攀西钒钛磁铁矿硫族元素工艺矿物学研究

李潇雨，周满赓，王　婧，王　越

(1.中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川 成都 610041；2.国土资源部钒钛磁铁矿综合利用重点实验室，四川 成都 610041)

攀西钒钛磁铁矿硫族元素工艺矿物学研究

李潇雨1，2，周满赓1，2，王婧1，2，王越1，2

(1.中国地质科学院矿产综合利用研究所，四川 成都 610041；2.国土资源部钒钛磁铁矿综合利用重点实验室，四川 成都 610041)

摘要：对攀西钒钛磁铁矿攀枝花、白马、红格、太和4大矿区和选厂的矿样进行了详细的工艺矿物研究，查明了硫族元素在矿石中的赋存状态和分布规律。钴、镍、铜等可综合利用的黄铜矿、镍黄铁矿、方钴矿等矿物平均粒度小于0.074mm，嵌布粒度微细，但与磁黄铁矿和黄铁矿关系密切，大部分赋存于磁黄铁矿和黄铁矿等矿物中，与钛磁铁矿紧密镶嵌的黄铁矿次之，仅少部份以微细矿物的形式赋存于铁相和硅酸盐相矿物中；在选矿过程中进入铁精矿的硫化物也以磁黄铁矿为主。结合硫族元素的利用现状和对矿石中硫族元素的工艺矿物学研究资料，认为在目前的选矿工艺中，以磁黄铁矿和黄铁矿为选别目标，进一步提高以硫精矿为载体的钴、镍、铜元素的精矿品位和回收率，形成可利用含钴镍铜较高品位的硫精矿是可能的，也是符合生产实际的。

关键词：攀西钒钛磁铁矿；硫族元素；赋存状态；综合利用

攀西钒钛磁铁矿富含铁、钛等金属，同时还伴生钒、铬、镍、钴、铜、硫等成份，是我国为数不多的特大型多元素共生矿，具有很高的综合利用价值。目前除了钛、钒外，铬、钴、镍、铜基本没有作过系统的地质评价。本文将重点对硫、钴、镍、铜等元素的共伴生状态进行研究，查清其赋存状态和分布规律，并客观评价开发利用现状，为下一步高效、合理开发利用该类共伴生元素提供科学依据。

1地质概况

峨眉火成岩省中与深成层状镁铁-超镁铁质杂岩体有关的铁-钛-钒成矿亚系统广布于攀西地区，形成了驰名中外的大型-超大型钒钛磁铁矿，如攀枝花、红格、白马、太和等钒钛磁铁矿矿床。而与浅成镁铁-超镁铁质有关的铜-镍-铂族元素成矿亚系统，分布于前震旦系至二叠系中，这类岩体与铜、镍、铂族硫化物成矿关系密切，矿床主要产于岩体底部或内外接触带中。

2硫、铜、钴、镍元素在矿石和选矿产品中的变化规律

2.1攀西四大矿区主要矿石中的硫、铜、钴、镍元素含量

攀西四大矿区的主要矿石中的硫、铜、钴、镍元素含量见表1、表2。各矿区和同一矿区不同品级矿石中硫化物钴、镍、铜含量差别大，高低含量并无明显的规律性。

表1　攀枝花矿区主要矿石中硫、铜、钴、镍的化学分析表

表2　白马、太和、红格矿区主要矿石中硫、铜、钴、镍的化学分析表

2.2硫、铜、钴、镍在选矿产品中的变化规律

攀西四大矿区选矿产品中硫、铜、钴、镍的含量见表3。从表3中可以看出四大矿区选矿产品中硫、铜、钴、镍的走向特征。

1)攀枝花矿区密地选铁厂铁精矿对原矿的富集比S 1.21，Cu 8.2，Co 1.22，Ni 3.2。选钛厂钛精矿对原矿的富集比S 0.17，Cu 0.2，Co 3.14，Ni 1。次铁精矿对原矿的富集比S 2.46，Cu 1.46，Co 1.73，Ni 9.3。

2)白马矿区芨芨坪流程样铁精矿对原矿的富集比S 1.57，Cu 1.44，Co 1.05，Ni 1.31。田家村流程样铁精矿对原矿的富集比S 1.39，Cu 1.05，Co 1.05，Ni 1.17。

3)太和矿区铁精矿对原矿的富集比S 0.2，Cu 0.37，Co 5.19，Ni 0.3。钛精矿对原矿的富集比S 1.21，Cu 8.2，Co 1.22，Ni 0.4。硫钴精矿对原矿的富集比S 50.2，Cu 16.6，Co 12.3，Ni 1.22。

4)红格矿区铁精矿对原矿的富集比S 4.79，Cu 1.01，Co 1.10，Ni 0.90。

3伴生元素赋存状态概述

从20世纪60年代起陆续有科技工作者对攀西钒钛磁铁矿中伴生的硫、钴、镍、铜等元素进行了大量研究工作，但所获取的硫化物精矿，钴、镍、铜品位不稳定，回收率低，经反复分析研究认为钒钛磁铁矿中的钴、镍、铜元素，以硫化物相、铁钛氧化物相和硅酸盐相而存在，后两种物相，对钴、镍而言，无独立利用的价值，只有硫化物相是综合利用钴、镍、铜、硫等元素之对象。

钒钛磁铁矿储量很大，据地勘部门勘探皆有硫化物富集地段，但不能构成以硫化物为主的独立矿山。攀枝花地区钒钛磁铁矿无论何矿区、矿点，不同类型、不同层位和不同品级的矿石普遍分布有硫化物。硫化物的矿物量，不同矿区不同层位的矿石差别很大，攀枝花矿区硫化物富集，全区硫化物含量由8.72%～0.05%；白马矿2.59%～0.4%，太和矿4.03%～0.34%。红格矿7.15%～0.13%。取代表性综合大样，四大矿区硫化物含量从1.84%～1.07%。

3.1不同矿区综合样主要硫化物类别及含量

硫化物的分带，各矿区有一定的规律性可循，同矿区综合样主要硫化物类别含量，见表4。

表3　攀西四大矿区选矿产品中硫、铜、钴、镍的化学分析表

表4　不同矿区综合样主要硫化物类别含量表[1]

硫化物的矿物种类很多，主要是磁黄铁矿，占硫化物总数的80%以上。其次为黄铜矿、黄铁矿、镍黄铁矿等，其他矿物含量很少。镍黄铁矿大多为磁黄铁矿的固溶体分解物，紫硫镍矿往往又交代镍黄铁矿。黄铜矿与磁黄铁矿紧密共生。磁黄铁矿是钴、镍、铜等有用成份的赋存物，因此对磁黄铁矿的回收也就达到了镍、钴、铜回收的目的。

3.2各矿区主要硫化物特征

3.2.1硫化物的化学成分

各矿区钴、镍、铜的含量，特别是钴含量差异较大，因此各矿区硫化物精矿，钴、镍、铜的品位也存在明显的不同(表5)。原矿硫化物中含钴量一般大于0.3%，四大矿区相比较，红格、太和高，攀枝花、白马低。硫化物中镍的含量，红格、白马明显高出攀枝花、太和矿。硫化物中铜的含量与镍含量高低同步，红格、白马矿硫化物中铜高出攀枝花、太和矿硫化物含铜量数倍。

四大矿区主要硫化物化学成分分析见表6、表7、表8、表9、表10。

表5　原矿石混合样硫化物钴、镍、铜的含量/%

表6　各矿区磁黄铁矿的化学成分/%

表7　各矿区黄铁矿主要成分/%

由于磁黄铁矿、黄铁矿物化性质的差异，在选矿过程中走向不同：进入铁精矿中的硫化物以磁黄铁矿为主，与磁铁矿紧密镶嵌的黄铁矿次之，二者合量占硫化物总量的25%～30%。磁黄铁矿、黄铁矿中的钴镍含量，铁精矿高于磁选尾矿，见表11。

3.3硫化物在四大矿区不同矿物中的分布率

硫化物在四大矿区不同矿物中的分布率见图1。

表8　各矿区黄铜矿化学成分/%

表9　各矿区镍黄铁矿化学成分(电子探针分析结果)/%

表10　各矿区紫硫镍矿化学成分(电子探针分析结果)/%

图1　硫化物在四大矿区不同矿物中的分布率

3.4硫化物钴、镍、铜含量与粒度关系

3.4.1不同粒级硫化物精矿中钴镍铜的含量变化

各矿区不同选矿产品、不同粒级硫化物精矿中，随着粒度变细，钴、镍、铜含量增加，而黄铁矿的含量亦增多，见图2和表12。

3.4.2硫化物中主要分类矿物的粒度上限

硫化物多为不规则粒状或以集合体的形式产出，因此粒度大小相差悬殊，大颗粒可大于1mm，小的粒度0.01～0.001mm，一般在1～0.1mm之间。

3.4.2.1攀枝花矿区

攀枝花矿区硫化物中主要分类矿物的粒度上限见表13。

3.4.2.2白马芨芨坪和田家村

白马芨芨坪和田家村矿物硫化物中主要分类矿物的粒度上限见表14。

4伴生元素利用现状

攀西四大矿区共伴生矿中钒钛磁铁矿中铁、钒、钛资源利用率平均达到了70%、50%和20%，共伴生元素钴、镍、铜、铬、硫已基本查明其赋存状态和在选矿流程中的走向规律。共伴生矿利用现状见表15。

4.1硫、钴、镍、铜等伴生元素的利用现状评价

为研究各选厂对伴生元素的综合利用现状，对各选厂生产流程中硫、钴、镍、铜的分布率和品位进行了详细的分析。

4.1.1密地选厂、选钛厂产品中硫、钴、镍、铜分布率

1)密地选厂产品中硫、钴分布率见表16。

图2　攀枝花矿不同粒级硫化物精矿钴、镍、铜的含量

成分CoNi铁精矿磁选尾矿铁精矿磁选尾矿黄铁矿磁黄铁矿黄铁矿磁黄铁矿黄铁矿磁黄铁矿黄铁矿磁黄铁矿攀枝花0.3630.3130.1840.2610.2350.1470.1030.139白马0.1160.5400.1970.1470.1451.0210.3380.367红格1.0950.4060.4580.3080.9522.0780.2420.738

表12　攀枝花矿选矿产品与不同粒级硫化物中钴、镍、铜的含量/%

表14　白马芨芨坪和田家村矿区硫化物中主要分类矿物的粒度上限表

表15　攀西钒钛磁铁矿共伴生矿产利用现状

表16　密地选厂产品中硫、钴分布率表

2)密地选钛厂产品中硫、钴、镍、铜分布率见表17。

4.1.2密地选厂、选钛厂产品中硫、钴、品位变化(表18)

硫化物中的含钴镍黄铁矿、硫钴矿、黄铜矿是钴镍载体矿物，一部份钴镍以类质同象的方式赋存于磁黄铁矿和黄铁矿中。钴镍铜的硫族矿物大部分以微细包体存在于磁黄铁矿和黄铁矿中，少部份赋存于铁相和硅酸盐相矿物中。

表17　密地选钛厂产品中硫、钴、镍、铜分布率表

表18　密地选厂、选钛厂产品中硫、钴、镍、铜品位变化表

硫钴的品位和回收率提高空间较大，但从产品的钴镍铜矿物粒度测定数据分析，均在-200目以下粒级，50%以上在-500目以下粒级，单体解离度<30%，以钴镍铜单体矿物为选别目标无疑是难以奏效的，而这些钴镍铜单体矿物相当部份(60%～70%)与磁黄铁矿和黄铁矿共生，若以其为选别目标，形成可利用含钴镍铜的硫精矿则是符合生产实际的。

硫钴镍铜的利用，必须服从选铁、选钛的流程的工艺，从理论上说，铁精矿、选钛尾矿中的硫钴镍铜均是提高回收率的对象，但根据其在矿石中的赋存特点和选矿产品的检测数据，机械选矿的方式受到很大限制。

综上所述，硫精矿中硫、钴、镍、铜在当前冶炼工艺中虽可综合利用，但其品位和回收率均难以提高。

5结论和建议

硫、钴、镍、铜元素，多分布在成矿岩体的底部，其含量有富集、粒度有变粗的趋势。尤其在橄辉岩

中，需要加强对上述成份的监测，采取综合利用措施。

这类元素以微细粒矿物或硫化矿物的形式存在，各矿区不同矿段以不同分配率的形式存在于钛磁铁矿、硫化物(以磁黄铁矿、黄铁矿为主)和脉石中——其中又以磁黄铁矿、黄铁矿为富集平台和载体，故应以这2类矿物作为硫、钴、镍、铜元素的回收目标。

脉石中钴、镍、铜必须服从铁、钛选矿工艺的要求丢弃，铁精矿中的钴、镍、铜进入冶炼流程没有回收。在现选矿工艺中，唯一有提升空间的是进一步提高以硫精矿为载体的钴、镍、铜元素的精矿品位和回收率。但是选钛流程中浮硫作业放在二段强磁之后选钛之前，经几段弱磁、强磁工艺后，大部份磁黄铁矿已散落于铁精矿、次铁精矿、钛精矿和先抛尾矿中。如果把硫精矿作为回收对象，回收硫化物的作业放在何处应是值得思考和试验的问题。

参考文献

[1]吴本羡，孟长春，范章杰，等.攀枝花钒钛磁铁矿工艺矿物学[M].成都：四川科学技术出版社，1998.

[2]丁其光，徐明.攀西钒钛磁铁矿共伴生资源高效利用潜力调查研究报告[R].成都：中国地质科学院矿产综合利用研究所，2013.

[3]周满赓，李潇雨，王婧，等.攀枝花钒钛磁铁矿主要有价元素走向及其状态研究[R].成都：中国地质科学院矿产综合利用研究所，2013.

Craft mineralogy research of chalcogens in Panxi vanadium-titanium magnetite

LI Xiao-yu1，2，ZHOU Man-geng1，2，WANG Jing1，2，WANG Yue1，2

(1.Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences,Chengdu 610041，China；2.Key Laboratory of Vanadium-titanium Magnetite Comprehensive Utilization,Ministry of Land and Resources,Chengdu 610041，China)

Abstract:After detailed mineral research of sample ore in Panzhihua，Baima，Hongge and Taihe，the Big Four Panxi Vanadium-Titanium Magnetite mining area，we find out the assigned state and distribution of chalcogens in ores：multiply utilizable minerals such as Co，Ni，Cu contained in pyrite，pentlandite，skutterudite，their embedded particle size is imperceptibly and the average particle size is less than 0.074mm.But they are closely related with pyrrhotite and pyrite，mostly occurrence in magnetic minerals such as pyrite and pyrite，and then in closely inlaid with titanium magnetite pyrite，only little part in the form of fine mineral occurrence in iron minerals and silicate phase，and pyrrhotite is the primary sulfide into concentrate during dressing processes.Combined with utilization status of chalcogens and research materials of its process mineralogy，we think it’s feasible and in line with the actual production in present processing technology，to aim at distinguishing pyrrhotite and pyrite，further improve the sulphur concentrate’s grade and recovery as the carrier of Co，Ni，Cu，and finally form up available sulphur concentrate containing Co，Ni and Cu with high grade.

Key words：Panxi vanadium-titanium magnetite；chalcogen；occurrence；utilization of high efficiency

收稿日期：2014-10-13

基金项目：科技部863项目“钒钛磁铁矿髙效选矿关键技术与示范--工艺矿物学研究”资助(编号：2012AA062301)

中图分类号：P578.1+5

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)01-0118-07