马拉维砂矿工艺矿物学研究报告.docx
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马拉维砂矿工艺矿物学研究报告
马拉维砂矿工艺矿物学
研究报告
广州有色金属研究院
广东省工业研究院
2011年10月
1、前言
受海南国际资源（集团）股份有限公司的委托，广州有色金属研究对马拉维海滨砂矿进行工艺矿物学研究，根据合同要求，查明原砂化学组成和矿物组成，有价矿物粒度组成，有价矿物的物理化学性质等，为选矿试验提供矿物性质资料。
经两个多月的工作，按合同要求完成工艺矿物学研究工作。
工艺矿物学研究表明，
本矿砂中有价矿物主要为钛铁矿和锆石，可综合回收金红石、钛磁铁矿等。
本砂矿自然粒度范围较窄，主要粒度范围在0.1~0.5mm，钛主要富集在0.32mm以下粒级，锆主要富集在0.2mm以下粒级。
矿砂具有粒度大小均匀，粒度范围较窄的特点。
钛铁矿中含磁铁矿片晶或连生体，平均含钛量偏低。
钛铁矿：
赤铁矿之比约为6：
1，赤铁矿与钛铁矿采用物理选矿方法难以有效分离，需采用还原焙烧—磁选的方法分离磁铁矿，才能获得合格钛铁精矿。
现将详细的研究结果表述如下：
2、原砂物质组成
2．1原砂多元素化学分析
表1原砂多元素化学分析结果
元素
TiO2
Fe
Zr（Hf）O2
REO
CaO
MgO
含量%
2.10
3.91
0.10
<0.05
0.35
0.099
元素
P
Al2O3
SiO2
K2O
Na2O
含量%
0.021
11.16
75.29
0.86
2.16
2．2原砂矿物组成和含量
采用MLA自动矿物定量测定原砂各矿物含量，测定结果如表2。
测定结果表明，该海滨砂矿中有用矿物主要为钛铁矿和锆石，少量钛磁铁矿、白钛矿、赤铁矿和极少量金红石，偶见独居石、磷钇矿。
脉石矿物主要为石英、长石、角闪石，少量石榴石、角闪石、磷灰石等。
表2原砂矿物含量测定结果
矿物
含量wt%
矿物
含量wt%
钛铁矿
3.461
角闪石
7.182
金红石
0.048
辉石
0.320
白钛石
0.116
石榴石
0.359
钛磁铁矿
0.440
绿帘石
0.111
赤铁矿
0.550
绿泥石
0.029
锆石
0.139
蓝晶石
0.070
榍石
0.076
粘土
0.581
铬铁矿
0.001
磷灰石
0.104
尖晶石
0.008
磁黄铁矿
0.014
石英
48.031
硬锰矿
0.002
斜长石
33.654
其它
0.008
正长石
4.309
合计
100.000
白云母
0.056
黑云母
0.331
3、原砂粒度组成和金属分布
表3原砂粒度组成和钛、锆分布
粒级mm
产率%
负累产率%
品位%
回收率%
ZrO2
TiO2
ZrO2
TiO2
-0.63+0.5
1.10
100.00
0.014
0.14
0.16
0.08
-0.5+0.4
7.30
98.90
0.009
0.16
0.69
0.58
-0.4+0.32
20.03
91.60
0.016
0.22
3.35
2.19
-0.32+0.2
37.62
71.57
0.024
0.96
9.43
17.97
-0.2+0.1
31.55
33.95
0.17
4.56
55.97
71.57
-0.1+0.074
0.62
2.40
1.01
8.69
6.49
2.66
-0.074+0.04
1.20
1.78
1.66
7.63
20.84
4.57
-0.04
0.58
0.58
0.51
1.33
3.08
0.38
合计
100.00
0.00
0.096
2.01
100.00
100.00
原砂筛分结果反映了原矿的自然粒度分布（见表3），从表3可看出，本砂矿自然粒度范围较窄，主要粒度范围在0.1~0.5mm，钛主要富集在0.1~0.32mm粒级，锆的粒度不如钛铁矿均匀，主要富集在0.04~0.2mm粒级。
4、主要矿物粒度测定
从原砂中测定各有价矿物的粒度分布，测定结果如表4。
从测定结果来看，各有价矿物粒度大小较均匀，粒度分布在0.04~0.32mm，为重选的适宜粒级，其中以金红石、锆石的粒度范围较集中，相对而言，钛铁矿、白钛石的粒度粗细不均匀程度略高，磁铁矿类似钛铁矿，但粗粒级略比钛铁矿少。
表4原砂中主要矿物粒度分布
粒级mm
粒度分布%
钛铁矿
锆石
金红石
白钛石
磁铁矿
-0.64+0.32
3.36
3.93
-0.32+0.16
24.12
2.28
13.79
18.26
19.20
-0.16+0.074
56.01
70.35
73.73
34.51
57.57
-0.074+0.04
14.35
18.65
6.56
24.00
20.39
-0.04+0.020
1.71
3.54
4.50
13.88
2.23
-0.020+0.010
0.33
0.96
0.67
6.93
0.44
-0.010
0.12
0.28
0.75
2.42
0.17
合计
100.00
100.00
100.00
100.00
100.00
5、主要矿物的选矿工艺特性
5．1钛铁矿FeTiO3
钛铁矿呈板状晶，铁黑色，磨圆度较高，呈圆粒状，次圆状，粒度较均匀（参见照片1）。
密度4.72克/厘米3。
莫氏硬度5~6。
具电磁性，大部分在240~450毫特斯拉场强下进入磁性产品，并具导电性，电选进入导体产品。
钛铁矿化学成分主要为铁和钛，理论化学成分：
TiO252.66%，FeO47.34%。
采用能谱随机测定钛铁矿颗粒的化学组成，测定结果见表5。
从测定结果可见：
钛铁矿化学成分变化较大，最低含TiO244%，最高含TiO2可达60%，部分钛铁矿因含磁铁矿片晶而富铁贫钛。
钛铁矿平均化学成分：
TiO250.97%，MnO1.03%，FeO46.89%；
极少部分钛铁矿蚀变为白钛石而致含钛量增加，随之铁含量降低。
本矿砂中钛铁矿单矿物（含难以分离的赤铁矿）分析：
TiO242.92%。
表5钛铁矿化学成分能谱检测结果
检测号
化学组成和含量%
TiO2
FeO
MnO
MgO
SiO2
Al2O3
CaO
1
43.92
53.39
0.84
0.71
0.67
0.20
0.27
2
44.83
53.37
0.49
0.66
0.29
0.14
0.22
3
48.46
50.22
0.16
0.56
0.44
0.16
0.00
4
48.51
49.26
1.74
0.00
0.49
0.00
0.00
5
49.20
47.26
1.57
1.22
0.52
0.23
0.00
6
49.26
48.83
0.55
1.06
0.24
0.06
0.00
7
50.27
47.74
0.56
0.73
0.49
0.21
0.00
8
50.83
46.30
1.86
0.47
0.54
0.00
0.00
9
50.98
46.99
1.02
0.31
0.51
0.19
0.00
10
51.14
47.55
0.73
0.00
0.40
0.00
0.18
11
51.32
46.91
1.33
0.00
0.44
0.00
0.00
12
51.74
47.35
0.52
0.00
0.39
0.00
0.00
13
52.24
45.49
0.66
0.27
0.35
0.99
0.00
14
53.24
43.92
1.22
0.76
0.58
0.28
0.00
15
59.34
39.17
0.82
0.00
0.31
0.00
0.36
16
60.23
36.47
2.33
0.31
0.40
0.26
0.00
平均
50.97
46.89
1.03
0.44
0.44
0.17
0.06
本矿砂中钛铁矿部分以单体颗粒存在，较多的钛铁矿中含有磁铁矿片晶或连晶（参见照片2、3），少部分钛铁矿变化为白钛石（参见照片4）。
照片1体视显微镜放大50倍
矿砂中钛铁矿（少量赤铁矿）。
照片2反光显微镜放大160倍
矿砂中单体钛铁矿和连生体钛铁矿。
照片3扫描电镜放大800倍
矿砂中含磁铁矿片晶的钛铁矿
照片4扫描电镜，放大1000倍
钛铁矿（Ilmenite）部分白钛石化。
5．2金红石TiO2
本矿砂中金红石呈四方柱状、次磨圆粒状~圆粒状，颜色变化较大，呈暗红、褐红~桔黄~褐红~黑色，一般随含铁量增加颜色变深，金刚光泽~半金属光泽，多呈单体颗粒存在于矿砂中（参见照片5）。
金红石密度4.2~4.4克/厘米3，莫氏硬度6.0~6.5。
具极弱电磁性，在1600~2000毫特斯拉场强下进入磁性产品，具导电性，在电选过程进入导体产品。
金红石理论化学成分：
TiO2100%，常含类质同象混入的Fe、Nb、Ta、Sn等。
本矿石中金红石红色者成分较纯，能谱检测未发现其它杂质，在扫描电镜观察金红石未见包裹体（参见照片6）。
照片5体视显微镜放大40倍
矿砂中金红石
照片6扫描电镜，放大1000倍
矿砂中金红石
5．3白钛石
白钛石并非固定化学组成和晶体结构的矿物，而是氧化钛、氧化铁、二氧化硅、氧化铝等多相微粒集合体，由钛铁矿、榍石或金红石等钛矿物受表生作用和热液作用蚀变生成。
白钛石颜色变化较大，呈灰黑色、灰色、褐黄色、黄色、浅黄色等，色泽比钛铁矿暗，质地较松散，成分不均匀，有些钛铁矿蚀变成的白钛石，保留钛铁矿的条纹结构（参见照片7、8），并可见钛铁矿表面白钛石化现象（参见照片9）。
白钛石的硬度和密度均随成分和结构变化较大，磁性和导电性也变化较大，一般磁性、导电性弱于钛铁矿。
白钛石的化学成分较复杂，并变化较大，除含钛、铁之外，含较高硅、铝等杂质，白钛石平均含TiO272.01%。
照片7扫描电镜，放大500倍
白钛石颗粒切面图，可见白钛石成分分布不均匀。
照片8扫描电镜，放大1000倍
白钛石颗粒切面图，可见白钛石保留钛铁矿的条纹结构。
照片9扫描电镜，放大1000倍
钛铁矿颗粒切面图，可见钛铁矿表面白钛石化。
表6白钛石化学成分能谱检测结果
检测号
化学组成和含量%
TiO2
FeO
FeO
Al2O3
SiO2
MnO
P2O5
CaO
Nb2O5
MgO
V2O5
1
81.05
0.00
5.22
6.21
0.98
0.00
2.86
0.86
2.09
0.00
0.73
2
66.88
0.00
29.34
1.87
0.51
0.42
0.00
0.15
0.00
0.83
0.00
3
70.99
22.99
0.00
2.44
2.86
0.23
0.34
0.15
0.00
0.00
0.00
4
70.35
20.00
0.00
2.61
4.28
1.97
0.42
0.37
0.00
0.00
0.00
5
72.53
18.38
0.00
1.25
0.60
6.78
0.23
0.23
0.00
0.00
0.00
6
70.26
24.36
0.00
2.04
2.24
0.39
0.28
0.43
0.00
0.00
0.00
平均
72.01
14.29
5.76
2.74
1.91
1.63
0.69
0.37
0.35
0.14
0.12
5．4锆石（Zr,Hf）[SiO4]
本矿石中锆石颜色为无色透明，晶形为四方柱与四方双锥的聚形，玻璃光泽，断口油脂光泽，不平坦断口或贝壳状断口。
硬度7.5~8，密度4.4~4.8克/厘米3，无磁性，非导体。
锆石表面多见程度不同的铁染现象，少数锆石含有杂质矿物包裹体（参见照片10）。
采用扫描电镜能谱随机测定锆石颗粒化学成分，测定结果见表7。
能谱测定结果表明，本矿石中锆石含少量铪，并普遍含少量铁（表面或裂隙中铁染），但不含稀土。
锆石单矿物分析，Zr（Hf）O266.18%。
在矿砂中锆石绝大多数为单体，偶见微细粒锆石包裹于石英、角闪石等矿物中（参见照片11、12）。
表7锆石化学成分能谱检测结果
检测号
化学组成和含量%
ZrO2
HfO2
SiO2
FeO
1
65.22
1.73
32.48
0.56
2
65.02
2.09
32.58
0.30
3
65.35
2.09
32.67
0.15
4
65.00
1.90
32.67
0.43
5
64.91
2.18
32.66
0.25
6
64.83
2.28
32.69
0.20
7
65.37
1.85
32.60
0.18
8
65.02
2.15
32.48
0.35
9
65.43
1.86
32.50
0.22
10
65.33
1.85
32.51
0.21
平均
65.15
2.00
32.58
0.29
照片10体视显微镜，放大40倍
矿砂中锆石
照片11扫描电镜，放大600倍
矿砂中单体锆石
照片12扫描电镜，放大800倍
石英中锆石包裹体。
5．5磁铁矿Fe3+（Fe2+，Fe3+）2O4
本矿砂中磁铁矿数量较少，矿物含量为0.44%。
磁铁矿呈铁黑色，次棱角状粒状（参见照片13），断口半贝壳状，莫氏硬度5.5~6，密度4.9~6.2克/厘米3。
具强磁性，磁铁矿中分布有钛铁晶石片晶（参见照片14、15）。
采用扫描电镜能谱仪对该磁铁矿进行微区化学成分检测，结果如表8，本矿石中磁铁矿含数量不等的钛，部分磁铁矿含钒，磁铁矿平均含TiO210.59%，Fe64.74%。
照片13体视显微镜，放大40倍
矿砂中磁铁矿
照片14扫描电镜，放大800倍
磁铁矿中含大量平行分布的钛铁晶石片晶。
照片15扫描电镜，放大800倍
磁铁矿中含两组钛铁晶石片晶。
表8磁铁矿化学成分能谱检测结果
检测号
化学组成和含量%
Fe3O4
TiO2
V2O3
Al2O3
SiO2
MnO
1
81.14
17.73
1.13
0.00
0.00
0.00
2
83.49
15.33
1.18
0.00
0.00
0.00
3
80.93
18.07
0.54
0.00
0.00
0.46
4
91.71
7.98
0.31
0.00
0.00
0.00
5
90.69
9.31
0.00
0.00
0.00
0.00
6
85.05
14.95
0.00
0.00
0.00
0.00
7
87.50
12.5
0.00
0.00
0.00
0.00
8
86.66
13.34
0.00
0.00
0.00
0.00
9
82.32
17.29
0.00
0.00
0.00
0.39
10
92.51
3.80
0.00
2.04
1.49
0.16
平均
86.20
13.03
0.32
0.20
0.15
0.10
5．6赤铁矿Fe2O3
本矿砂中部分磁铁矿氧化为赤铁矿，含量虽少，由于其磁性与钛铁矿相近，对钛精选干扰较大。
赤铁矿为褐黑色，次圆粒状，硬度5，密度4.9克/厘米3。
采用扫描电镜能谱仪对该赤铁矿进行微区化学成分检测，结果如表9，赤铁矿中含钛相对磁铁矿低，并含硅、铝等杂质。
本矿砂中赤铁矿呈单体颗粒，或见磁铁矿表面赤铁矿化。
表9赤铁矿化学成分扫描电镜能谱分析结果
检测号
化学组成和含量%
Fe2O3
TiO2
V2O5
SiO2
Al2O3
1
96.21
1.51
0.76
1.13
0.39
2
95.62
1.93
0.00
1.94
0.51
3
89.98
3.66
0.82
5.05
0.49
平均
93.95
2.36
0.53
2.70
0.46
5．7脉石矿物
本矿石中主要脉石矿物为石英和长石，占原砂总量的86%，其次为角闪石，约占原砂总量的7%，少量石榴石、辉石、绿帘石、磷灰石等。
6、原砂中钛和锆的赋存状态
6．1原砂中钛的赋存状态
在原砂矿物定量的基础上，分离单矿物作TiO2的化学分析，作出钛在各主要矿物中的分配如表10。
由钛的平衡分配表明，原砂中钛铁矿中钛占原矿总钛81.89%左右，金红石中钛占原矿总钛2.09%，白钛石中钛占原矿总钛量的3.97%，硅酸盐矿物—榍石中的钛占原矿总钛的1.32%，存在于磁铁矿中的钛占原矿总钛的0.58%，赋存于角闪石等磁性矿物中钛占原矿总钛的9.00%，以微细包裹体存在于石英等脉石矿物中的钛占原矿总钛的1.15%。
从该砂矿中选钛铁矿，理论回收率82%左右，选金红石和白钛石，钛的理论回收率为6%。
但由于钛铁矿中含较多磁铁矿片晶，并含部分难以分离的赤铁矿，钛铁矿精矿最高品位只能达到43%左右，难以分选出合格钛铁矿，需采取还原焙烧—磁选工艺分离钛铁精矿中的赤铁矿，以提高钛精矿品位。
表10钛在主要矿物中的平衡分配
矿物
含量%
含TiO2量%
分配率%
钛铁矿/赤铁矿
4.011
42.92
81.89
金红石
0.048
91.65
2.09
白钛石
0.116
72.01
3.97
磁铁矿
0.440
2.79
0.58
榍石
0.076
36.65
1.32
锆石
0.139
/
0.00
铬铁矿
0.001
/
0.00
尖晶石
0.008
/
0.00
石英/长石
86.050
0.028
1.15
角闪石/黑云母
8.303
2.28
9.00
其它
0.808
/
0.00
合计
100.000
2.11
100.00
6．2原砂中锆的赋存状态
在原砂矿物定量的基础上，分离单矿物作锆铪合量（ZrHf）O2的分析，作出锆在各主要矿物中的分配如表11。
由锆的平衡分配表明，原砂中以锆石矿物形式存在的锆占原矿总锆96.18%左右，以微细包裹体存在于角闪石等矿物中的锆占原矿总锆的0.26%，以微细包裹体存在于石英、长石等脉石矿物中的锆占原矿总锆的3.56%。
从该砂矿中选锆，理论回收率96%左右。
表11锆在主要矿物中的平衡分配
矿物
含量%
含（ZrHf）O2量%
分配率%
钛铁矿/赤铁矿
4.011
/
/
金红石
0.048
/
/
白钛石
0.116
/
/
磁铁矿
0.440
/
/
榍石
0.076
/
/
锆石
0.139
66.18
96.18
铬铁矿
0.001
/
/
尖晶石
0.008
/
/
石英/长石
86.050
0.004
3.56
角闪石/黑云母
8.303
0.003
0.26
其它
0.808
/
/
合计
100.000
0.097
100.00
7、小结
矿物组成查定表明，本矿砂中有价矿物主要为钛铁矿、锆石，其次为白钛石、金红石。
本砂矿自然粒度范围在0.1~0.5mm，具有粒度大小均匀，粒度范围较窄的特点。
钛铁矿主要富集在0.1~0.32mm粒级，锆石的粒度不如钛铁矿均匀，主要富集在0.04~0.32mm。
本矿砂中石英、长石等轻矿物产率占86%，这些矿物密度小，无磁性，可采用重选或磁选预先抛废。
矿砂中金红石、锆石等有价矿物天然解离性较好，而钛铁矿与磁铁矿密切连生，钛铁矿与赤铁矿磁性分布重迭，钛铁矿：
赤铁矿之比约为6：
1，由于赤铁矿与钛铁矿采用物理选矿方法难以有效分离，因此难以获得合格钛精矿。
钛的赋存状态查定表明，原砂中钛铁矿中钛占原矿总钛81.89%左右，金红石中钛占原矿总钛2.09%，白钛石中钛占原矿总钛量的3.97%，硅酸盐矿物—榍石中的钛占原矿总钛的1.32%，存在于磁铁矿中的钛占原矿总钛的0.58%，赋存于角闪石等磁性矿物中钛占原矿总钛的9.00%，以微细包裹体存在于石英等脉石矿物中的钛占原矿总钛的1.15%。
从该砂矿中选钛铁矿，理论回收率82%左右，选金红石和白钛石，钛的理论回收率为6%。
但由于钛铁矿中含较多磁铁矿片晶，并含部分难以分离的赤铁矿，钛铁矿精矿最高品位只能达到43%左右，难以分选出合格钛铁矿，需采取还原焙烧—磁选工艺分离钛铁精矿中的赤铁矿，以提高钛精矿品位。
原砂中以锆石矿物形式存在的锆占原矿总锆96.18%左右，以微细包裹体存在于角闪石等矿物中的锆占原矿总锆的0.26%，以微细包裹体存在于石英、长石等脉石矿物中的锆占原矿总锆的3.56%。
从该砂矿中选锆，理论回收率96%左右。
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