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 金红石(Rutile)

一、概述

地壳中含钛1%以上的矿物约有80多种,但具有工业利用价值的主要是金红石和钛矿。

金红石成分为TiO2,含Ti为60%、O为40%,常含铁、铌、钽等。晶体呈粒状或针状,体为粒状或致密块状。呈褐红色,含铁高时呈黑褐色,硬度为6,密度为43g/cm3。富铁的黑色变种称铁金红石;含铌、钽的变种(常含铁)称铌铁金红石或钽铁金红石。

金红石矿床可分为砂矿床和变质矿床。砂矿床依成因又分为:海滨砂矿、冲积砂矿、残坡积砂矿等类型。具有工业价值的是海滨砂矿,矿床分布范围大,产状较规则。海滨砂矿的主要含钛矿物是金红石和钛矿,伴生有锆英石、独居石等。目前世界上90%的金红石产量和30%的钛铁矿产量均来自海滨砂矿。

变质矿床是含钛的粘土岩、侵入岩和喷出岩在发生变质时,由于钛元素富集结晶作用形成金红石和钛铁矿。

世界钛的资源85%~90%为钛铁矿(包括钛渣),10%~15%为金红石。世界上金红石储量分布相对较集中,巴西钛矿石储量(以锐钛矿为主)居世界首位,占世界总储量的649%,澳大利亚占99%,原占32%。

随着选矿技术的发展,一些含TiO2品位低的矿床以及伴生的金红石都可得到回收利用。如意大利榴辉岩中的金红石矿床,美国科罗拉多州斑岩铜矿床伴生的金红石,我国南墅石墨矿金红石综合回收等。

我国钛资源十分丰富,总储量约为58%是攀西地区钒钛磁铁矿,钛铁矿和金红石仅占4金红石的主要用途

金红石和钛铁矿是冶炼金属钛、制造钛以及电焊条焊等重要原料。金红石和钛铁矿的主要用途见表3-13-3。

表3-13-3金红石和钛铁矿的主要用途

26%,P<0025%作为一级品。

三、金红石矿石的选矿

金红石主要赋存在钛锆砂矿中,以海滨砂矿为主,其次为内陆砂矿。钛锆砂矿是原生矿经风化作用形成的,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。钛锆砂矿是目前世界上金红石、钛铁矿、锆英石及独居石等产品的主要来源。钛锆砂矿中常伴生的矿物有:磁铁矿、赤铁矿、石英、云母、角闪石、辉石、石榴子石、铬铁矿、磷灰石等。

由金红石、钛铁矿、锆英石等组成的砂矿选矿有粗选和精选两个阶段。

粗选的目的是为精选厂提供粗精矿。粗选厂入选的矿石首先要除渣、筛分、分级、脱泥及浓缩等,然后进入粗选流程选别。粗选厂一般与采矿作业纳为一体,组成采选厂。为适应砂矿床特征,一般粗选厂均建成移动式的。钛锆砂矿粗选一般选用处理量大、回收率高,又便于移动式选厂应用的设备,多数用圆锥选矿机和螺旋选矿机,少量用摇床。粗选抛掉了密度低的脉石矿物,获得重矿物含量达90%左右的重矿物混合精矿。

精选的目的是将粗精矿中有回收价值的矿物进行有效的分离及提纯,达到各自的精矿质量要求,使之成为商品精矿。精选作业分为湿式精选和干式精选。

湿式精选作业包括有摇床或螺旋选矿机重选;湿式磁选预先选出部分易选钛铁矿;在粗精矿中加入、盐酸、稀、焦等剂进行高浓度搅拌,达到清除矿物污染,提高精矿效果的目的;浮选作业用于造锆英石、独居石的精选。

干式精选作业适用于矿物组成简单的粗精矿。干式精选作业包括磁选、电选等。电选用于金红石与锆英石的分离、难选钛铁矿及锆英石、独居石等矿物的精选。干式磁选通常是首先采用弱磁选选出强磁性矿物磁铁矿,然后采用中磁选选出大部分磁性较强又比较易选的钛铁矿,强磁选用于部分磁性较弱的钛铁矿及独居石与非磁性矿物锆英石、白钛矿等的分离。

下面例举几个金红石选矿厂实例。

例1纳勒库帕选矿厂(澳大利亚)

纳勒库帕(Narecoopa)选矿厂位于澳大利亚金岛的一个海滨砂矿。矿石中重矿物约占50%,有用矿物主要有锆英石和金红石,其次是白钛矿、钛铁矿、磁铁矿、石榴子石和锡石。选矿厂分粗选厂和精选厂两部分。

采出的原矿预先筛分(4mm),筛上产物丢弃,筛下产物给至32台福特(Ford)型螺旋选矿机粗选,粗选中矿再经12台螺旋选矿机再选。两次螺旋选矿机精矿用砂泵扬至3台吉尔(Gill)型磁选机磁选。磁性产品为钛铁精矿,非磁性产物经过Linatex喷射冲击箱擦洗,再送至8台摇床选别。摇床精矿为锡精矿,次精矿为含锆英石、金红石的粗精矿。摇床中矿返至本作业,尾矿返至中矿再选的螺旋选矿机再选。粗选流程见图3-13-1。

图3-13-1纳勒库帕金红石公司湿选厂流程

粗精矿采用高压电选、强磁选及风力摇床干选联合流程精选,获得锆英石和金红石精矿。精选流程见图3-13-2。

图3-13-2纳勒库帕金红石公司干选厂流程

例2金红石公司采选厂(塞拉利昂)

被开采的矿山位于塞拉利昂首都弗里顿东南的莫格维摩(Mogbweno)海滨砂矿床。整个矿层含TiO2大于2%,伴生的钛铁矿和锆英石含量低未被回收利用。采出的矿石经二次洗矿预处理,擦洗机排出的细粒部分经高频振动筛筛分,筛上+1mm物料作为尾矿排除,筛下产物送至水上浮动湿选厂湿选,第二段湿选在岸上选矿厂(摇床)进行。摇床精矿过滤,干燥后干选(精选作业)。干选厂处理矿石182t/h,精矿品位TiO2为96%,ZrO2和Fe2O3的含量小于1%。

塞拉利昂年产105t金红石精矿,选矿厂生产流程见图3-13-3。

图3-13-3塞拉利昂金红石公司选矿厂精选流程

例3枣阳金红石矿选矿厂

湖北枣阳金红石矿是我国目前的金红石原生矿床。矿石产于富含金红石变质基性岩的原生矿床。矿石中与金红石伴生的有少量钛铁矿、磁铁矿、榍石、白钛矿、黄铁矿、磷灰石等。脉石矿物主要为石榴子石、角闪石、绿泥石、云母等。金红石多为粗细粒级不均匀嵌布,-15m占24%,与其他矿物紧密嵌布,给选别带来困难。选厂的工艺流程为重—磁—浮联合流程,见图3-13-4。

图3-13-4枣阳金红石原生矿选矿流程

例4北海选矿厂

北海选矿厂是我国的海滨砂矿精选厂,原设计生产能力为日产钛精矿60t。该选厂除产钛铁矿精矿外,还有锆英石精矿、独居石精矿、金红石精矿等。北海选矿厂的粗精矿全部是收购的。收购的粗精矿分两类,一类为海滨砂矿产品(咸水矿),另一类为内陆砂矿产品(淡水矿)。本地区土法生产粗精矿采用三角槽洗选,粗精矿品位TiO2>48%。精选工艺流程见图3-13-5。

图3-13-5北海选矿厂生产流程

四、金红石的深加工产品——钛

钛是一种优质的颜料,它的反射率高,覆盖力强,广泛用于油漆、涂料、造纸、塑料和橡胶工业。目前白色颜料仍以钛为主。钛是用金红石、锐钛矿经硫酸法或氯化法生产的,分为金红石型和锐钛矿型钛。

金红石型钛为微淡泽,密度为32g/cm3,折射率为22~07~455,吸油率18~30g/100g,平均粒径03mm。

金红石型钛颜料性能优于锐钛型钛颜料。钛的主要用途见表3-13-5。

表3-13-5钛的主要用途

钛的生产有硫酸法和氯化法两种。硫酸法生产钛是1923年和1925年分别在法国和美国投入工业化生产的。1949年美国杜邦公司开始研究氯化法生产钛工艺,并于1956年工业化。1951年加拿大魁北克铁钛公司采用高钛渣作硫酸法制钛原料取得成功。硫酸法和氯化法生产钛的工艺流程见图3-13-6和图3-13-7。

图3-13-6硫酸法生产钛的原则工艺流程 图3-13-7氯化法生产钛的原则工艺流程

我国钛工业开发较晚,目前全国约有51家生产钛的厂家,均是钛铁矿或高钛渣为原料用硫酸法生产钛,对高钛渣原料要求见表3-13-6。产品以锐钛型钛为主,属低档钛。由于金红石酸溶性不适于用硫酸法生产钛,适用于氯化法工艺。

表3-13-6高钛渣化学成分规定(ZBH31001-87)

注:品适用于攀枝花地区钛矿生产的高钛渣。

氯化法工艺是高温冶金过程,在900~1000℃温度下,用固定床或沸腾床的氯化设备,用氯化金红石或人造金红石,制得含杂质的粗TiCl4,再用蒸馏法或化学处理剂精处理,制得纯净的TiCl4。然后是气相氧化制取钛,这是氯化法工艺的主要环节和关键所在,是奠定产品质量的基础。在1200℃以上的温度下,在氧化炉中与氧气进行气相反应,制得钛。反应中先生成锐钛型钛,再在高温下转化成金红石型钛。加入适量的晶型转化剂,可加速其锐钛型转化成金红石型。转化后的金红石型钛,经粉碎、分级、表面处理、洗涤、干燥即得到的金红石型钛。

氯化法制取钛我国目前仍处于工业化试验阶段,在锦州已建成了我国第一条氯化法钛生产线。在制取方面我国已积累了多年的实际生产经验,不论是溶盐氯化炉,还是沸腾氯化炉技术都已过关。存在的问题主要有:在高温下是腐蚀性很强的气体,反应器的材质问题难以解决;在氧化过程中,生成的TiO2颗粒附着在反应器壁上,使TiO2颜料性能变,且扰乱反应器内气流使反应不均匀,严重时会堵塞反应器,使生成被迫停止,此难题至今仍未得到解决;操作条件很难控制和选择等。尽管氯化法技术难度大,生产工艺复杂,但产品质量好、生产效益高、三废排放量很少,产品更具有竞争力。

河南省生产钛厂家有长葛化工厂、偃师钛厂、焦作化工总厂等,但生产规模小,工艺落后,仅能生产少量低档钛。

目前我国钛需求为19万t/a,而国内生产能力为1305%,杂质S为0028%,满足天然金红石二级品要求。此选厂规模为日处理50t,按生产300天计,年产精矿仅200t。目前我国金红石需求量1万t/a,全国金红石产量为4000t/a,因此金红石的市场需求量较大。金红石精矿目前售价为5000元/t左右。

对方城县五间房金红石矿,北京有色金属研究总院、河南省地矿厅中心实验室、地质科学院郑州矿产综合利用研究所等科研单位都进行过选矿试验。五间房金红石为风化壳型砂矿,分南、北两个矿体。南部复杂,金红石嵌布粒度细;北矿体矿石类型简单,金红石嵌布粒度较粗。

北京有色金属研究总院采用的选矿流程为:重选—浮选—磁选—重选—酸洗。获得的精矿指标为:TiO2为9221%);S为001%;回收率为4088%;精矿金红石TiO2为8930%。未进行杂质含量分析。

地科院郑州矿产综合利用研究所采用的流程为:擦洗—重选—浮选—磁选—酸洗。

小型试验的指标为:产率为117%;金红石品位为9013%;杂质含量,S为003%,Fe2O3为085%、全铁品位为5912。

[2]《矿产资源综合利用手册》编辑委员会,矿产资源综合利用手册,科学出版社。2000.2。

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