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西北地区某钛铁矿中钪的赋存状态研究刘飞燕 1，谢志远 2，李成秀 1，周家云 1（1.中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川成都610041；2.四川省地质矿产（集团）有限公司，四川成都610036）摘要：这是一篇工艺矿物学领域的论文。为查清某伴生钪的低品位钛矿矿石性质，采用化学分析、电子探针、X 射线衍射、AMICS 矿物自动分析仪和光学显微镜等手段，对矿石的物质组成、矿物嵌布特征以及钪、铁、钛元素的赋存状态进行了详细的工艺矿物学研究。结果表明：矿石中钪主要赋存于钙镁硅酸盐中，分布率达 94.93%，仅针对钙镁硅酸盐类矿物进行选冶工作即可取得优异的钪回收指标。研究结果对钛矿石伴生钪的选冶及矿床下一步开发利用具有重要指导意义，也对类似含钪钛矿床中钪的赋存状态研究具有重要启示。关键词：工艺矿物学；西北地区；钛铁矿；磁铁矿；钪；钙镁质硅酸盐矿物；赋存状态doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2023.04.027中图分类号:TD952;P575 文献标志码:A 文章编号:1000-6532（2023）04017705 钪的上地壳丰度为 7 g/t，与稀土元素性质相似，自然界中稀土元素有许多独立矿物，形成规模可观的独立矿床，而钪的独立矿物非常少，通常知道的只有钪钇石,磷钪矿等，其存在量非常少，不具工业意义1。目前工业上钪主要从黑钨矿、锡石精矿中提取，对钛矿石中伴生钪的回收报道鲜少。随着科技发展，对钪资源的需求日益增加，使得钪的开发利用研究愈加迫切。本文选取西北某钛矿石进行系统的工艺矿物学研究，以其查明矿石中的钪的赋存状态，为后续选冶开发利用提供矿物学资料。1矿石的物质组成 1.1矿石化学组成矿石样品化学分析结果见表 1。由表 1 可知，矿石化学成分以 TFe、TiO2、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Na2O 为主，Sc2O3含量未达到综合利用最低品位，但可作为伴生组分综合利用。矿石属于低铁低钛等级钛矿石。表 1 矿石主要化学成分分析结果/%Table 1 Chemical analysis results of raw oreK2OTFeTiO2MgOAl2O3CaOAl2O3Na2OMnOSiO2P0.1410.214.546.1011.4012.5511.412.550.1743.730.11V2O5SSc2O3*Sr*Cr*W*Y*Ge*Ga*Ce*Co*0.070.0455.5032350.928.319.717.1171460.0*单位为g/t。1.2矿石的矿物组成矿石角闪石、长石约占矿物总量的 85%以上，其他矿物含量少。经过系统工作，查明矿石中的主要矿物成分为角闪石、长石和钛铁矿，其他矿物为磁铁矿、绿泥石、磷灰石等，根据上述矿物的性质和含量进行了分类统计，结果见表 2。收稿日期:2023-06-12基金项目:中国地质调查局地质大调查项目（DD20230039）；四川省科技厅项目（2022ZHCG0124）作者简介:刘飞燕（1975-），女，高级工程师，主要从事工艺矿物学研究工作。通信作者:谢志远（1977-），男，高级工程师，主要从事地质调查工作。第 4 期矿产综合利用2023 年 8 月Multipurpose Utilization of Mineral Resources 177 表 2 矿石矿物含量Table 2 Mineral composition and content of raw ore矿物类别矿物名称含量/%电磁性脉石角闪石、辉石45.63绿泥石1.35橄榄石0.33云母0.12非磁脉石长石39.82方解石0.86磷灰石0.68石英0.45石膏0.34铁矿物磁铁矿2.34赤-褐铁矿0.47钛矿物钛铁矿6.80榍石0.04微量矿物磁黄铁矿、毒砂、黄铁矿、黄铜矿、锆石等偶见 2矿石结构、构造矿石的结构、构造可指示矿石磨矿后单体解离的难易程度。一般在磨矿条件相同的情况下，晶粒粗者、自形程度高者较易解离。反之，细粒者、不规则它形粒状者较难解离2。2.1矿石结构矿石主要发育它形半自形晶粒状结构、固溶体分离结构、包含结构和嵌晶结构、反应边结构等。矿石中含量最高的非金属矿物角闪石、辉石等硅酸盐矿物与金属矿物磁铁矿、钛铁矿具它形晶粒状结构，磁铁矿，钛铁矿呈它形粒状充填于上述矿物粒间，形态大小受间隙大小控制；固溶体结构表现为矿石中镁铝尖晶石呈串珠状，钛铁矿呈搁架状、平行板状微片晶分布在钛磁铁矿中；包含结构表现为角闪石中包裹有铁钛矿物构成嵌晶或脉石中包含铁钛矿物；反应边结构表现为磁铁矿与斜长石接触部位，嵌布有铁镁质硅酸盐矿物的反应边。2.2矿石的构造矿石的构造主要为块状构造、稀疏浸染状构造、斑杂状构造。块状构造为矿石中发育的主要构造，一般表现为脉石矿物集合体的致密镶嵌，均匀分布；浸染状构造主要发育于金属矿物含量较高的矿石，磁铁矿和钛铁矿组成的金属矿物集合体在矿石中呈浸染状嵌布；斑杂状构造为部分矿石中磁铁矿和钛铁矿呈不规则状斑块。3主要矿物嵌布特征及粒度特征 3.1钛铁矿钛铁矿是重要的钛工业矿物，也是矿石中主要的含钛金属矿物。钛铁矿中 Fe 可被 Mn 类质同象替代。钛铁矿嵌布特征包括：（1）钛铁矿常呈它形粒状或粒状集合体与磁铁矿毗连嵌布在钙镁硅酸盐矿物粒间（图 1a-1b），粒径往往较粗，粗者可达 0.45 mm，一般 0.10.3 mm，是钛铁矿的主要嵌布类型；（2）钛铁矿边缘常见榍石化（图1c）；（3）部分钛铁矿嵌布在斜长石和角闪石类矿物粒间、解理缝（图 1d），粒径往往较细，在 0.030.04 mm；（4）少量钛铁矿呈星点状在脉石矿物中析出，粒径多在几微米；（5）微量钛铁矿呈半自形状（图 1e）或片晶形式产出，片晶形式的钛铁矿呈盒状、搁架状，宽度仅几微米（图 1f），这类钛铁矿即使细磨也难从磁铁矿中解离出来，磁选选铁时往往随磁铁矿进入铁精矿，影响铁精矿的品质。粒状钛铁矿可以利用，片晶状钛铁矿不能利用。钛铁矿的电子探针微区分析成分分析结果见表 3。电子探针微区分析是不含任何包体或连生体的情况下，钛铁矿中主要组份的含量，是钛精矿的钛极限品位，这个数据的高低对选矿作业有一定的指导意义。磁铁矿adefbc磁铁矿钛铁矿钛铁矿钛铁矿钛铁矿钛铁矿钛铁矿榍石100 m100 m50 m10 m50 m20 m 178 矿产综合利用2023 年磁铁矿adefbc磁铁矿钛铁矿钛铁矿钛铁矿钛铁矿钛铁矿钛铁矿榍石100 m100 m50 m10 m50 m20 m图 1 钛铁矿在矿石中的嵌布特征Fig.1 Dissemination characteristics of ilmenite 表 3 钛铁矿的电子探针分析结果/%Table 3 Electron probe analysis results on the Ilmenite点号FeOTiO2Sc2O3SiO2MnO147.77549.7810.0000.0290.900248.78450.0370.0080.0770.702347.70150.3250.0170.1150.792447.55450.2620.0030.0180.739平均47.95450.1010.0070.060.783 3.2磁铁矿磁铁矿等轴晶系3，呈灰带棕色调，晶体结构中除了 Fe2+代替 Fe3+以外，还伴随有 Ti4+代替 Fe3+、Mg2+和 V3+代替 Fe2+和 Fe3+等，磁铁矿电子探针分析结果见表 4。磁铁矿是典型的铁磁性矿物，弱磁条件时即可对其进行有效的选别。磁铁矿集合体粒径分布不均匀，与钛铁矿毗邻的磁铁矿粒度较粗，可达 0.45 mm；独立嵌布在脉石粒间的磁铁矿粒径较细，在 30 m 左右。矿石中磁铁矿多呈它形粒状或它形粒状集合体形式嵌布。磁铁矿在矿石中的嵌布形式包括：呈不规则粒状与钛铁矿毗邻嵌布在脉石粒间，其中常见有细粒串珠状镁铝尖晶石或钛铁矿片晶，是磁铁矿的主要嵌布形式；其次呈不规则粒状嵌布在脉石中。表 4 磁铁矿电子探针分析结果/%Table 4 Electron probe analysis results on the magnetite序号FeOTiO2Cr2O3V2O5Sc2O3192.7640.2180.4371.9420.000292.9540.2210.0651.1220.009392.6970.1840.1082.8410.000492.1990.1840.8831.5410.014591.6690.4021.0661.8730.008平均92.4560.2420.5121.8640.006 3.3角闪石角闪石是矿石中主要的脉石矿物，多数呈半自形柱状，发育角闪石式解理，两组解理夹角 56，多色性显著4，具电磁性。角闪石在矿石中粒径大小不等，粗者大于 4 mm，细者仅约 20 m，集中分布在 0.201.2 mm 之间。角闪石电子探针元素成分分析结果见表 5，角闪石含一定量的 FeO、TiO2。表 5 角闪石电子探针分析结果/%Table 5 Electron probe analysis results on the hornblende序号CaOFeONa2OK2OTiO2Sc2O3MgOSiO2Al2O3119.23112.6860.462/2.961/12.43850.6912.726220.89412.3480.3620.0102.2970.05311.83751.6631.277319.32512.9730.4850.0191.1730.00612.67450.4483.280平均值19.81712.6690.4360.0102.1440.02012.31650.9342.428 3.4辉石矿石中含少量辉石，手标本中近灰绿色，短柱状，主要呈半自形-它形粒状嵌布在矿石中，粒径在 0.351.5 mm。辉石中含少量 TiO2（表 6）.3.5长石矿石中含大量长石，是主要的脉石矿物，主要为斜长石，碱性长石含量很低。长石呈它形晶结构，少量为半自形结构，嵌布在钙镁硅酸盐矿物粒间或被其包裹，粒度 0.051.5 mm，聚片双晶发育，部分斜长石被绿帘石交代呈残余状。斜长石的理论上没有磁性，选铁尾矿磁选选钛时易与钛铁矿、角闪石、辉石等暗色硅酸盐矿物分离。经电子探针微区分析检测出微量铁、钛（表7）。第 4 期2023 年 8 月刘飞燕等：西北地区某钛铁矿中钪的赋存状态研究 179 表 6 辉石电子探针分析结果/%Table 6 Electron probe analysis results on the pyroxene序号Na2OK2OTiO2Sc2O3MgOCaOFeOSiO2Al2O311.8920.5233.640.00311.2310.72515.65641.28513.36922.040.4662.125-11.65711.12913.95742.48214.68732.3680.7283.0070.01110.06210.84916.87442.48312.958平均2.1000.5722.9240.00510.98310.90115.49642.08313.671 表 7 斜长石电子探针分析结果/%Table 7 Electron probe analysis results on the Plagioclase序号FeOTiO2Sc2O3MgOCaOSiO2Na2OK2OAl2O311.2300.047-0.2288.89051.9065.4090.16331.47120.1740.006-0.00510.13454.2005.3850.05131.833平均0.7020.0265-0.11659.51253.0535.3970.10731.652 3.6硫化物矿石中硫化物含量极低，偶见黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、毒砂，分布在脉石裂隙或被脉石包裹，粒径在 0.010.04 mm。4主要矿物单矿物分析上述研究可以看出，主要矿物中钪含量均低，接近电子探针微量元素检测限，为此，对原矿石砂样在实体镜下进行了人工单矿物分选，主要针对磁铁矿、钛铁矿、钙镁硅酸盐矿物以及长石，并进行钪、铁和钛元素的化学分析，分析结果见表 8。由表 8 可以看出，长石中不含钪，其他矿物中均检测到不等量的钪。表 8 单矿物化学分析结果/%Table 8 Chemical analysis of key elements of pure minerals样品TiO2TFeSc2O3*磁铁矿类3.8065.201.39钛铁矿47.8936.7350.00角闪石类磁性矿物2.6911.38136.00长石类非磁性矿物0.091.270.00*单位为g/t。5矿石中钪的赋存状态 5.1钪矿物通过上述系统工作，未发现钪的独立矿物，矿石中的含钪矿物主要限定钛铁矿和钙镁硅酸盐矿物中5。我们对角闪石类矿物以及钛铁矿均开展了钪元素能谱分析和元素扫描，未见钪的富集点，说明钪应以类质同象形式存在于矿物中。5.2钪的分布经系统分析（表 9），矿石中主要含钪矿物为钛铁矿和角闪石类暗色硅酸盐矿物，钛铁矿的矿物量为 6.80%，角闪石类的矿物量为 47.39%，钛铁矿中含钪 50g/t，角闪石类暗色硅酸盐矿物中含钪 136 g/t，通过计算可知钛铁矿中钪的分布率为5.01%，角闪石类暗色硅酸盐矿物中钪的分布率为94.93%，故矿石中钪绝大多数赋存于角闪石类暗色硅酸盐矿物中，仅极少量钪(5.01%)赋存于钛铁矿中。所以仅对角闪石类暗色硅酸盐矿物进行选冶工作即可取得优异的钪回收指标。表 9 矿石中钪金属量平衡配分结果Table 9 Calculation results of scandiumequilibrium in raw ore矿物矿物含量Sc2O3含量/（g/t）Sc2O3的配分量/（g/t）Sc2O3分布率/%磁铁矿2.811.390.040.06钛铁矿6.8050.003.405.01电磁性脉石47.39136.0064.4594.93非磁脉石42.19-0.000.00其他0.81-0.000.00合计100.0067.89100.00 6结论（1）西北某钛矿属低铁、低钛伴生钪矿石，铁品位 10.21%，钛品位 4.54%，主要矿物铁、钛矿物为磁铁矿、钛铁矿；主要硅酸盐矿物为角闪石、辉石类钙镁硅酸盐和长石，其他矿物含量较低。矿石中磁铁矿和钛铁矿普遍紧密共生。钛铁矿嵌布特征复杂，与磁铁矿连生的钛铁矿嵌布粒度较粗，接触边界平滑，粗磨较易单体解离；嵌布在脉石粒间的钛铁矿略细，控制磨矿细度亦可较好解离，即矿石为低品位较易利用含钪钛矿石6-8。（2）矿石中的 Sc2O3含量为 55.5 g/t，研究未发现钪的独立矿物，对钪的赋存状态进行了研 180 矿产综合利用2023 年究，结果表明，钙镁硅酸盐角闪石类矿物中 Sc2O3含量为 136 g/t，分布 Sc2O3为 94.93%；钛铁矿中Sc2O3含量为 50 g/t，占总 Sc2O3的 5.01%。长石矿物中 Sc2O3未明显指示，或呈负值，说明不含钪。即钪主要以类质同象的形式存在深色钙镁酸盐矿物类（主要为角闪石）矿物中，钪的目标矿物较为集中。（3）针对钪的主要载体矿物，利用矿物间磁性和比重的差异，采用磁选、重选等环保工艺进行预富集磁性钙镁硅酸盐类矿物，使得矿石尾矿比例大大降低，矿石综合利用程度显著提高。参考文献:1 赵芝,王登红,张国华,等.钪稀散家族中的稀土 稀土家族中的贵族 J 国土资源科普与文化,2019(3)13-15.ZHAO Z,WANG D H,ZHANG G H,et al.Nobles in rareearth rare earth family of dcandium dcatter family J SciencePopularization and Culture of Land and Resources,2019(3)13-15.2 赵开乐,闫武,刘飞燕,等.细粒嵌布硫化钼矿铜钼高效分离技术J.矿产综合利用,2021(2):1-7.ZHAO K L,YAN W,LIU F Y,et al.High efficiencyseparation of chalcopyriten from a fine disseminatedmolybdeniteJ.Multipurpose Utilization of Mineral Resources,2021(2):1-7.3 王濮,潘兆橹,翁玲宝,等.系统矿物学 M.北京:地质出版社,1987.WANGP,PAN Z L,WENG L B,et al.SystematicmineralogyM.Beijing:Geological Publishing House,1987.4 常丽华,陈曼云等.地质调查工作方法指导手册-透明矿物薄片鉴定手册 M.北京:地质出版社,2006.Chang L H,Chen M Y,etc.Guide manual for geologicalsurvey methods-transparent mineral slice identification manualM.Beijing:Geological Publishing House,2006.5 刘飞燕,杨磊,陈家彪等,某铁矿床中铁钴矿物的工艺矿物学研究 J.现代矿业,2011(12):119-120.LIU F 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Feiyan1,Xie Zhiyuan2,Li Chengxiu1,Zhou jiayun1(1.Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources,CAGS,Chengdu,Sichuan,China;2.SichuanGeological and Mineral Resources Group Co.,Ltd,Chengdu,Sichuan,China)Abstract:This is an essay in the field of process mineralogy.In order to find out the properties of low-gradetitanium ore with scandium,chemical analysis,electron microscope,X-ray diffraction,automatic mineralanalyzer and optical microscope are used to analyze the material composition and mineral embeddingcharacteristics of the ore.From the perspective of process mineralogy,the occurrence state of titanium,iron,and scandium has been studied in detail.The results show that the scandium in the ore mainly occurs incalcium-magnesium silicate,with a distribution rate of 94.93%.An excellent scandium recovery index canbe obtained by beneficiating and smelting this silicate mineral.The research results have important guidingsignificance for the selection and smelting of scandium associated with titanium ore and the nextdevelopment and utilization of the deposit.It also has important implications for the study of the occurrenceof scandium in similar scandium-bearing titanium deposits.Keywords:Process mineralogy;Northwest China;Ilmenite;Magnetite;Scandium;Calcium magnesiumsilicate minerals;Occurrence state第 4 期2023 年 8 月刘飞燕等：西北地区某钛铁矿中钪的赋存状态研究 181