注：包裹微晶赤铁矿的钛铁矿视为单体钛铁矿测定。

由表5可知，矿样中的主要目的矿物基本以单体状态存在，各类矿物单体的比例均在97%以上，钛铁矿、锆石和独居石的解离度接近和超过99%。

该矿砂属于海滨砂矿，显微镜下及扫描电镜下观察和检测，大部分矿物均已完全解离，因此不必磨矿就可进行分选。

4 主要矿物选矿工艺特性

（1）钛铁矿是主要钛矿物，也是矿样中含量最多的矿物种类。矿物颗粒有一定的磨圆度，一般呈次棱角粒状，部分为圆化粒状，粒度一般在0.03～0.30 mm，大多呈单体产出，少量矿物中包裹或连生有石英等脉石矿物及榍石化，部分钛铁矿中有氧化蚀变的赤铁矿微晶析出［2］。

能谱微区成分分析表明，钛铁矿中除含有TiO2和FeO外，还常含有MnO，较标准钛铁矿含铁低。一般Ti O2含量51%～54%，FeO含量35%～44%，MnO含量1%～9%。

（2）金红石以透光下显红褐色、反光镜下具明显的内反射而有别于钛铁矿，颗粒形态以浑圆粒状者居多，亦有较多为次棱角粒状，颗粒中常有孔洞。少量金红石呈不规则状，其中包裹微粒硅铝质脉石、榍石和黄铁矿。矿物粒度总体较钛铁矿略细小，主要以单体产出［3］。

（3）锆石基本以单体状态产出，矿物有典型的自形晶形态，除极少量呈磨圆粒状、椭圆粒状外，矿物的四方双锥状～柱状形态特征明显，部分断裂为半截晶体。矿物大多为白色，少数颜色较深，呈棕色。矿物晶体中常有裂纹和细小的包裹体或孔隙。粒度较钛铁矿细小，一般在0.03～0.20 mm。

能谱成分测定结果表明，锆石成分较为纯净，除ZrO2和SiO2外，含有少量的Ti O2和FeO，有时显示有微量的Th和U。

（4）独居石为稀土元素的磷酸盐矿物，是矿样中稀土元素的主要赋存矿物［4］。矿物在偏光镜下具高突起，反光镜下反射率较石英及硅铝脉石矿物高；扫描电镜背散射图像较锆石、钛铁矿明亮。矿物呈圆粒状、椭圆粒状、麦粒状等圆化形态，基本以单体状态出现。矿物粒度大小与锆石相当，一般在0.03～0.18 mm。

扫描电镜能谱微区分析表明，独居石成分较复杂，络阴离子有［Si O4］4－取代［PO4］3－，伴随有阳离子Th3+、U4+、Ca2+取代Ce3+、La3+、Pr3+、Nd3+等稀土元素。矿物中Th2O3含量一般为3%～7%。

（5）铁矿物主要为褐铁矿，其次为赤铁矿，偶见磁铁矿。褐铁矿常呈不规则状，其中有时可见黄铁矿残余，说明褐铁矿多由黄铁矿氧化而成。赤铁矿多为圆化粒状，部分在钛铁矿中呈微晶状析出。磁铁矿多为次棱角粒状，其中常有风化孔洞。

（6）黄铁矿含量甚微，微粒状，粒度常在-0.03 mm，多包裹在褐铁矿、金红石和钛铁矿等矿物中，偶见单体颗粒出现［5］。

（7）石英是主要脉石矿物，呈他形次棱角粒状，基本以单体产出。

（8）角闪石、辉石等含量较少的脉石矿物也是主要的含铁硅酸盐矿物。粒状大多呈单体产出，与其他矿物包裹和连生者很少。

（9）碳酸盐含量甚微，所见为具生物形状的钙质化石。

综合矿物的产出形式，矿样中各种主要矿物粒度较为均匀，相互差别不大，一般都在0.03～0.30 mm，以锆石和独居石粒度相对较细小。各种矿物多呈次棱角粒状、自形粒状（锆石）、圆化粒状（独居石）单体状态产出，只有少量微粒脉石和黄铁矿包裹在钛铁矿、褐铁矿、金红石等目的矿物中。

5 主要有价金属的赋存状态

矿样钛、锆及稀土物相分析结果见表6～表8。

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由表6～表8可知，钛主要以钛铁矿形式存在，其中TiO2的分布比例占88.13%，其余大多分布在金红石中；锆基本以锆石状态存在，其他形式的锆很少；稀土组分主要以磷酸盐形式存在，其中的分布比例达90.63%，仅有少量以碳酸盐形式存在。

6 选矿方法推荐

该矿砂中的砂粒粒度主要在0.05～0.10 mm，有价矿物锆英石、钛铁矿主要集中在0.03～0.30 mm，呈细粒分布，具有粒度大小均匀，粒度范围较窄的特点。采用隔渣筛预先筛分，丢弃少量低品位筛上产物。筛下产品采用1200H型三头尼龙螺旋溜槽进行选别，可获得锆英石、钛铁矿的混合粗精矿。

螺旋溜槽粗精矿可采用湿式或干式磁选选别，都可获钛铁矿精矿和锆中矿。不同的是湿式磁选不需对螺旋粗精矿进行晒干或烘干，直接造浆入磁选得钛精矿，非磁矿浆（锆中矿）进摇床进行选别，获得锆英石、金红石、独居石混合精矿，减少了晒矿或烘干矿成本并缩短了流程。

锆英石、金红石、独居石混合精矿烘干后，拟采用先磁后电、先电后磁或电磁交替、磁电交替流程选别。根据工艺矿物学研究成果，推荐选用干式磁电交替分离流程，可获得品质较好的锆英石精矿、金红石精矿及独居石精矿。

7 结语

（1）莫桑比克某滨海锆钛砂矿矿物组成查定结果表明，该矿砂中有价矿物种类较多，主要为钛铁矿、锆石，其次为白钛石、金红石，极少量的独居石。

（2）该砂矿的主要粒度在0.10～0.50 mm，钛主要富集在-0.30 mm，锆主要富集在-0.20 mm。矿砂具有粒度大小均匀，粒度范围较窄的特点。

（3）矿砂中有价矿物的天然解离性较好，钛铁矿、白钛石、金红石、锆石、独居石等目的矿物基本上呈单体颗粒，不必磨矿即可分选。

（4）该矿砂中的石英、长石等轻矿物产率占90%以上，这些矿物密度小，无磁性，可采用重选预先抛废。由于回收矿物种类多，磁性分布重叠，分选的难度在于各有价矿物的精选分离。

（5）钛的赋存状态查定表明，钛主要以钛铁矿的形式存在，占总钛的88.13%左右，金红石中钛占总钛的7.53%左右，其他形式的钛很少，约占4.34%。

（6）锆化学物相分析表明，以锆石矿物形式存在的锆占总锆94.72%，以氧化锆和硅酸锆形式存在的锆很少，约占5.28%。