金红石

河南方城金红石矿的选矿方法——以高利坤等的试验研究为例10412071吕明1金红石Rutile（TiO2）徐巧慧，左：采于美国GravesMountain,LincolnCounty，右：地点不详。图中标尺刻度每格代表1厘米1.1矿物结构和性质名字来源：源于拉丁文“rutilus”，意为“微红的”化学组成：Ti60%，有时含Fe,Nb,Ta,Cr,Sn等类别：氧化物-简单氧化物-金红石族晶系：四方晶系，P42/mmm晶胞参数：a0=0.459nm;c0=0.296nm颜色：通常是褐红色形态：单晶体呈短柱状，长柱状或针状。双晶常以（011）成膝状双晶和三连晶，集合体成致密块状条痕：浅褐色透明度：微透明光泽：金刚光泽硬度：6解理和断口：平行{110}中等比重：4.2~4.3g/cm3鉴定特征：四方柱，褐红色，双晶成因及产状：形成于高温条件下，主要产于变质岩系的含金红石石英脉中和伟晶岩脉中。此外，在火成岩中作为副矿物出现，也常呈粒状见于片麻岩中。金红石由于其化学稳定性大，在岩石风化后常转入砂矿主要用途：提炼钛的最重要的原料著名产地：瑞典Binnental和Campolungo,美国Maine，俄罗斯乌拉尔1.2金红石的用途制造金属钛。钛及其合金具有密度小、强度高、耐高温、耐腐蚀和无毒等性能,可以制成轻型结构材料、新型功能材料和医学生物材料,广泛应用于航空航天工业,并逐步走向民用钛应用领域制造钛白粉。钛白粉具有增白能力强、高分散性、化学性质不活泼、白度、遮盖力好等优良指标，而广泛应用于涂料、塑料、搪瓷、橡胶、油墨和化纤等工业。TiO2具有光催化活性，能够降解环境中的污染物。天然金红石的环境功能，可以参考《天然含钒金红石矿物学特征研究及其光催化活性初探》李宁著2我国我国钛资源及金红石的储量2.1简介我国的钛资源居世界首位,国内外已发现钛资源总储量近20亿吨,我国约占48%。四川攀枝花西昌地区的钒钛磁铁矿占全国钛资源75%以上。（王立平等，2004）到目前为止，我国发现金红石矿床59处,其中大型矿床13个,中型矿床11个,小型矿床35个,探明储量1亿ｔ。主要分布在湖北、湖南、安徽、山东、河南、陕西、山西、浙江诸省区。（李钟模，等，2000）2.2我国钛资源的分布图2.3我国金红石矿特点资源类型：原生金红石86％，金红石砂矿14％。原矿品位较低，含TiO22％一4％，伴生有钛铁矿、钛赤铁矿、赤铁矿、磁铁矿等磁性矿物，粒度较细，与其它矿物的嵌布关系复杂。2.4我国金红石矿分布原生金红石矿（86%）：湖北枣阳大阜山金红石矿山西代县碾子沟金红石矿江苏新沂县郝湖金红石矿和东海毛北—新沂蒋庄金红石矿河南西峡八庙金红石矿金红石砂矿（14%）：河南省方城柏树岗金红石矿（风化壳型）陕西省安康大河熊山金红石矿（风化壳型）山东省莱西南墅与石墨矿伴生的金红石矿（风化壳型）海滨砂矿型金红石矿主要分布在海南、广东、广西等地。2.5报道：河南发现特大金红石矿床新华社2000年11月12日报道矿物储量：地表50ｍ深度内储量大于5000万ｔ。相当于500个大型金红石矿床的规模;而且矿体绝大部分裸露地表,矿床开发条件十分有利。矿带:西起南召县城,向东南方向经云阳、方城,直至泌阳县羊册,长度超过70ｋｍ。矿床：由三至四层主矿体组成,矿层累计宽度平均在800ｍ左右,金红石品位在2%-41%这样的规模属国内最大,在世界范围内也是罕见的。（国外金属矿选矿，2001.1）2.6论金红石矿的倒掉国内金红石选矿自80年代开始,相继在湖北省枣阳、山西省代县、河南省西峡先后建成金红石选矿数家,选厂规模为日处理25～300ｔ,到1998年底全部停产,主要原因：选厂规模小、成本高；选矿工艺落后,设备陈旧；利用率低；分选技术难度大。数据：目前国内金红石加工企业的直接成本为5000元/吨左右,销售价格在6500元/吨左右。而人造金红石的销售价格在4500元/吨左右。目前金红石的选矿工艺大多处于实验阶段。3方城金红石矿简介3.1方城金红石矿的区域地质背景方城金红石矿位于方城县西北部，地处南阳盆地边缘低缓丘陵区。金红石矿原生矿赋存于中元古界宽坪群地层中。宽坪群分东坪组、景湾组和陈庄组地层呈倒转单斜构造，走向NWW，倾向NE39˚，倾角45˚～65˚，局都直立。矿区北部不远有作为华北地台与秦岭槽皱带界线的黑沟－栾川－维摩寺－确山－固始深大断裂通过，矿区内末发现大断层。矿带东自方城幽雅庄，西至甫召云阳镇，长26km。自东至西划分为柏树岗、南营、五间房、朱庄、后候庄、朱坪六个自然矿区3.2方城县地图1.第四系;2.三叠系;3.下古生界;4.上元古界;5.中元古界毛集群回龙寺组;6.中元古界毛集群左老庄组1～3段;7.太古界;8.晚古生闪长岩;9.侏罗纪花岗碉;10.地质界线;11.断层;12.不整合;13.矿化集中区;14.新层位矿点3.3矿物组成风化壳型砂矿，风化壳厚2．86～2337m，平均12m该矿主要由金红石、铁金红石、少量锐钛矿、板钛矿、蚀变钛铁矿、钛铁矿、钛磁铁矿、榍石、角闪石、石英、白云母、黑云母、绿帘石、绿泥石、褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿、粘土矿物等矿物组分组成。原矿含钛矿物主要为金红石,其次有蚀变钛铁矿、钛铁矿、铁金红石、榍石、钛磁铁矿及含钛硅酸盐矿物。3.4原矿化学分析结果元素TiO2FeK2ONa2OCaOMgOSiO2Al2O3含量3.298.581.611.216.214.6647.139.15元素NiSbPbZnSPCu含量0.0370.00260.0770.0210.0190.290.0223.5金红石嵌布特性粒度较细,0.010～0.2mm,属细粒、微细粒不均匀嵌布,粒度区间较大,一般为0.037～0.074mm。多数金红石以单体、集合体形式沿矿石的片理方向呈断续的条纹、条痕、微细条带排列。有的与绿帘石混生呈团块,有的被角闪石、黑云母、石英包裹。3.6矿物的主要物性参数测定结果密　度比磁化系数g/cm310-6cm3/g金红石4.21.45良导体钛铁矿4.72267.48导体榍石3.2949.07非导体赤铁矿5.1176导体褐铁矿4.17165导体角闪石2.924.6非导体绿帘石2.614.19非导体石英2.650.2非导体黑云母2.753.68非导体白云母2.762.96非导体矿物导电性4选矿流程及各论4.1选矿流程4.2简要流程原矿重选磁选酸洗电选粗选精选精矿中矿尾矿4.3粗选4.3.1重选仪器：离子波型摇床，该摇床是在重力、磁力、电力、机械力等复合力场作用下进行分选,特别是细粒、微细粒的分选效果优于普通摇床。原理：脉石矿物与金属矿物在密度上有较大差异去除物：石英、云母、绿帘石、绿泥石等脉石矿物。4.3.2磁选（丁明，2003）磁选机原理：磁性矿物颗粒被吸在磁选机的圆形转筒上，转筒旋转将之排出。矿物颗粒受力：磁力，重力，离心力，摩擦力，水流动力。磁选机根据磁场强弱分类（丁明，2003）弱磁场磁选机：磁极表面磁场强度H0为80~120kA/M，磁场力H(dH/dχ)为(3~6)×105kA2/m2，用于分选强磁性矿石。强磁场磁选机：磁极表面磁场强度H0为800~160kA/M，磁场力H(dH/dχ)为(3~12)×105kA2/m2，用于分选弱磁性矿石。高梯度磁选机：磁场强度不确定，但是有异常高的磁场梯度，可达2×102T/cm弱磁选仪器：弱磁场磁选机目的：将强磁性物质除去,以提高分选效果去除物：钛磁铁矿、磁铁矿等强磁选仪器：高梯度磁选机目的：去除细粒、微细粒弱磁性铁矿物去除物：褐铁矿、赤铁矿、铁金红石、蚀变钛铁矿、钛铁矿等优点；聚磁介质种类多，场强均匀，易控制流速，磁场梯度高，分离效率高，处理量大，不易堵塞，剩磁小，易大型化，部件轻，驱动电机小。高梯度磁选机结构图4.4精选4.4.1酸洗试剂：盐酸原理：矿体经雨水冲刷,铁质物质顺金红石与脉石矿物解理缝隙、裂隙浸入,污染了金红石和脉石矿物颗粒表面,形成一层铁膜包裹着金红石和脉石矿物颗粒,酸洗可以除去铁膜,改善矿物物性特征,增大物性差异,有利于提高金红石精矿品位。4.4.2重选（摇床）仪器：离子波形摇床目的：除去酸洗解离出来的脉石矿物，可以进一步提高粗精矿的品位。4.4.3电选（丁明，2003）原理：电选是在电选机的电场中进行。矿物颗粒进入电场后，由于导电性质的不同，使得矿粒在电场中以某方式带不同性质的电荷或带不同数量的电荷，从而受到不同电场力的作用，以实现分离。受力：电场力，重力，离心力矿物带电方法：直接传导带电，感应带电，电晕带电，摩擦带电。矿物分为：导体，半导体，非导体。导体带电后放电最快，对其吸附性和落点发生明显影响。电选分选原理示意图高压电选机结构图电选设备仪器：12万伏超高压悬浮电选机去除物：角闪石，榍石，绿帘石，石英，黑云母，白云母等戴惠新等人发明的高压悬浮电选机是一种分选细微粒级物料的选矿机，主要由分选装置，高压电源组成。采用3~12万伏的高压电源，分选装置设计成一个半圆形的环状管道，内设刀片式电晕电极以及板式接地电极，保证了处于悬浮状态下的矿粒充分获电放电，收集装置设计成突然扩大的大空间及长距离高电压的静电电极及接地电极，电性不同的矿粒在此得到充分的收集，该机是一种经济、高效的分选设备。（丁明，2003）4.5综合流程选矿结果产品名称精矿1精矿2中矿尾矿给矿产率1.480.267.1991.07100TiO2品位92.1680.443.20.3152.09回收率65.2610.0111.0113.72100总结1、根据矿物嵌布特征及组成研究,该金红石矿属较难选矿石。2、从工艺矿物学的角度以及精矿品位的要求,要想一次选别就获取高纯的金红石精矿是不可能的,必须通过多种方法,多次选别才能得到高品质的金红石精矿。3、本文所引用的选矿流程优点是效率高，缺点是仪器昂贵。参考文献丁明，2003，非金属矿加工工程，化学工业出版社高利坤,张宗华,李春梅，2003，河南方城金红石矿选矿试验研究，矿产综合利用3，3~8李钟模，中国金红石研究简况，ＩＭ＆Ｐ化工矿物与加工，2000年第10期，33王绍龙,赵荣军，2002，东秦岭褶皱带河南段发现超大型金红石矿床，前寒武纪研究进展25，170~173王立平,王镐,高颀等，2004，我国钛资源分布和生产现状，稀有金属，第28期，265~266温同想，1997，方城金红石矿，非金属矿116，56~57张云,管永诗,田玉珍，2000，我国金红石矿资源开发利用现状，矿产保护与利用5，27~30河南发现特大金红石矿床，国外金属矿选矿，报道与摘要，2001.1南京大学地球科学数字博物馆，矿物，