攀枝花選鈦尾礦資源綜合利用

1、目錄1 鈦資源概況12 攀枝花釩鈦磁鐵礦資源綜合利用的成就與問(wèn)題23 選鈦尾礦處理現(xiàn)狀34 選鈦尾礦的利用34.1 選鈦尾礦性質(zhì)34.2 尾礦中有價(jià)元素的提取44.2.1 從尾礦中回收鈦鐵礦44.2.2 從尾礦中回收鈧44.2.3 從尾礦中回收鈷、鎵44.3 利用選鈦尾礦制備建材54.3.1 尾礦制備水泥54.3.2 尾礦制備建筑用磚、微晶玻璃和陶瓷制品54.4 選鈦尾礦深加工利用55 選鈦尾礦資源綜合利用意義及對(duì)策65.1 選鈦尾礦資源綜合利用意義65.2 選鈦尾礦綜合利用的對(duì)策66 結(jié)語(yǔ)7攀枝花選鈦尾礦資源綜合利用1 鈦資源概況鈦資源在自然界分布極廣，己知鈦礦物約有170余種，其中古鈦1以

2、上的礦物有87種。其中，金紅石(TiO2)、鈦鐵礦(FeTiO3)、鈦磁鐵礦、紅鈦鐵礦、鈣鈦礦(CaTiO3)、榍石(CaTiSiO5)等鈦礦物分布較廣。雖然鈦礦物種類(lèi)多，但有工業(yè)價(jià)值的鈦資源主要是鈦鐵礦和金紅石。表1-1所示為世界鈦資源的分布情況及其2009年鈦鐵礦與金紅石的產(chǎn)量。金紅石TiO2品位高，主要分布于南非、塞拉利昂、烏克蘭和澳大利亞等國(guó)，但其儲(chǔ)量有限；鈦鐵礦儲(chǔ)量豐富，占世界鈦資源的91，在中國(guó)、澳大利亞、印度、南非和烏克蘭等國(guó)大量分布?？梢?jiàn)，我國(guó)是鈦資源非常豐富的國(guó)家。表1-1 世界鈦資源的分布情況及其2009年鈦鐵礦與金紅石的產(chǎn)量（kt）鈦鐵礦金紅石2009年產(chǎn)量?jī)?chǔ)量2009年

3、產(chǎn)量?jī)?chǔ)量美國(guó)2006000400澳大利亞121013000029322000巴西504300021200加拿大60031000中國(guó)600200000印度38085000187400馬達(dá)加斯加6040000莫桑比克200160006480挪威37037000南非10006300010083000烏克蘭270590005025000越南20016000塞拉利昂6028000其他5026000400總計(jì)519068000052945000綜合來(lái)看，我國(guó)鈦資源具有以下特點(diǎn)：一是我國(guó)鈦資源儲(chǔ)量大。我國(guó)的鈦資源儲(chǔ)量居世界之首，全國(guó)有20個(gè)省市自治區(qū)分布有鈦礦，四川攀西地區(qū)和河北承德地區(qū)蘊(yùn)藏有豐富的釩鈦磁鐵

4、礦資源，海南、廣東、廣西和云南等省分布有鈦鐵礦砂礦，湖北、山西、河南和陜西等省則有一定儲(chǔ)量的金紅石礦。二是我國(guó)鈦資源利用難度大。具體表現(xiàn)為：(1)鈦鐵礦多，金紅石少。我國(guó)含TiO2品位高的金紅石資源則僅占2，鈦鐵礦資源占國(guó)內(nèi)鈦資源總量的98以上。(2)原生礦多，次生礦少。原生釩鈦磁鐵礦為我國(guó)鈦資源的主要工業(yè)類(lèi)型，在我國(guó)已探明的鈦資源中，鈦鐵礦原生礦占97，砂礦占3；金紅石型鈦資源，絕大部分也為低品位的原生礦，其儲(chǔ)量占全國(guó)金紅石資源的86，砂礦為14。(3)貧礦多，富礦少。我國(guó)鈦鐵礦平均品位一般為5-10，金紅石的平均品位一般為1-5，多為1-2。與國(guó)外相比，多為低品位礦。三是我國(guó)鈦礦床中伴生有

5、用組分多。我國(guó)鈦礦床均為多金屬共生礦，釩鈦磁鐵礦除含有巨大儲(chǔ)量的鐵、鈦、釩以外，尚含有鈷、鎳、銅、鉻、鎵、錳、鈮、鉭、鈧、硒、碲、硫等極其豐富的伴生有益元素，有相當(dāng)?shù)木C合利用價(jià)值。但該類(lèi)礦分選難度大，回收率低，生產(chǎn)成本高，資源綜合利用率很低。從以上分析可知，盡管我國(guó)鈦資源總量豐富，資源保證程度較高，但以可選性差的釩鈦磁鐵礦為主，可選性好、品位高的砂礦較少，天然金紅石礦產(chǎn)資源更少?？梢?jiàn)，立足我國(guó)鈦資源現(xiàn)狀，強(qiáng)化對(duì)低品位原生鈦鐵礦資源的選礦研究和對(duì)尾礦的資源的綜合利用，是將我國(guó)豐富的鈦礦儲(chǔ)量?jī)?yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為資源優(yōu)勢(shì)的必然選擇。2 攀枝花釩鈦磁鐵礦資源綜合利用的成就與問(wèn)題攀西地區(qū)蘊(yùn)藏著得天獨(dú)厚的釩鐵磁鐵礦

6、資源，探明儲(chǔ)量達(dá)93.933×108t，預(yù)測(cè)儲(chǔ)量達(dá)117 .75×108t。礦石中有鐵、釩、鈦、鈷、鎳、銅、鎵、鉻、鈧等十多種有益組分。其中鐵儲(chǔ)量占全國(guó)的20，居全國(guó)第二位；鈦資源保有儲(chǔ)量(以TiO2計(jì))4.28億t，占全國(guó)儲(chǔ)量的93，居世界第一位；釩資源保有儲(chǔ)量(以V2O5計(jì))1047.86萬(wàn)t，占全國(guó)儲(chǔ)量的63，居世界第三位；另外，鉻(Cr2O3)和鎵(Ga)的保有儲(chǔ)量分別達(dá)到696萬(wàn)t和11.36萬(wàn)t。攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦資源的開(kāi)發(fā)利用一直被列為國(guó)家重點(diǎn)科研項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)幾十年的努力，取得了一系列重大科研成果。上世紀(jì)6070年代我國(guó)成功解決了普通高爐冶煉高鈦型鐵(釩)精礦的

7、技術(shù)難題，正常生產(chǎn)出生鐵，經(jīng)不斷優(yōu)化，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)穩(wěn)步提高；含釩鐵水經(jīng)轉(zhuǎn)爐提釩處理，獲得釩渣和半鋼，半鋼直接送煉鋼轉(zhuǎn)爐進(jìn)行煉鋼，釩渣經(jīng)水法提釩進(jìn)一步處理，制得片狀V2O5；從選鐵尾礦中，攻克了選鈦的技術(shù)關(guān)鍵，選別出優(yōu)質(zhì)鈦精礦；發(fā)展了原生鈦鐵礦選礦技術(shù)；鈦精礦產(chǎn)品成功的制各海綿鈦和鈦?zhàn)?，推進(jìn)了中國(guó)高檔鈦白和鎂法海綿鈦的生產(chǎn)；從選鈦過(guò)程中同時(shí)得到的硫化物精礦(含硫、鈷、鎳、銅、鉑族元素等產(chǎn)品)除制取氧化鈷、氧化鎳外，還開(kāi)展了各種應(yīng)用研究，為低品位鈷、鎳及其他有價(jià)組分的回收開(kāi)辟了新途徑；另外，從提釩渣中回收鎵和從提鈦后的氯化渣中回收鈧的研究也取得成功?，F(xiàn)流程下，鐵、釩、鈦的走向及利用情況見(jiàn)圖2-1。

8、攀枝花釩鈦磁鐵礦是我國(guó)釩、鈦原料和制品的最大供應(yīng)基地，也是鈷、鎳、鈧、鎵等貴重材料的潛在供應(yīng)者。目前，攀鋼僅對(duì)鐵、釩及少部分的鈦進(jìn)行了綜合回收，對(duì)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量尾礦的綜合回收利用規(guī)模和水平還處于相對(duì)較低的水平，但同時(shí)也具有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿?。圖2-1現(xiàn)流程下攀銅釩蝕磁鐵礦的回收率用率3 選鈦尾礦處理現(xiàn)狀前期的選鈦廠(chǎng)由于工藝技術(shù)、設(shè)備性能等各方面的原因，其排放的尾礦中鈦鐵礦等有用礦物的含量仍然較高，其中TiO2：含量達(dá)7.20左右、TFe含量為13.50左右。為了充分回收利用礦產(chǎn)資源，同時(shí)落實(shí)國(guó)家下崗分流的政策，解決攀鋼礦業(yè)公司富余人員的就業(yè)問(wèn)題，礦業(yè)公司于1999年興建了興茂分公司江南選

9、礦廠(chǎng)，從礦業(yè)公司3#尾礦泵站礦漿池的給礦管道出口處截取部分尾礦作為原料，每年的處理量約為100萬(wàn)t，采用弱磁除鐵+重選選鈦的工藝流程生產(chǎn)鈦精礦，每年可產(chǎn)0.8萬(wàn)t 的鈦精礦、約0.5萬(wàn)t的次鐵精礦，同時(shí)解決了180多人的就業(yè)問(wèn)題；為了提高產(chǎn)量，該廠(chǎng)又于2002年建成了一條浮選生產(chǎn)線(xiàn)，每年的尾礦處理量可達(dá)150萬(wàn)t，使鈦精礦的產(chǎn)量達(dá)到了2.4萬(wàn)ty、次鐵精礦的產(chǎn)量約為1.2萬(wàn)t，同時(shí)解決了260多人的就業(yè)問(wèn)題。選鈦廠(chǎng)擴(kuò)能改造工程建成投產(chǎn)后，產(chǎn)量和收率都得到了大幅提高，鈦精礦產(chǎn)量達(dá)到50萬(wàn)ty，相對(duì)選礦總尾的回收率為37.50；但由于建設(shè)場(chǎng)地缺少，致使其浮選尾礦再選生產(chǎn)線(xiàn)不能實(shí)施且為了保證所有尾礦

10、都能進(jìn)人尾礦庫(kù)，避免浮選泡沫對(duì)環(huán)境的污染，選鈦生產(chǎn)時(shí)不能使用足夠的浮選藥劑，也制約了選鈦廠(chǎng)產(chǎn)能的發(fā)揮；因此，選鈦廠(chǎng)目前的尾礦中TiO2含量達(dá)6.80左右、TFe含量為12.90左右，仍然具有較高的回收價(jià)值。按照選鈦廠(chǎng)的技術(shù)改進(jìn)方案規(guī)劃，技改后選鈦廠(chǎng)將新增鈦精礦約為35萬(wàn)ty，但其尾礦中TiO2含量仍可達(dá)6.50左右；且選礦廠(chǎng)擴(kuò)能改造后，選鈦廠(chǎng)已無(wú)條件回收處理其新增尾礦，到時(shí)選鈦廠(chǎng)的尾礦指標(biāo)將比目前還高。因此，有必要統(tǒng)籌規(guī)劃密地片區(qū)總尾礦的回收利用方案；而理想的作業(yè)場(chǎng)地就是對(duì)現(xiàn)有的江南選廠(chǎng)進(jìn)行工藝升級(jí)擴(kuò)能改造。4 選鈦尾礦的利用4.1 選鈦尾礦性質(zhì)通過(guò)光譜分析，可知選鈦尾礦中含有大量有用的元素，

11、光譜分析結(jié)果見(jiàn)表4-1。在攀枝花鐵礦床中，鐵的價(jià)值占礦石總價(jià)值的38.67，而其尾礦中V、Ti、Co、Ni、Ga、Sc等多種金屬的價(jià)值則占60以上。經(jīng)破碎、磨礦等加工后的細(xì)粒尾礦，由于其主要礦物成分由硅酸鹽、鋁硅酸鹽、碳酸鹽礦物和微量金屬礦物組成，化學(xué)成分以SiO2、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、A12O3、K2O、Na2O為主，是建筑、陶瓷、玻璃等工業(yè)的重要礦物原料。表4-1 選礦尾礦光譜分析結(jié)果元素BaBeBCrPbSnMnNbVYZn含量（10-6）1010.10.530.13000120021000元素CoSrGaCuZrAgFe/%Ca/%Mg/%Ti/%Al/%含量（10-

12、6）3020101.50.130.11010101054.2 尾礦中有價(jià)元素的提取攀枝花尾礦中存在大量的有價(jià)元素，若能從尾礦中回收鈦、鈧、釩、鈷等多種有色金屬和稀有金屬，則能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。4.2.1 從尾礦中回收鈦鐵礦攀鋼每年開(kāi)采釩鈦磁鐵礦1150萬(wàn)t，TiO2量約120萬(wàn)t，可選鈦廠(chǎng)對(duì)660萬(wàn)t尾礦的處理能力不足，每年只能生產(chǎn)15萬(wàn)t鈦精礦(47TiO2)。目前鈦資源綜合利用率僅為4.9。攀鋼選鈦尾礦中含有超過(guò)10的Ti、Fe等元素，其化學(xué)成分以FeTiO3、TiO2等為主。攀鋼礦業(yè)公司設(shè)計(jì)研究院采用“強(qiáng)磁-磨礦-浮選”工藝，得到的鈦精礦品位為46.34，產(chǎn)率為3.12，并建議采用“浮

13、鈦尾礦強(qiáng)磁選富集、磨礦后返回原強(qiáng)磁-浮選流程”工藝回收鈦鐵礦。4.2.2 從尾礦中回收鈧鈧及其化合物具有一些特殊性質(zhì)，在電光源、宇宙、電子工業(yè)、核技術(shù)、超導(dǎo)等方面有廣泛應(yīng)用。由于富含鈧的礦物稀少，鈧的分離提取比較困難，致使鈧及其化合物的價(jià)格昂貴。攀枝花釩鈦磁鐵礦中含有鈧，因而從選鈦尾礦中提取鈧很有必要。張宗華等通過(guò)對(duì)選鈦尾礦預(yù)處理。磁選和加劑處理電選工藝，首先得到含鈧121gt和114gt的鈧精礦，然后加入含有助溶劑的鹽酸溶解，用TBP作為萃取劑萃取鈧，再經(jīng)氫氧化鈉反萃，對(duì)萃取液或反萃液采用氫氧化鈉、草酸鹽精制，可得到99.9的Sc2O3產(chǎn)品。4.2.3 從尾礦中回收鈷、鎵從尾礦中選鈦的同時(shí)回

14、收了硫鈷精礦。硫鈷精礦中，硫的品位為30.00，鈷的品位為0.30。硫鈷精礦可作為生產(chǎn)硫酸的原料，并可制取氧化鈷、鎳。科研人員研究了鈷鎳的氧化物可直接配置搪瓷密著劑的技術(shù)。鎵在現(xiàn)流程中，主要是在釩渣中大量富集(富集比達(dá)近12倍)，從提釩水浸殘?jiān)校商崛?N和回收率為64.6的金屬鎵。除此之外，還可以從選鈦尾礦中回收Fe、Mn、V等多種有用元素，不僅可以提高尾礦的利用率，還可以帶來(lái)豐厚的附加值。4.3 利用選鈦尾礦制備建材4.3.1 尾礦制備水泥在水泥的原料中，一般配入20的黏土和鐵粉，若能以尾礦代替，不僅可以節(jié)約土地，還可以省去開(kāi)采和加工的能耗。也可以用尾礦代替水泥原料的主要成分。例如：本溪

15、遼寧工源水泥集團(tuán)在新建設(shè)的2500td新型干法熟料線(xiàn)上使用鐵尾礦作為硅質(zhì)原料，為鐵尾礦的有效利用開(kāi)辟了一條新路。馬鋼桃沖鐵礦與南京化工大學(xué)合作，用含鐵尾礦替代鐵粉配入水泥原料中，水泥性能不僅符合GBl346-77的規(guī)定，而且優(yōu)于一般水泥。針對(duì)攀鋼選鈦尾礦含鈦高以及高硅貝利特硫鋁酸鹽水泥的特點(diǎn)，張巨松等提出了應(yīng)用提取氧化鈦后的尾礦、低品位鋁釩土、含鈦石膏制備高硅貝利特硫鋁酸鹽水泥的全新觀點(diǎn)，為攀鋼選鈦尾礦的應(yīng)用提出了新的思路。4.3.2 尾礦制備建筑用磚、微晶玻璃和陶瓷制品攀鋼選鈦尾礦中含有鈦輝石、長(zhǎng)石、鈦鐵礦、橄欖石等多種礦物成分，以尾礦為主原料，再按照配方加入其他一些化合物，便能符合做磚、制

16、陶的要求。其中，建筑用磚是我國(guó)建材中最常見(jiàn)、用量最大的材料之一，可以大量利用尾礦。微晶玻璃是由基礎(chǔ)玻璃經(jīng)控制晶化行為而制成的微晶體和玻璃相均勻分布的材料。它集中了玻璃、陶瓷及天然石材的多種優(yōu)點(diǎn)，是具有發(fā)展前途的新型裝飾材料。張錦瑞等通過(guò)對(duì)唐山地區(qū)的鐵尾礦的分析，探索了一套制備微晶玻璃的配方，確定了晶核劑的種類(lèi)和用量以及合理的熱處理工藝。而攀枝花選鈦尾礦中的輝石成分與微晶玻璃中輝石的成分接近，可以嘗試使用尾礦中分選出來(lái)的輝石來(lái)生產(chǎn)微晶玻璃。4.4 選鈦尾礦深加工利用目前，尾礦的利用多集中在量大低檔的產(chǎn)品上，如用于鋪路、水泥、建筑用磚等等，深度挖掘尾礦的價(jià)值，開(kāi)發(fā)出附加值高的產(chǎn)品，值得深入研究。國(guó)

17、內(nèi)外也有不少人嘗試用尾礦合成各種金屬?gòu)?fù)合陶瓷來(lái)提高產(chǎn)品的附加值。東北大學(xué)的張淑會(huì)等利用鞍山鐵尾礦，采用碳熱還原法合成了碳化硅粉體，并確定了合成過(guò)程的最佳工藝參數(shù)。鄒正光等以天然礦物鈦鐵礦、石墨為原料，采用原位碳熱還原法，實(shí)現(xiàn)合成與燒結(jié)一體化，制備了TiCFe復(fù)合材料，并通過(guò)原位鋁熱、碳熱還原法，以天然鈦鐵礦為主要原料，制備出了TiC-Al2O3Fe陶瓷復(fù)合材料。攀枝花選鈦尾礦中仍含有不少的FeTiO3等有用成分，可以嘗試以尾礦為主要原料，再配入其他一些化合物，采用碳熱還原法來(lái)制備金屬陶瓷復(fù)合材料，提高產(chǎn)品的附加值。對(duì)尾礦的綜合利用可增加尾礦壩的庫(kù)容量，降低尾礦的輸送費(fèi)用，減少環(huán)境污染，減小崩塌

18、滑坡等災(zāi)害隱患，達(dá)到廢物資源化的目的。尾礦的大量處理與應(yīng)用問(wèn)題，既要考慮使用尾礦量大的低檔產(chǎn)品，又要考慮高附加值的深加工產(chǎn)品。只有這樣，才能有效地利用尾礦，并帶來(lái)一定的附加利益。同時(shí)也會(huì)吸引企業(yè)投入更多的人力、物力來(lái)利用尾礦，使尾礦的利用達(dá)到工業(yè)化的水平。5 選鈦尾礦資源綜合利用意義及對(duì)策5.1 選鈦尾礦資源綜合利用意義在工業(yè)快速發(fā)展的今天，礦產(chǎn)資源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。目前，礦產(chǎn)資源提供了我國(guó)80以上的工業(yè)原料，支撐了我國(guó)70以上GDP的運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，礦產(chǎn)資源大量消耗，尾礦儲(chǔ)量逐漸增加，加強(qiáng)對(duì)尾礦資源綜合利用，已經(jīng)成為當(dāng)今研究的重點(diǎn)內(nèi)容，也是大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。但

19、遺憾的是，我國(guó)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)尾礦資源綜合利用率還很低，與國(guó)際先進(jìn)水平相差甚遠(yuǎn)。攀西地區(qū)釩蝕磁鐵礦資源的綜合利用就是其中最典型的例證之一。攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦資源得天獨(dú)厚，蘊(yùn)藏著我圈93以上的鈦資源，使我國(guó)成為世界上鈦資源最為豐富的國(guó)家，因此，該地區(qū)鈦資源的利用，直接關(guān)系著我國(guó)鈦資源供應(yīng)的保障性。經(jīng)多年科研攻關(guān)，雖然基本解決了該資源中鐵、釩、鈦三種主要組分的綜合利用問(wèn)題，但是其中鈦資源的利用率很低，目前其選礦回收率僅2023，尾礦中鈦、鈧、釩、鈷等多種有色金屬和稀有金屬含量較高，成為該地區(qū)資源綜合利用最突出也是最亟待解伙的問(wèn)題。因此，對(duì)選鈦尾礦資源綜合利用不僅可以提高攀枝花釩鈦磁鐵礦資源的綜合利用率，而且可以減