620 工程科学学报，第43卷，第5期 is the main factor affecting the final metallization degree of the reduced samples.With solid state reduction treatment,iron is enriched in the metal phase while vanadium and titanium elements are distributed in the titanium-rich phase in the slag.These create favorable conditions for the subsequent separation and extraction process,which consequently lay a firm foundation for the comprehensive utilization of the ironsands KEY WORDS Indonesia ironsands;process mineralogy;dissemination characteristics;reduction process;elements distribution state 海砂矿是由火山喷发，经空气海水冷却而形成 海砂矿的X射线衍射分析如图1所示，其矿物 是一种在海滨地带由河流、波浪、潮汐和海流作用而 组成较为简单，金属矿物主要是钛磁铁矿，次为赤 形成的次生富集砂铁矿-习资源储量超千亿吨，主 铁矿、钛铁矿，辉石为主要脉石矿物、扫描电镜 要分布在印尼等“一带一路”沿线国家，是仅次于石 (SEM)照片如图2，可见样品多为表面光滑、形态规 油天然气的第二大海洋资源其主要矿物组成元 则的粒状，少数甚至发育为椭圆状或似圆粒状，粒 素为钒、钛和铁，是一种易开采、低成本的多金属矿 度相对均匀、结构致密.海砂矿粒度组成见表2，呈 产资源，具有极高的综合回收利用价值B6目前仅 现出粒度偏粗且分布集中的特点，0.074mm以上粒 有通过强磁选的方法富集其中的铁，少量用作炼铁辅 级占98.56%，其中0.15mm以上粗粒级为46.42% 料，而重要的钛、钒资源并未得到有效利用？-10 本研究采用的还原剂为神木煤，破碎至150m以 矿石的工艺矿物学特征主要包括化学成分、 下，其工业分析见表3.可知所用还原剂属低挥发分 矿物组成及含量、元素赋存状态、矿物产出形式 无烟煤，水分含量低，固定碳达到75.66% 及嵌布特征等方面信息，是实现矿产资源高效利 -Titanomagnetite 用的基础-6目前，针对典型海砂矿的工艺矿物 ◆-Ilmenite 学研究却鲜有报道.直接还原是将复合金属资源 -Hematite 在固态条件下进行还原，使其中的铁氧化物选择 -Picrite 性地转化为金属铁，而其他元素仍保持氧化物形 态，从而达到分离富集的目的？-四，是实现海砂矿 多组分综合提取利用的可行途径 本文采用化学物相分析、X射线衍射、光学显 微镜、扫描电镜-X射线能谱仪(SEM-EDS)、矿物 解离分析(MLA)等手段对印尼典型海砂矿的矿物 10 20 30 4050 60 70 80 2) 学特征及其固态还原特性进行系统研究，深入讨 图1海砂矿的X射线衍射分析图谱 论了还原过程物相转变机制、矿相结构演化规律 Fig.1 XRD pattern of ironsands 及元素赋存分布特征，以期为海砂矿资源中有价 1 组分的高效回收利用提供基础的科学数据 1原料性质与研究方法 海砂矿样品来自印尼爪哇岛沿印度洋海域， 其化学成分分析如下表1，可见样品中可供回收的 元素主要为铁，其品位达54.48%，Ti02和V205的 质量分数分别为10.88%和0.68%，均可作为综合 利用的对象考虑 图2海砂矿的扫描电镜照片 Fig.2 SEM images of ironsands 表1印尼海砂矿的主要化学成分（质量分数） 表2印尼海砂矿的粒度组成 Table 1 Chemical composition of Indonesia ironsands % Table 2 Size distribution of Indonesia ironsands TFe FeO Fe2O;TiOz V2Os SiO2 Al2O3 Mgo Particle size/mm Mass fraction/% 54.4829.0845.2710.880.684.013.673.68 >0.15 46.42 Cao MnO Na,O K2O P LOI 0.074-0.15 52.14 0.045-0.074 0.78 0.48044 0.079 0.0200.0590.027 0.29 <0.045 0.56is the main factor affecting the final metallization degree of the reduced samples. With solid state reduction treatment, iron is enriched in the  metal  phase  while  vanadium  and  titanium  elements  are  distributed  in  the  titanium-rich  phase  in  the  slag.  These  create  favorable conditions  for  the  subsequent  separation  and  extraction  process,  which  consequently  lay  a  firm  foundation  for  the  comprehensive utilization of the ironsands. KEY WORDS    Indonesia ironsands；process mineralogy；dissemination characteristics；reduction process；elements distribution state 海砂矿是由火山喷发，经空气/海水冷却而形成， 是一种在海滨地带由河流、波浪、潮汐和海流作用而 形成的次生富集砂铁矿[1−2] . 资源储量超千亿吨，主 要分布在印尼等“一带一路”沿线国家，是仅次于石 油天然气的第二大海洋资源[3−4] . 其主要矿物组成元 素为钒、钛和铁，是一种易开采、低成本的多金属矿 产资源，具有极高的综合回收利用价值[3−6] . 目前仅 有通过强磁选的方法富集其中的铁，少量用作炼铁辅 料，而重要的钛、钒资源并未得到有效利用[7−10] . 矿石的工艺矿物学特征主要包括化学成分、 矿物组成及含量、元素赋存状态、矿物产出形式 及嵌布特征等方面信息，是实现矿产资源高效利 用的基础[11−16] . 目前，针对典型海砂矿的工艺矿物 学研究却鲜有报道. 直接还原是将复合金属资源 在固态条件下进行还原，使其中的铁氧化物选择 性地转化为金属铁，而其他元素仍保持氧化物形 态，从而达到分离富集的目的[17−22] ，是实现海砂矿 多组分综合提取利用的可行途径. 本文采用化学物相分析、X 射线衍射、光学显 微镜、扫描电镜-X 射线能谱仪 (SEM-EDS)、矿物 解离分析 (MLA) 等手段对印尼典型海砂矿的矿物 学特征及其固态还原特性进行系统研究，深入讨 论了还原过程物相转变机制、矿相结构演化规律 及元素赋存分布特征，以期为海砂矿资源中有价 组分的高效回收利用提供基础的科学数据. 1    原料性质与研究方法 海砂矿样品来自印尼爪哇岛沿印度洋海域， 其化学成分分析如下表 1，可见样品中可供回收的 元素主要为铁，其品位达 54.48%，TiO2 和 V2O5 的 质量分数分别为 10.88% 和 0.68%，均可作为综合 利用的对象考虑. 表 1 印尼海砂矿的主要化学成分（质量分数） Table 1   Chemical composition of Indonesia ironsands % TFe FeO Fe2O3 TiO2 V2O5 SiO2 Al2O3 MgO 54.48 29.08 45.27 10.88 0.68 4.01 3.67 3.68 CaO MnO Na2O K2O S P LOI 0.48 0.44 0.079 0.020 0.059 0.027 0.29 海砂矿的 X 射线衍射分析如图 1 所示，其矿物 组成较为简单，金属矿物主要是钛磁铁矿，次为赤 铁矿、钛铁矿，辉石为主要脉石矿物. 扫描电镜 （SEM）照片如图 2，可见样品多为表面光滑、形态规 则的粒状，少数甚至发育为椭圆状或似圆粒状，粒 度相对均匀、结构致密. 海砂矿粒度组成见表 2，呈 现出粒度偏粗且分布集中的特点，0.074 mm 以上粒 级占 98.56%，其中 0.15 mm 以上粗粒级为 46.42%. 本研究采用的还原剂为神木煤，破碎至 150 μm 以 下，其工业分析见表 3. 可知所用还原剂属低挥发分 无烟煤，水分含量低，固定碳达到 75.66%. 10 20 30 40 50 2θ/(°) Intensity Titanomagnetite Ilmenite Hematite Picrite 60 70 80 图 1    海砂矿的 X 射线衍射分析图谱 Fig.1    XRD pattern of ironsands 100 μm 1 2 (1) (2) 图 2    海砂矿的扫描电镜照片 Fig.2    SEM images of ironsands 表 2 印尼海砂矿的粒度组成 Table 2   Size distribution of Indonesia ironsands Particle size/mm Mass fraction/% >0.15 46.42 0.074–0.15 52.14 0.045–0.074 0.78 <0.045 0.56 · 620 · 工程科学学报，第 43 卷，第 5 期