钛矿(金红石)采、选、冶技术手册.doc

钛钛矿矿 钛钛铁铁矿矿、、金金红红石石 采采矿矿、、选选矿矿、、冶冶炼炼技技术术手手册册 四四川川省省地地矿矿局局地地质质队队 二二○一一○年年七七月月 1 目目 录录 一、前一、前 言言.......................................................................................................1 二、钛二、钛 矿矿.......................................................................................................3 一一钛矿概况钛矿概况.......................................................................................................3 1、矿物原料特点..............................................................................................................3 2、用途与技术经济指标..................................................................................................4 3、矿业简史......................................................................................................................6 二二钛矿资源钛矿资源.......................................................................................................6 1、资源状况......................................................................................................................6 2、地理分布......................................................................................................................7 1钛磁铁矿岩矿............................................................................................................7 2金红石岩矿................................................................................................................8 3钛铁矿砂矿................................................................................................................9 4金红石砂矿................................................................................................................9 3、资源特点......................................................................................................................9 三三钛矿资源地质特征钛矿资源地质特征........................................................................................10 1、矿床时空分布及成矿规律........................................................................................10 1钒钛磁铁矿岩矿床..................................................................................................11 2钛铁矿砂矿床..........................................................................................................11 3金红石岩矿床..........................................................................................................12 4金红石砂矿床..........................................................................................................12 5钛矿床在地质作用各阶段中的富集成矿规律......................................................12 2、矿床类型....................................................................................................................12 3、典型矿床区..............................................................................................................13 1攀西地区钒钛磁铁矿岩矿床..................................................................................13 2大庙岩浆晚期贯入型钒钛磁铁矿岩矿床..............................................................15 3海南省万宁市长安风化残坡积型钛铁矿砂矿床..................................................17 2 4海南省万宁市保定滨海沉积型钛铁矿砂矿床......................................................18 5湖北省枣阳市大阜山变质型金红石矿床..............................................................19 6山西省代县碾子沟岩浆型金红石矿床..................................................................19 四四钛矿资源开发阶段钛矿资源开发阶段........................................................................................20 1、地质勘查....................................................................................................................20 2、矿山开采....................................................................................................................20 3、选矿与加工技术........................................................................................................20 1钒钛磁铁矿..............................................................................................................20 2钛铁矿、金红石砂矿..............................................................................................22 4、环境保护....................................................................................................................27 五五钛矿资源供需形势钛矿资源供需形势........................................................................................28 1、生产现状....................................................................................................................28 2、生产布局....................................................................................................................29 3、供需形势....................................................................................................................30 4、展望............................................................................................................................31 三、钛三、钛 铁铁 矿矿.................................................................................................33 一一简介简介............................................................................................................33 二二矿物类型矿物类型.....................................................................................................33 三三物理性质物理性质.....................................................................................................33 四四化学性质化学性质.....................................................................................................34 五五冶炼方法冶炼方法.....................................................................................................34 1、硫酸法........................................................................................................................34 2、氯化法........................................................................................................................34 3、方法对比....................................................................................................................35 五五工业应用工业应用.....................................................................................................35 四、金四、金 红红 石石.................................................................................................37 3 一一矿物名称矿物名称.....................................................................................................37 二二矿物概述矿物概述.....................................................................................................37 1、化学组成....................................................................................................................37 2、鉴定特征....................................................................................................................37 3、成因产状....................................................................................................................37 4、著名产地....................................................................................................................37 5、名称来源....................................................................................................................38 三三矿物特性矿物特性.....................................................................................................38 1、晶体形态....................................................................................................................38 2、晶体结构....................................................................................................................38 3、物理性质....................................................................................................................38 四四应用价值应用价值.....................................................................................................38 五五主要用途主要用途.....................................................................................................39 六六资源概况资源概况.....................................................................................................40 1、粗粒金红石矿............................................................................................................40 2、细粒金红石矿............................................................................................................40 七七人造金红石人造金红石..................................................................................................41 五、地质勘查规范五、地质勘查规范.........................................................................................43 一一工作依据工作依据.....................................................................................................43 二二勘查类型划分、工程间距勘查类型划分、工程间距.............................................................................43 三三工业指标工业指标.....................................................................................................44 四四储量规模储量规模.....................................................................................................44 六、分析测试、选矿工艺六、分析测试、选矿工艺.............................................................................45 一一样品中样品中 TIO2的测定的测定......................................................................................45 1、方法提要....................................................................................................................45 4 2、试剂............................................................................................................................45 3、分析步骤....................................................................................................................45 二二选矿工艺选矿工艺.....................................................................................................46 1、原生矿选矿工艺........................................................................................................46 1原生钒钛磁铁矿......................................................................................................46 2原生金红石矿..........................................................................................................46 2、砂矿选矿工艺............................................................................................................47 1钛铁矿砂矿..............................................................................................................47 2金红石砂矿..............................................................................................................47 1 一、前一、前 言言 钛是地壳中分布最广且丰度值最高6320-6的元素之一，占地壳重量的 0.61，位居第 9 位。钛资源仅次于 Fe、Al、Mg 而位居第 4 位，是制取钛渣、人造 金红石、钛白、海绵钛、钛金属及钛村、焊条、涂料的重要原料。 钛是典型的亲石元素，常以氧化物矿物出现。地壳中含 TiO2在 1以上的矿物 有 80 余种，具有工业价值的有 15 种，我国主要利用的有钛铁矿、金红石、钛磁铁 矿等。 1、钛铁矿，矿物化学成份主要 为 FeTiO3，理论组份 FeO 47.36，TiO 52.64。 2、金红石，矿物 化学成份主要 为 TiO2，理论组份 Ti 60，有时含 Fe、Nb、Ta、Cr、Sn 等。 3 二、钛二、钛 矿矿 一一钛矿概况钛矿概况 钛Titanium元素符号 Ti，原子序数 22，原子量 47.88，在元素周期表中位于 第 4 周期ⅣB 族。钛是地壳中分布最广和丰度高632010-6的元素之一，占地壳重 量的 0.61列居第 9 位；而钛资源则仅次于铁、铝、镁而列居第 4 位，是制取钛渣、 人造金红石、钛白、海绵钛、钛金属及钛材、焊条涂料的重要原料。由于金属钛呈 银白色，具有熔点高1727℃、比重轻4.5、机械强度高5、耐低温超低温下电阻 率几乎为 0、耐磨蚀、线钛塑性良好能薄壁化使用、不易氧化、还原性强等特点； 钛的氧化物二氧化钛钛白，具有无毒、良好的物理化学稳定性1000℃煅烧后 不熔于任何酸和碱、折射指数高2.55～2.70，以及很强的白度、着色力 1150～1650、遮盖力40～50g/m2、耐温性、抗粉化等特征，被称为“颜料之王”。 因此，钛及其氧化物、合金产品是重要的涂料、新型结构材料、防腐材料，被誉为 “继铁、铝之后处于发展中第三金属”和“战略金属”，也是“很有希望的金属材料”， 在航空、航天、舰船、军工、冶金、化工、机械、电力、海水淡化、交通运输、轻 工、环境保护、医疗器械等领域，有着广泛的应用，并创造了巨大的经济效益和社 会效益，在国民经济发展中有其重要的地位和作用。 1、矿物原料特点、矿物原料特点 钛是典型的亲石元素，常以氧化物矿物出现。地壳中含 TiO2在 1以上的矿物 有 80 余种，具有工业价值的有 15 种，我国主要利用的有钛铁矿、金红石和钛磁铁 矿等表 3.5.1。它们既有原生的岩矿，也有次生的风化残坡积及沉积砂矿。我国 各主要产地钛矿物原料基本特点概述对比如表 3.5.2。 4 表 3.5.1 钛的工业矿物 表 3.5.2 各主要产地钛矿物原料基本特征 2、用途与技术经济指标、用途与技术经济指标 钛原料主要用来生产钛白、金属钛海绵钛、含钛钢以及焊条涂料。它们所占 的比例，我国和国外稍有不同。钛白，我国占 88，国外占 92.4；金属钛海绵钛， 我国占 10，国外占 5.3；含钛钢及焊条涂料，我国占 2.0，国外占 2.3。 5 钛白不仅是性能优异的白色颜料，而且是重要的化工原料。它广泛用于涂料、 油墨、塑料、橡胶、造纸和化纤工业。钛白涂料，色彩鲜艳，色调纯正；钛白是纸 张的高级填料，使纸张薄而不透明，白度高，光泽好，强度大和光滑好用。钛白用 于塑料工业，是不透明的着色剂；用于橡胶工业，使白色和浅色橡胶强度高，伸展 率大，耐老化和不易褪色。它也是化学纤维的最佳消光材料，使透明的化纤具永久 性消光效果，并可提高韧性。此外，还用于搪瓷、电器、电子原料等等方面。 钛精矿经冶炼成海绵钛后，再铸锭并制成工业纯钛和钛合金钛材。钛和钛合金 钛材主要用于航空和宇航部门。与合金钢相比，钛合金可使飞机重量减轻 40。其 他如人造卫星外壳、飞船蒙皮、火箭发动机壳体、导弹等等，钛合金都可大显身手。 非宇航部门使用工业纯钛和钛合金主要在于发电站冷凝器、接触海水装置、化学装 置和一些机械工程等方面。尤其是海水淡化加热器用钛是钛工业发展中划时代事件。 兵工部门将钛主要用于舰船和兵器生产。 金属钛除主要用于生产工业纯钛和钛合金外，另一用途是为钢铁工业生产钛铁 合金和含钛钢。钛在钢中作为添加元素，可以改变钢的性能。使钢在同样回火温度 下，具有更高的强度和硬度，或同样硬度要求下，回火到更高的温度。目前，我国 含钛钢有高强度低合金钢、结构钢、不锈钢、耐热合金、超高强度钢和磁钢等钢种 系列，广泛用于汽车、船舶和石油钻探等方面，已发展成为仅次于锰钢的第二大钢 系。 主要含钛矿物金红石还是优质电焊条涂层不可缺少的原料。表 3.5.3 列出了钛铁 矿和金红石用于上述不同用途的技术经济指标要求。 表 3.5.3 钛铁矿和金红石技术经济指标及主要用途 6 3、矿业简史、矿业简史 1789 年，英国业余矿物学家格雷戈尔William Gregor神甫在其教区哥纳瓦尔州 的默纳金山谷里的黑色磁性砂石钛铁矿中发现一种新的元素钛，当时命名为“默 纳金尼特”Menaccanite。 1795 年，德国化学家克拉普罗特M.H.Klaproth在对岩石矿物作系统分析检验时 发现一种新的金属氧化物，即是现在的金红石TiO2亦含有此新元素，他把此新元素 以希腊神话中天地之子 Titans泰坦神命名为钛Titanium。“钛”亦即是格雷戈尔所 称的“默纳金尼特”。 我国钛矿资源的地质勘查，主要是新中国成立后的 50 年代至 60 年代进行的， 并相继投入开发；我国钛矿资源的深加工利用生产钛白、焊条涂料、海绵钛、钛金 属、钛材等，则是从 1954 年由北京有色金属研究院研制海绵钛开始，1958 年沈阳 有色金属加工厂建成海绵钛及钛材加工车间投产，60 年代末开始形成钛工业体系生 产海绵钛、钛加工材等多种产品，至 1997 年，我国钛工业已形成矿山冶炼加 工和科研设计生产应用两个相互关联、比较完整的体系。我国是世界上钛精 矿、锻轧钛、钛制品、钛氧化物和锐钛型钛白颜料的出口国之一。 二二钛矿资源钛矿资源 1、资源状况、资源状况 截至 1995 年底，世界金红石包括锐钛矿储量和储量基础分别为 3330 万吨和 16440 万吨，资源总量约 2.3 亿吨TiO2含量，下同，主要集中在南非、印度、斯里 兰卡、澳大利亚。世界钛铁矿TiO2储量和储量基础分别为 2.743 亿吨和 4.353 亿吨， 资源总量约 10 亿吨；主要集中在南非、挪威、澳大利亚、加拿大和印度。 截至 1996 年底我国保有原生钛磁铁矿折 TiO2储量 35704.09 万吨其中 ABC 级 23191.50 万吨；钛铁矿砂矿矿物储量 3803.19 万吨其中 ABＣ级 2147.17 万吨；金红石矿物储量 256.86 万吨其中 ABC 级 73.73 万吨；金红石 TiO2储量 750.86 万吨其中 ABC 级 242.43 万吨。 若将我国 1996 年保有钛铁矿砂矿的 ABC 级矿物储量 2147.17 万吨按含 TiO2 48折算，则其 TiO2储量为 1030.64 万吨，仅占同年世界钛铁矿TiO227000 万吨的 7 3.83；若再将其与原生钛磁铁矿岩矿TiO2的 ABC 级储量23 191.50 万吨中目 前可利用的约占 50以粒状钛铁矿产出的TiO2储量 11595.75 万吨相加，其 TiO2总 储量为 12626.4 万吨，则占同年世界钛铁矿TiO2储量 27000 万吨的 47.76，从这 个意义上说，我国可称为世界钛铁矿资源最丰富的国家。 若将我国 1996 年保有金红石矿物的 ABC 级储量 73.73 万吨按含 TiO2 94折 算成 TiO2储量为 69.31 万吨，再加上同年金红石TiO2的 ABC 级储量 242.43 万 吨，合计为 311.74 万吨，则占同年世界金红石TiO2储量 3330 万吨的 9.36，由此 可见我国金红石资源并不丰富。 2、地理分布、地理分布 我国探明的钛资源分布在 21 个省自治区、直辖市共 108 个矿区图 3.5.1 及表 3.5.4。主要产区为四川，次有河北、海南、广东、湖北、广西、云南、陕西、山西 等省区。 图 3.5.1 中国钛矿分布图 8 1钛磁铁矿岩矿 主要矿床分布在四川省的攀枝花和红格，米易的白马，西昌的太和；河北省承 德的大庙、黑山，丰宁的招兵沟，崇礼的南天门；山西省左权的桐峪；陕西省洋县 的毕机沟；新疆的尾亚；河南省舞阳的赵案庄；广东省兴宁的霞岚；黑龙江省的呼 玛；北京市昌平的上庄和怀柔的新地。其中四川省表内储量TiO2 44256.32 万吨占 全国同类储量TiO2 46522.83 万吨的 95.1，河北省TiO2 1544.46 万吨占 3.3，陕 西省占 0.46，山西省占 0.35。 2金红石岩矿 主要矿床分布在湖北省枣阳的大阜山；山西省代县的碾子沟；河南省新县的杨 冲；山东省莱西县的刘家庄。其中湖北省金红石TiO2表内储量534.43 万吨占全国 同类储量750.86 万吨的 71.2，山西省154.79 万吨占 20.6，陕西省44.4 万吨 占 5.9。 表 3.5.4 中国钛矿床一览表 9 3钛铁矿砂矿 主要矿床分布在海南省万宁的保定、长安、兴隆，琼海的沙老、南港，陵水的 乌石港坡、万洲坡，文昌的辅前；广西壮族自治区藤县的东胜、三吉壤；广东省 化州的平定；云南省保山的板桥；江西省定南的车步、赤水；湖南省岳阳的新墙河、 华容的三郎堰；陕西省安康的月河恒口、大同。其中海南省钛铁矿矿物表内储量 1335.63 万吨，占全国同类储量3811.68 万吨的 35，云南省1088.30 万吨占 28.6， 广东省616.04 万吨占 16.2，广西壮族自治区521.70 万吨占 13.7，江西省 117.95 万吨占 3.1。 10 4金红石砂矿 主要分布在河南省西峡县的八庙子沟；山东省莱西县的刘家庄和储城市的上崔 家沟；湖北省枣阳的大阜山；湖南省湘阴的望湘、岳阳的新墙河、华容的三郎堰； 安徽省潜山的黄铺古井；海南省万宁县的保定。其中河南省金红石砂矿表内储量 218.45 万吨占全国同类储量256.86 万吨的 85，山东省17.68 万吨占 6.9，湖 北省9.24 万吨占 3.6，湖南省6.99 万吨占 2.7，安徽省占 1.15，海南省占 0.58。 3、资源特点、资源特点 从矿石工业类型上看，我国钛资源主要是原生钒钛磁铁矿岩矿，TiO2储量 46522.82 万吨，占全国钛资源 TiO2总量 49344.74 万吨的 94.28；其次是外生钛铁 矿砂矿TiO2储量 1829.61 万吨占 3.71；第三是金红石岩矿其 TiO2储量 750.86 万 吨占 1.52；第四是金红石砂矿其 TiO2储量 241.45 万吨占 0.49。各不同矿石工 业类型的资源特点概述对比如表 3.5.5。 表 3.5.5 各工业类型钛矿石的资源特点表 11 从地区来看，我国钛资源分布相当集中。钒钛磁铁矿集中于四川攀西地区与河 北北部；钛铁矿砂矿集中于两广及海南岛，尤以海南岛为多。 三三钛矿资源地质特征钛矿资源地质特征 1、矿床时空分布及成矿规律、矿床时空分布及成矿规律 12 1钒钛磁铁矿岩矿床 在成矿时空分布上，矿床