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      1. 海砂礦的基礎特性及綜合利用發展方向

        2020-04-21 10:27:44 作者:huangj 來源: 瀏覽次數:0 網友評論 0

        海砂礦的基礎特性及綜合利用發展方向
         謝志誠1,胡  兵2,3,師本敬2,3,胡佩偉1

        1.武漢科技大學資源與環境工程學院2. 中冶長天國際工程有限責任公司

        3. 國家燒結球團裝備系統工程技術研究中心

        海砂礦主要來源于火山巖,是火山噴發出的巖漿被海水沖刷后由河流、潮汐和海流作用而形成的次生富集鐵砂礦。海砂礦在淺海礦產資源中,其經濟價值僅次于石油天然氣,居第二位。在已探明具有工業開發價值的礦產資源儲量中海砂礦占有相當重要的位置,基礎儲量超千億噸,主要分布在印度尼西亞、新西蘭、澳大利亞、菲律賓等濱海國家。

        海砂礦屬于多金屬伴生礦,通常含有鈦磁鐵礦、金紅石、鈦鐵礦、赤鐵礦等金屬礦物,含鋯石、獨居石、錫石等稀有礦物。其中,鋯石、獨居石、錫石、金紅石都得到了規模化開采,而最大比例的且含釩的鈦磁鐵礦一直未得到有效利用。隨著鐵礦石開發的逐步擴展和釩、鈦價值的不斷攀升,儲量豐富、開采成本低廉、來源穩定的海砂礦已成為釩、鈦資源的重要組成部分,特別是鈦、釩、鐵資源綜合利用價值高的海砂礦,愈來愈受到各國的青睞。

        1    鈦、鐵、釩資源狀況及市場

        1.1  鈦資源狀況及市場

        2018年世界鈦礦總儲量約為9.2億噸(以下均以TiO2含量計算),其中,鈦鐵礦儲量為8.8億噸,主要分布于中國、澳大利亞、印度、印尼、南非、莫桑比克等國;金紅石(包括銳鈦礦)儲量6200萬噸,主要集中于澳大利亞、南非、印度、莫桑比克、馬來西亞和美國等國。世界鈦礦資源以鈦鐵礦為主,約占世界鈦礦物消費的89%,其余來自金紅石、銳鈦礦、鈦礦渣等。

        截至2018年,我國鈦礦儲量12833.2萬噸,其中原生鈦(磁)鐵礦占鈦礦查明資源儲量總量的93.0%,鈦鐵砂礦占4.2%,優質金紅石資源僅占2.8%。雖然我國有豐富的原生鈦鐵礦資源,但金紅石探明儲量不多,且多為原生礦,品位相對較低,開發條件不理想,而原生鈦鐵礦的開發利用受其主礦產鐵礦開發利用的制約,產量也難以大幅增長,導致我國鈦礦原料生產不能滿足國內需求,近年來我國鈦礦砂及其精礦進口量持續增長,鈦礦原料對外依存度近50%。2018年,我國鈦礦的生產量約為420萬噸,進口量為312萬噸,產業結構由過去的化工、冶金等中低端行業逐步轉向航空航天、醫療和環保等中高端行業,海綿鈦進口量較2017年(4918噸)增長了27.9%,出口量則減少了34.5%,這也反映出國內因高端需求的增長,對國外高端海綿鈦的需求出現爆發式增長[1]。

        海砂礦是一種重要的鈦資源,根據有關數據,海砂礦資源的鈦含量占世界鈦資源儲量的50%左右。海砂礦的資源綜合利用能夠有效填補我國鈦資源原料生產的短缺。

        1.2     鐵資源狀況及市場

        世界鋼鐵協會發布的2019年-2020年鋼鐵需求預測報告顯示,2019年全球鋼鐵需求將達到17.35億噸,同比增長1.3%。2020年,全球鋼鐵需求將增長1.0%,達到17.52億噸,這將有利于中國的鋼鐵出口。長期以來,四大礦山—淡水河谷、必和必拓、力拓和FMG鐵礦石產量占全球的一半左右,預計2019年四大礦山鐵礦石產量為10.46-10.95億噸,且基本維持穩定,在全球已經形成寡頭壟斷供給格局,對鐵礦石的價格形成絕對的話語權。受鐵礦石價格波動的影響,鋼材價格震蕩很大,因此,亟需穩定鐵礦石來源,保障鐵礦石供需,獲取鐵礦石價格話語權,而千億噸海砂礦的開發利用將是鐵原料的重要來源。

         

        1.1     釩資源狀況及市場

        截至2018年末,全球釩金屬儲量約6300萬噸,其中釩礦儲量(已認定的釩資源中符合當前采掘和生產要求的部分)約為2028萬噸。全球99%以上的釩礦儲量集中在中國、俄羅斯、南非及澳大利亞,其中,中國占據第一位,儲量為950萬噸。目前,世界釩產品原料絕大部分來自于釩鈦磁鐵礦。據統計,2018年約68%的釩來自于釩鈦磁鐵礦經鋼鐵冶金加工得到的富釩鋼渣及少量富磷釩渣。

        2018年世界釩總產量為91844噸,同比增長14.06%,我國釩產量占世界釩產量的54%,居世界第一,但受國外釩渣停止進口、V2O5對外加工產量歸零及環保限產和鋼鐵去產能影, 2018年我國釩產量同比下降約8%,2018年全球釩消費量為94950 t,同比提高9.4%,消費量連續兩年增長,從全球釩消費結構看,鋼鐵依然是釩的主要消費領域,約有85%的釩用于冶金行業,我國釩礦市場產量、消費量持續上漲,從2000年開始,我國釩礦向全球大量出口,進口很少[2]。

        2    海砂礦工藝礦物學特性

        以某印尼海砂礦為例,研究其化學成分、礦物組成和嵌布特征,以分析海砂礦綜合利用的可用模式。

        2.1  礦石的化學成分

        印尼海砂礦的化學成分如表2所示。可知,該海砂礦是一種低硫低磷含釩鈦的磁鐵礦鐵精礦,主要有用成分為Ti、 Fe和V,其中TFe含量為54.27%,TiO2含量為10.88%,V2O5含量為0.68%。主要雜質成分為Al2O3、SiO2和MgO,三者合計量為11.36%,有害雜質P、S含量都很低,遠低于鐵精礦質量標準(S≤0.1%,P≤0.2%)。

         

        由于TiO2、V2O5、MgO、Al2O3主要是以類質同像的形式賦存在鈦磁鐵礦晶格中,或呈微細的固熔體析出物與鈦磁鐵礦緊密鑲嵌,因此,這些組分的存在是影響鐵精礦品位的最主要因素,而且不可能通過機械選礦工藝使它們得到有效的降低或富集。

        印尼海砂礦中鐵和鈦的化學物相分析如表3和表4所示。由表3可知,樣品中鐵的賦存形式相對較為簡單,呈鈦磁鐵礦產出的鐵占91.30%,其余部分主要以赤(褐)鐵礦、鈦鐵礦和含鐵硅酸鹽礦物的形式存在,分布率分別為1.59%、4.81%和2.08%,顯然前者即為采用弱磁選工藝進一步富集樣品中鐵礦物時鐵的最大理論回收率;由表4可知,樣品中鈦主要分布于鈦磁鐵礦中,所占比例高達89.89%,而呈鈦鐵礦產出的TiO2僅占8.18%,可見分選過程中存在于鈦磁鐵礦中的TiO2將進入弱磁選鐵精礦。

         

        2.2    礦石的礦物組成和嵌布特征

        經X射線衍射分析和MLA(礦物參數自動分析系統)測定,印尼海砂礦中主要礦物定量分析如表5所示。可見,該礦石中樣品的主要組成礦物種類較為簡單,其中鈦磁鐵礦物含量最高,含量為83.21%;此外還有6.93%的赤鐵礦和1.87%的鈦鐵礦,脈石礦物含量最高的是輝石,含量為5.61%,此外還有斜長石、石榴石、蒙脫石、磷灰石等其他礦物,合計含量為2.38%。

         

        對印尼海沙礦中主要礦物進行了鏡下(SEM)觀察,其主要礦物嵌布情況如圖1所示。由圖1可知,印尼海沙礦中絕大部分鈦磁鐵礦均呈單體粒狀或鐵的富連生體產出,其中部分鈦磁鐵礦已發生不同程度的假象赤鐵礦化,主要表現為不規則狀赤鐵礦沿鈦磁鐵礦邊緣、晶面或裂隙交代,此外還有少量與脈石緊密鑲嵌構成不同比例的連生體;赤鐵礦主要是由鈦鐵礦經赤鐵礦化蝕變形成的,其表現形式是赤鐵礦呈微細的脈狀、針線狀、星點狀或不規則狀沿鈦鐵礦的邊緣、解理或表面交代,個別交代強烈的晶粒中雖然不含鈦鐵礦殘余;鈦鐵礦主要以呈微細的片狀微晶作為固熔體析出物分布在部分鈦磁鐵礦晶粒中、作為次生變化不完全的交代殘余與赤鐵礦緊密鑲嵌等形式產出。

         
         Ⅱ-鈦鐵礦,M-鈦磁鐵礦,H-赤鐵礦(含假象赤鐵礦)
               根據印尼海砂礦中鈦磁鐵礦晶粒內部微細鈦鐵礦片晶不甚發育的特點以及釩鈦磁鐵礦礦床的形成規律,可以推斷不僅樣品中V2O5絕大部分是以類質同像的形式賦存于鈦磁鐵礦晶格中,同時亦有相當部分的TiO2也是以這種形式存在的,因此可以認為,鈦磁鐵礦晶粒內部TiO2含量較高是影響鐵精礦品位的最主要因素,不可能通過機械選礦工藝流程使鐵精礦中鐵鈦的含量得到有效的降低,同時也不可能使其中V2O5的含量得到進一步的富集提高。

              3 海砂礦利用的發展方向
        ……
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