謝志誠(chéng)1，胡  兵2,3，師本敬2,3，胡佩偉1

1.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院2. 中冶長(zhǎng)天國(guó)際工程有限責(zé)任公司

3. 國(guó)家燒結(jié)球團(tuán)裝備系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心

海砂礦主要來源于火山巖，是火山噴發(fā)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(chǎn)資源中，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值僅次于石油天然氣，居第二位。在已探明具有工業(yè)開發(fā)價(jià)值的礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量中海砂礦占有相當(dāng)重要的位置，基礎(chǔ)儲(chǔ)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(guó)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(dú)居石、錫石等稀有礦物。其中，鋯石、獨(dú)居石、錫石、金紅石都得到了規(guī)?；_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(fā)的逐步擴(kuò)展和釩、鈦價(jià)值的不斷攀升，儲(chǔ)量豐富、開采成本低廉、來源穩(wěn)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(jià)值高的海砂礦，愈來愈受到各國(guó)的青睞。

1    鈦、鐵、釩資源狀況及市場(chǎng)

1.1  鈦資源狀況及市場(chǎng)

2018年世界鈦礦總儲(chǔ)量約為9.2億噸（以下均以TiO2含量計(jì)算），其中，鈦鐵礦儲(chǔ)量為8.8億噸，主要分布于中國(guó)、澳大利亞、印度、印尼、南非、莫桑比克等國(guó)；金紅石（包括銳鈦礦）儲(chǔ)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(guó)等國(guó)。世界鈦礦資源以鈦鐵礦為主，約占世界鈦礦物消費(fèi)的89％，其余來自金紅石、銳鈦礦、鈦礦渣等。

截至2018年，我國(guó)鈦礦儲(chǔ)量12833.2萬噸，其中原生鈦(磁)鐵礦占鈦礦查明資源儲(chǔ)量總量的93.0％，鈦鐵砂礦占4.2％，優(yōu)質(zhì)金紅石資源僅占2.8％。雖然我國(guó)有豐富的原生鈦鐵礦資源，但金紅石探明儲(chǔ)量不多，且多為原生礦，品位相對(duì)較低，開發(fā)條件不理想，而原生鈦鐵礦的開發(fā)利用受其主礦產(chǎn)鐵礦開發(fā)利用的制約，產(chǎn)量也難以大幅增長(zhǎng)，導(dǎo)致我國(guó)鈦礦原料生產(chǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)需求，近年來我國(guó)鈦礦砂及其精礦進(jìn)口量持續(xù)增長(zhǎng)，鈦礦原料對(duì)外依存度近50％。2018年，我國(guó)鈦礦的生產(chǎn)量約為420萬噸，進(jìn)口量為312萬噸，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由過去的化工、冶金等中低端行業(yè)逐步轉(zhuǎn)向航空航天、醫(yī)療和環(huán)保等中高端行業(yè)，海綿鈦進(jìn)口量較2017年（4918噸）增長(zhǎng)了27.9％，出口量則減少了34.5％，這也反映出國(guó)內(nèi)因高端需求的增長(zhǎng)，對(duì)國(guó)外高端海綿鈦的需求出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)[1]。

海砂礦是一種重要的鈦資源，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，海砂礦資源的鈦含量占世界鈦資源儲(chǔ)量的50%左右。海砂礦的資源綜合利用能夠有效填補(bǔ)我國(guó)鈦資源原料生產(chǎn)的短缺。

1.2     鐵資源狀況及市場(chǎng)

世界鋼鐵協(xié)會(huì)發(fā)布的2019年-2020年鋼鐵需求預(yù)測(cè)報(bào)告顯示，2019年全球鋼鐵需求將達(dá)到17.35億噸，同比增長(zhǎng)1.3%。2020年，全球鋼鐵需求將增長(zhǎng)1.0%，達(dá)到17.52億噸，這將有利于中國(guó)的鋼鐵出口。長(zhǎng)期以來，四大礦山—淡水河谷、必和必拓、力拓和FMG鐵礦石產(chǎn)量占全球的一半左右，預(yù)計(jì)2019年四大礦山鐵礦石產(chǎn)量為10.46-10.95億噸，且基本維持穩(wěn)定，在全球已經(jīng)形成寡頭壟斷供給格局，對(duì)鐵礦石的價(jià)格形成絕對(duì)的話語權(quán)。受鐵礦石價(jià)格波動(dòng)的影響，鋼材價(jià)格震蕩很大，因此，亟需穩(wěn)定鐵礦石來源，保障鐵礦石供需，獲取鐵礦石價(jià)格話語權(quán)，而千億噸海砂礦的開發(fā)利用將是鐵原料的重要來源。

 

1.1     釩資源狀況及市場(chǎng)

截至2018年末，全球釩金屬儲(chǔ)量約6300萬噸，其中釩礦儲(chǔ)量（已認(rèn)定的釩資源中符合當(dāng)前采掘和生產(chǎn)要求的部分）約為2028萬噸。全球99%以上的釩礦儲(chǔ)量集中在中國(guó)、俄羅斯、南非及澳大利亞，其中，中國(guó)占據(jù)第一位，儲(chǔ)量為950萬噸。目前，世界釩產(chǎn)品原料絕大部分來自于釩鈦磁鐵礦。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年約68%的釩來自于釩鈦磁鐵礦經(jīng)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(chǎn)量為91844噸，同比增長(zhǎng)14.06%，我國(guó)釩產(chǎn)量占世界釩產(chǎn)量的54%，居世界第一，但受國(guó)外釩渣停止進(jìn)口、V2O5對(duì)外加工產(chǎn)量歸零及環(huán)保限產(chǎn)和鋼鐵去產(chǎn)能影， 2018年我國(guó)釩產(chǎn)量同比下降約8%，2018年全球釩消費(fèi)量為94950 t，同比提高9.4%，消費(fèi)量連續(xù)兩年增長(zhǎng)，從全球釩消費(fèi)結(jié)構(gòu)看，鋼鐵依然是釩的主要消費(fèi)領(lǐng)域，約有85%的釩用于冶金行業(yè)，我國(guó)釩礦市場(chǎng)產(chǎn)量、消費(fèi)量持續(xù)上漲，從2000年開始，我國(guó)釩礦向全球大量出口，進(jìn)口很少[2]。

2    海砂礦工藝礦物學(xué)特性

以某印尼海砂礦為例，研究其化學(xué)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(xué)成分

印尼海砂礦的化學(xué)成分如表2所示?？芍?，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(zhì)成分為Al2O3、SiO2和MgO，三者合計(jì)量為11.36%，有害雜質(zhì)P、S含量都很低，遠(yuǎn)低于鐵精礦質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（S≤0.1%，P≤0.2%）。

 

 

2.2    礦石的礦物組成和嵌布特征

經(jīng)X射線衍射分析和MLA（礦物參數(shù)自動(dòng)分析系統(tǒng)）測(cè)定，印尼海砂礦中主要礦物定量分析如表5所示?？梢姡摰V石中樣品的主要組成礦物種類較為簡(jiǎn)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(zhǎng)石、石榴石、蒙脫石、磷灰石等其他礦物，合計(jì)含量為2.38%。

 

對(duì)印尼海沙礦中主要礦物進(jìn)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(chǎn)出，其中部分鈦磁鐵礦已發(fā)生不同程度的假象赤鐵礦化，主要表現(xiàn)為不規(guī)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(gòu)成不同比例的連生體；赤鐵礦主要是由鈦鐵礦經(jīng)赤鐵礦化蝕變形成的，其表現(xiàn)形式是赤鐵礦呈微細(xì)的脈狀、針線狀、星點(diǎn)狀或不規(guī)則狀沿鈦鐵礦的邊緣、解理或表面交代，個(gè)別交代強(qiáng)烈的晶粒中雖然不含鈦鐵礦殘余；鈦鐵礦主要以呈微細(xì)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(chǎn)出。

 

 Ⅱ-鈦鐵礦，M-鈦磁鐵礦，H-赤鐵礦（含假象赤鐵礦）

       根據(jù)印尼海砂礦中鈦磁鐵礦晶粒內(nèi)部微細(xì)鈦鐵礦片晶不甚發(fā)育的特點(diǎn)以及釩鈦磁鐵礦礦床的形成規(guī)律，可以推斷不僅樣品中V2O5絕大部分是以類質(zhì)同像的形式賦存于鈦磁鐵礦晶格中，同時(shí)亦有相當(dāng)部分的TiO2也是以這種形式存在的，因此可以認(rèn)為，鈦磁鐵礦晶粒內(nèi)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(jī)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(shí)也不可能使其中V2O5的含量得到進(jìn)一步的富集提高。

      3 海砂礦利用的發(fā)展方向
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