攀西钒钛磁铁矿中钪的赋存状态研究.pdf

2 0 1 6 年第鱼塑堕垒全墨 皇芏塑坌2 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 6 ．0 6 ．0 0 1 攀西钒钛磁铁矿中钪的赋存状态研究 黄霞光，罗国清，李亚平 广东省矿产应用研究所，广东韶关5 1 2 0 2 6 摘要采用M L A 矿物自动定量检测技术、电子探针背散射电子图像、能谱分析技术以及光学显微镜、人工重砂、选矿工 艺等设备和工艺技术，研究了攀枝花红格矿区岩石样本的岩性及其与钪之间的宏观关系，详细研究了红格矿区综合样本的矿 物组分、主要单矿物钪含量，查明了综合样本中钪在各类矿物间的分布率，并通过能谱化学成分分析结果分析了M g F e 间的 关联性，推论得出钒钛磁铁矿中钪的类质同象规律表现为M g F e - S c 类质同象。本研究成果揭示了普通辉石的分离技术是从 钒钛磁铁矿中提取钪的关键。 关键字攀西地区；钒钛磁铁矿；钪；赋存状态 中图分类号T 0 9 1 3 ；T D 9 5 5 文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 6 0 6 - 0 0 0 1 - 0 4 S t u d yo nt h eO c c u r r e n c eS t a t eo fS c a n d i u mi nP a n x iV a n a d i u n l - t i t a n i u mM a g n e t i t e H U A N G X i a g u a n g ，L U OG u o q i n g ，L Ir a p i n g G u a n g d o n gP r o v i n c eM i n e r a lR e s o u r c e sA p p l i c a t i o nR e s e a r c hI n s t i t u t e ，S h a o g u a nG u a n g d o n g5 1 2 0 2 6 ，C h i n a A b s t r a c t M L Am i n e r a la u t o m a t i cq u a n t i t a t i v et e s t i n gt e c h n o l o g y ，e l e c t r o nm i c r o p r o b eb a c k s c a t t e r e de l e c t r o n i m a g e ，s p e c t r u ma n a l y s i sa n do p t i c a lm i c r o s c o p y ，a r t i f i c i a lh e a v y m i n e r a lt e c h n o l o g ya n dm i n e r a lp r o c e s s i n gc r a f t s a r eb e i n gu s e dt os t u d yo nt h em a c r o ．r e l a t i o nb e t w e e nt h el i t h o l o g yo ft h er o c ks a m p l e sa n ds c a n d i u mo fH o n g g e m i n i n ga r e ai nP a n z h i h u a ．Ad e t a i l e ds t u d yo nt h em i n e r a lc o n s t i t u e n t sa n dt h e S c a n d i u mc o n t e n to ft h em a i n m o n o m i n e r a lo fc o m p o s i t es a m p l e si nH o n g g em i n i n ga r e ah a v ec a r r i e do u tt oa s c e r t a i nt h ed i s t r i b u t i o nr a t i o o f s c a n d i u ma m o n gt h ev a r i o u st y p e so fm i n e r a l si nt h ec o m p r e h e n s i v es a m p l e s ，a n dt h es t u d ya l s oa n a l y z e st h e r e l e v a n c eb e t w e e nM g F eb ya n a l y z i n gt h er e s u l t so fE D Sc h e m i c a lc o m p o s i t i o n ，i n f e r r i n gt h a tt h ei s o m o r p h i s ml a w s o fs c a n d i u mi nv a n a d i u m ．t i t a n i u mm a g n e t i t e ．w h i c hs h o w st h a tM g F e S ci s o m o r p h i s m ．T h er e s e a r c ha c h i e v e m e n t s r e v e a l i n gt h a ta u g i t es e p a r a t i o nt e c h n o l o g yi st h ek e yt o e x t r a c ts c a n d i u mf r o mv a n a d i u m t i t a n i u mm a g n e t i t e ． K e yw o r d s P a n x ir e g i o n ；v a n a d i u m t i t a n i u mm a g n e t i t e ；s c a n d i u m ，o c c u r r e n c es t a t e 攀西地区是我国钒钛磁铁矿高度集中分布的成 矿区域，含钒钛磁铁矿的基性超基性岩体分布范围 南北长3 0 0k m ，东西宽2 0k m ，面积约60 0 0 k m 2 [ 1 - 2 ] 。其钛金属储量世界第一，钒储量世界第三， 这些均为世人所共悉。但其丰富的钪资源，却鲜为 人知∞引。究其原因，主要是缺乏对攀西钒钛磁铁矿 中钪的赋存状态系统性研究，制约了钪利用技术的 表1 T a b l e1 发展。本研究的意义不言而喻。 1 试样性质 综合样品采自红格龙蟒选矿厂2 0 1 4 年5 1 0 月份生产的尾矿，共采集5t ，包括预抛尾的粗粒尾矿 及球磨选钛后的细粒尾矿。综合样多元素分析结果 见表1 ，综合样矿物组分分析结果见表2 。 综合样多元素分析结果 M u l t i e l e m e n ta n a l y s i sr e s u l t so fc o m p r e h e n s i v es a m p l e s ／％ 从表1 可以看出，综合样中主要的化学成分有 S i O 、F e 2 0 ，、T i O 、C a O 、M g O 以及A 1 2 0 ，等，可以推 基金项目国土资源部公益性行业科研专项项目 2 0 1 4 1 1 0 5 6 - 3 收稿日期2 0 1 6 - 0 l - 1 4修回日期2 0 1 6 - 0 9 - 2 0 作者简介黄霞光 1 9 6 4 - ，男，湖北咸宁人，高级工程师，主要从事选矿工艺研究及选矿药剂研发工作。 万方数据 有色金属 选矿部分2 0 1 6 年第6 期 测出综合样主要由硅酸盐矿物和铁钛矿物组成，由 于钪含量极低，因此未检测出钪元素。 表2 综合样矿物组分分析结果 T a b l e2M i n e r a lc o n s t i t u e n t s a n a l y s i sr e s u l t s o ft h e c o m p r e h e n s i v es a m p l e s ／％ 从表2 可以看出，综合样中共检测出5 7 种矿物， 其中组分大于3 ％的矿物有6 种，分别为普通辉石、钒 钛磁铁矿、钛铁矿、角闪石、斜长石和绿泥石，这些矿 物占矿物总量的8 0 ％。未发现钪的独立矿物。 2 综合样本中钪的分布规律 2 ．1 试样中主要矿物扫描电镜及能谱分析 对样品中主要矿物进行扫描电镜分析，分析结 果见图1 ～6 。 图1普通辉石与呈厚板状的钛铁矿和拉长石连生 F i g ．1 A u g i t ei s i n t e r c r e s c e n e ew i t hi l m e n i t e w h i c hs h o w na st h i c kp l a t e ，a n dl a b r a d o r i t e 图2 普通辉石被钒钛磁铁矿胶结、溶蚀，钒钛 磁铁矿微细粒片晶嵌镶于普通辉石中 F i g ．2 A u g i t ei sc e m e n t e da n dc o r r o d e db y v a n a d i m n t i t a n i u mm a g n e | i t e ，t h em i r a ’0 一f i n e p a r t i l el a m e l l a so fv a n a d i u m t i t a n i u m m a g n e t i t ea l ’e i n s e r t e di nt h ea u g i t e 图3角闪石与钛铁矿及镁绿泥石连生 f _ ’i g ．3 H o r n b l e n d ei si n t e r c r e s c e n 。e w i t hi l m e n i t ea n da m e s i t e 图4固溶体分离，钒钛磁铁矿呈片状晶 包含于钛铁矿中 F i g ．4 S o l i di ss e p a r a t e df r o ms o l u t i o n ， v a n a d i u m t i t a n i u mm a g n e t i t es h o w na ss c h i s t o s e c r y s t a l ，i sc o n t a i n e di nt h ei l m e n i t e 万方数据 2 0 1 6 年第6 期黄霞光等攀西钒钛磁铁矿中钪的赋存状态研究 3 图5钒钛磁铁矿与钛铁矿呈 共结边结构，两者毗连连生 F i g ．5 V a n a d i u m t i t a n i u mm a g n e t i t es h a r e sa c o m m o nb o u n d a r yw i t hi t m e n i t e ，a n d t h et w oa r ei n t e r c r e s c e n c ew i t he a c ho t h e r 从图1 ～6 可以看出 1 从工艺矿物学角度分析，机械磨矿不能做到 钒钛磁铁矿与钛铁矿完全分离 见图4 ～6 ； 2 非金属矿物中，普通辉石及榍石与铁钛矿物 关系密切。有连生关系、胶结溶蚀关系、交代关系。 机械磨矿不能做到铁钛矿物与普通辉石或榍石的完 全分离。在选矿上表现为，普通辉石颗粒磁化系数 图6 钒钛磁铁矿与钛铁矿连生，并见榍石 交代钒钛磁铁矿。两者呈港湾状连生 F i g ．6 V a n a d i u m ．t i t a n i u mm a g n e t i t ei si n t e r c r e s c e n c e w i t hi l m e n i t e 。a n df i l l sa n dp e n e t r a t e sv a n a d i u m ．t i t a n i u m m a g n e t i t ew i t hs p h e n e ，t h et w oa r ei n t e r c r e s c e n c ew i t h e a c ho t h e rl i k eah a r b o r 变化幅度较大 见图1 ～3 。 对普通辉石与角闪石能谱化学分析表明，在普 通辉石、角闪石中，F e - M g 、S i ．T i 间类质同象互换明 显；钛铁矿中F e M g 类质同象明显。 2 ．2 从综合样本中分离提取单矿物 分离提取单矿物原则流稗图见图7 一 铁矿石 长石辉石和角闪石其它 图7单矿物提取原则流程 F i g ．7P r i n e i p a lf l o w s h e e to fs e p a r a t i n ga n de x t r a c t i n gm o l n o m i n e l t 万方数据 表3单矿物产品化学多项分析结果 T a b l e3 M u l t i t e r ma n a l y s i sr e s u l tf o rm o n o m i n e r a lp r o d u c t s ／％ 矿物名称灼减A 1 2 0 3S i 0 2F e 2 0 3 C a O M g OK 2 0 N a 2 0T i 0 2 矿泥 5 ．8 01 0 ．0 93 4 ．0 81 6 ．5 59 ．3 2 1 1 ．2 60 ．6 11 ．4 96 ．3 4 钛铁矿 一l ，8 20 ．6 3 0 ．6 33 9 ．0 3 钒钛磁铁矿 一1 ．8 01 ．9 42 ．5 67 0 ．2 7 辉石和角闪石 1 ．3 44 ．3 54 6 ．2 51 0 ．5 3 O ．5 8 O ．6 9 1 7 ．6 3 2 ．6 0 3 ．1 1 1 2 ．4 8 0 ．0 2 0 ．0 2 0 ．3 4 O ．0 9 O ．1 3 0 ．9 8 4 8 ．0 8 1 3 ．3 0 5 ．6 8 斜长石 1 ．5 21 8 ．5 46 5 ．2 20 ．5 84 ．8 50 ．1 21 ．1 8 5 ．7 40 ．4 9 一●- _ - - _ - _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。- _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - ●- ●●I ●●_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ●●_ _ _ _ ●●_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ●_ ●- _ _ _ ●_ _ _ ●_ _ _ _ _ _ _ _ I _ _ - _ _ - ●●_ - _ _ _ _ _ _ _ I _ _ ●_ _ _ _ _ _ 一 表4部分矿物化学成分理论平均值 能谱仪检测数据 T a b l e4T h e o r e t i c a la v e r a g ev a l u e so fc h e m i c a lc o m p o n e n t si np a r tm i n e r a l s t e s td a t ad r a wf r o mE D S ／％ 矿物名称灼减A 1 2 0 3S i 0 2 F e 0C a O M s o K 2 0N a 2 0T i 0 2 钛铁矿 一1 ．8 2O ，1 8O ．3 84 2 ．6 10 ．1 0 2 ．8 6一一5 3 ．0 4 钒钛磁铁矿 一1 ．8 0 2 ．4 70 ．7 37 4 ．7 50 ．1 61 ．9 9 一一l O ．8 2 辉石 1 ．3 44 ．4 14 6 ．9 2 8 ．1 72 3 ．9 l1 3 ．7 9一 一 2 ．0 7 角闪石 1 ．5 2 1 1 ．1 l3 9 ．9 41 5 ．8 l1 3 ．8 6 1 2 ．3 6一一4 ．1 6 2 ．3 单矿物纯度检测 2 ．3 ．1 单矿物化学成分分析 对比表3 和表4 可以看出，按流程图7 提取的 单矿物，钒钛磁铁矿、钛铁矿、辉石与角闪石混合物， 其化学成分与该矿物化学成分理论平均值较接近， 可以佐证分离出的单矿物纯度较高。 2 ．3 ．2 单矿物X R D 衍射半定量分析 对提取出来的单矿物进行X R D 衍射半定量分 析，结果见图8 ～1 1 。 一 3 ；％ 1 2 5 ％ ■ F i g ．9 D i f f r a c t i v es e m i q u a n t i t a t i v ea n a l y s i sr e s u l tf o r v a n a d i u m t i t a n i u mm a g n e t i t e 葛 ● ● ● ● ％1 ．5 ％ 4 3 ％ ．一．1 ．一 图11矿泥衍射半定量分析结果 F i g ．1 1 D i f f r a c t i v es e m i q u a n t i t a t i v e a n a l y s i sr e s u l tf o rs l u r r y 从图8 ～1 1 可以看出1 矿泥组分复杂，含绿 泥石、水镁铝石、钙芒硝等；2 钒钛磁铁矿、钛铁矿、 辉石角闪石混合物都出现明显的单峰，单矿物特征 明显，可以认定流程图7 分离出的单矿物纯度高。 2 ．4 单矿物钪的含量分析 下转第1 0 页 n ，| | _ | | | | | | | | | | | | | | | | | || || || | | | 如 ∞ 如 加 m 0 万方数据 1 0 有色金属 选矿部分2 0 1 6 年第6 期 较为困难，可考虑在后续锌冶炼过程中进行回收。 参考文献 [ 1 ] 艾光华，周源．细粒嵌布铜铅锌矿石的浮选新工艺试验 研究[ J ] ．金属矿山，2 0 0 4 1 0 3 6 - 3 8 ． [ 2 ] 王勇海，马晶，牛芳银．国外某含碳高硫细粒嵌布铜铅 锌多金属矿选矿工艺试验研究[ J ] ．有色金属 选矿部 分 ，2 0 1 2 2 2 1 2 6 ． [ 3 ] 刘忠荣．难选铜锌多金属硫化矿浮选工艺研究[ J ] ．湖南 有色金属，2 0 0 4 ，2 0 2 8 1 1 ． [ 4 ] 乔吉波，郭字，王少东．某复杂难选铜铅锌多金属矿选 矿工艺研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 2 3 4 石． [ 5 ] 王伟之，陈丽平，孟庆磊，等．细粒嵌布铜铅锌矿石的浮选 工艺试验研究[ J ] ．中国矿业，2 0 1 4 ，2 3 9 1 2 9 1 3 3 ． [ 6 ] 许运寿，蔡有兴．复杂难选铜铅锌矿选矿工艺研究[ J ] ．湖 南有色金属，2 0 0 0 ，1 6 3 1 3 1 4 ． 上接第4 页 表5钪在各矿物中的含量及分布率 T a b l e5C o n t e n ta n dd i s t r i b u t i v er a t i oo fs c a n d i u mi n e a c hm i n e r a l／％ 从表5 可以看出，钪主要富集在辉石和角闪石 混合物中，分布率达到6 6 ．7 0 ％；其次钛铁矿中钪的 分布率为1 5 ．0 9 ％，为钪的第二大载体；磁铁矿中氧 化钪含量低，长石基本不含钪。 3 钪的类质同象规律 目前国内外较普遍的研究认为钪能与铁、镁、 铝、锡、锆、钇等元素类质同象，在众多矿石中发现有 钪的存在。目前，全世界的钪储量约2 0 0 万t ，其中 9 0 ％～9 5 ％赋存于铝土矿、磷酸盐矿及铁钛矿床中， 其余分布在铀、钍、钨、稀士矿石中。 在本研究中，化学能谱分析揭示，普通辉石、角 闪石和钛铁矿，存在普遍的M g ．F e 类质同象规律。 化学分析表明，构成钒钛磁铁矿主要矿物中，普通辉 石与角闪石含钪量最高，钛铁矿含钪量次之，钒钛磁 铁矿含钪量再次之，斜长石不含钪。可以推断出，钪 与M g ．F e 类质同象有关。普通辉石和角闪石属于富 镁铁矿物，含钪最高就合理了。钛铁矿含钪中等，钒 钛磁铁矿中普遍含有钛铁矿晶石，因此钒钛磁铁矿 中含有少量的钪。斜长石中不存在镁铁，不含钪。 因此，钒钛磁铁矿中的钪，赋存于具有M g I r e 类质同 象的矿物中，钪以M g F e S c 类质同像的形式进入该 类矿物中。代表性矿物有普通辉石、角闪石、钛 铁矿。 4 结论 1 钪在钒钛磁铁矿石中普遍存在，无论是辉石 岩、辉长岩还是橄辉岩均含钪。 2 钒钛磁铁矿各类型岩石中钪含量波动幅度 小，集中在 2 0 ～6 0 1 0 一，矿体围岩高于铁钛 矿石。 3 钒钛磁铁矿中的钪，赋存于具有M g F e 类质 同象的矿物中，钪以M g ．F e ．S c 类质同象的形式进入 该类矿物中。代表性矿物有普通辉石、角闪石、钛 铁矿。 4 机械磨矿不能做到钒钛磁铁矿与钛铁矿完全 分离，是钒钛磁铁矿含少量钪的原因。 参考文献 [ 1 ] 张建廷，陈碧．攀西钒钛磁铁矿主要元素赋存状态及 回收利用[ J ] ．矿产保护与利用，2 0 0 8 5 3 8 4 1 ． [ 2 ] 王宏菊，王超，张鸿伦，等．攀枝花红格矿区钒钛磁铁 矿选铁试验研究[ J ] ．矿冶，2 0 1 3 ，2 2 4 1 4 - 1 7 ． [ 3 ] 吕宪俊，程希翱，周国华．攀枝花铁矿石中钪的赋存状态 研究[ J ] ．矿冶工程，1 9 9 2 ，1 2 4 3 5 - 3 9 ． [ 4 ] 吕宪俊，程希翱，周国华．攀枝花铁矿钪的分布特征及其 综合回收研究[ J ] ．西安冶金建筑学院学报 自然科学 版 ，1 9 9 1 ，2 3 4 4 6 0 4 6 6 ． [ 5 ] 朱秀松，肖骅昭，肖绪琦，等．关于攀枝花、太和、红格钒 钛磁铁矿中钪的赋存状态和选冶过程中的走向研究 [ J ] ．化工冶金，1 9 8 1 2 9 3 - 1 0 3 ． 万方数据