一、概述
地壳中含钛1%以上的矿物约有80多种，但具有工业利用价值的主要是金红石和钛矿。
金红石成分为TiO2，含Ti为60%、O为40%，常含铁、铌、钽等。晶体呈粒状或针状，集合体为粒状或致密块状。呈褐红色，含铁高时呈黑褐色，硬度为6，密度为4.2～4.3g/cm3。富铁的黑色变种称铁金红石；含铌、钽的变种（常含铁）称铌铁金红石或钽铁金红石。
金红石矿床可分为砂矿床和变质矿床。砂矿床依成因又分为：海滨砂矿、冲积砂矿、残坡积砂矿等类型。具有工业价值的是海滨砂矿，矿床分布范围大，产状较规则。海滨砂矿的主要含钛矿物是金红石和钛矿，伴生有锆英石、独居石等。目前世界上90%的金红石产量和30%的钛铁矿产量均来自海滨砂矿。
变质矿床是含钛的粘土岩、侵入岩和喷出岩在发生变质时，由于钛元素富集结晶作用形成金红石和钛铁矿。
世界钛的资源85%～90%为钛铁矿（包括钛渣），10%～15%为金红石。世界上金红石储量分布相对较集中，巴西钛矿石储量（以锐钛矿为主）居世界首位，占世界总储量的64.8%，意大利占10.9%，澳大利亚占9.1%，南非占3.9%，原苏联占3.9%。
澳大利亚是世界上金红石的主要生产国，金红石资源主要分布在东部海滨中部的海岸滩砂矿床中，金红石含量为18～20kg/m3、钛铁矿为15～16kg/m3。
美国的弗吉尼亚州的罗宾宗科普变质型矿床富含金红石和钛铁矿。塞拉利昂舍尔勃里超大型海滨砂矿延长56km，金红石储量为300万t,TiO2平均含量1.2%。
随着选矿技术的发展，一些含TiO2品位低的矿床以及伴生的金红石都可得到回收利用。如意大利榴辉岩中的金红石矿床，美国科罗拉多州斑岩铜矿床伴生的金红石，我国南墅石墨矿金红石综合回收等。
我国钛资源十分丰富，总储量约为5.5亿t。我国钛资源总储量的95.8%是攀西地区钒钛磁铁矿，钛铁矿和金红石仅占4.2%。金红石储量约300万t，居世界第八位，主要产地为山西代县、湖北枣阳、河南西峡和方城等地。截至1999年底河南省金红石储量见表3-13-1。
表3-13-1 河南金红石矿资源状况表（万tTiO2/亿t矿石）
金红石、钛铁矿的一般工业要求见表3-13-2。
表3-13-2 钛矿床一般工业要求
二、金红石的主要用途及质量标准
1.金红石的主要用途
金红石和钛铁矿是冶炼金属钛、制造钛白粉以及电焊条焊药等重要原料。金红石和钛铁矿的主要用途见表3-13-3。
表3-13-3 金红石和钛铁矿的主要用途
2.产品质量标准
由原生矿和砂矿经选矿富集获得的天然金红石精矿，供制造电焊条和制取金属钛及其化合物用的质量标准，以及砂矿钛铁矿精矿质量标准见表3-13-4。
表3-13-4 中国钛精矿国家标准
注：①TiO2＞57%,CaO+MgO＜0.6%,P＜0.045%作为一级品；②TiO2＞52%,Fe2O3＜10%,P＜0.025%作为一级品。
三、金红石矿石的选矿
金红石主要赋存在钛锆砂矿中，以海滨砂矿为主，其次为内陆砂矿。钛锆砂矿是原生矿经风化作用形成的，具有易采易选、生产成本低、产品质量好及伴生矿物种类多，综合回收价值大等优点。钛锆砂矿是目前世界上金红石、钛铁矿、锆英石及独居石等产品的主要来源。钛锆砂矿中常伴生的矿物有：磁铁矿、赤铁矿、石英、云母、角闪石、辉石、石榴子石、铬铁矿、磷灰石等。
由金红石、钛铁矿、锆英石等组成的砂矿选矿有粗选和精选两个阶段。
粗选的目的是为精选厂提供粗精矿。粗选厂入选的矿石首先要除渣、筛分、分级、脱泥及浓缩等，然后进入粗选流程选别。粗选厂一般与采矿作业纳为一体，组成采选厂。为适应砂矿床特征，一般粗选厂均建成移动式的。钛锆砂矿粗选一般选用处理量大、回收率高，又便于移动式选厂应用的设备，多数用圆锥选矿机和螺旋选矿机，少量用摇床。粗选抛掉了密度低的脉石矿物，获得重矿物含量达90%左右的重矿物混合精矿。
精选的目的是将粗精矿中有回收价值的矿物进行有效的分离及提纯，达到各自的精矿质量要求，使之成为商品精矿。精选作业分为湿式精选和干式精选。
湿式精选作业包括有摇床或螺旋选矿机重选；湿式磁选预先选出部分易选钛铁矿；在粗精矿中加入氢氧化钠、盐酸、稀氢氟酸、焦亚硫酸氢钠等药剂进行高浓度搅拌，达到清除矿物污染，提高精矿效果的目的；浮选作业用于造锆英石、独居石的精选。
干式精选作业适用于矿物组成简单的粗精矿。干式精选作业包括磁选、电选等。电选用于金红石与锆英石的分离、难选钛铁矿及锆英石、独居石等矿物的精选。干式磁选通常是首先采用弱磁选选出强磁性矿物磁铁矿，然后采用中磁选选出大部分磁性较强又比较易选的钛铁矿，强磁选用于部分磁性较弱的钛铁矿及独居石与非磁性矿物锆英石、白钛矿等的分离。
下面例举几个金红石选矿厂实例。
例1 纳勒库帕选矿厂（澳大利亚）
纳勒库帕（Narecoopa）选矿厂位于澳大利亚金岛的一个海滨砂矿。矿石中重矿物约占50%，有用矿物主要有锆英石和金红石，其次是白钛矿、钛铁矿、磁铁矿、石榴子石和锡石。选矿厂分粗选厂和精选厂两部分。
采出的原矿预先筛分（4mm），筛上产物丢弃，筛下产物给至32台福特（Ford）型螺旋选矿机粗选，粗选中矿再经12台螺旋选矿机再选。两次螺旋选矿机精矿用砂泵扬至3台吉尔（Gill）型磁选机磁选。磁性产品为钛铁精矿，非磁性产物经过Linatex喷射冲击箱擦洗，再送至8台摇床选别。摇床精矿为锡精矿，次精矿为含锆英石、金红石的粗精矿。摇床中矿返至本作业，尾矿返至中矿再选的螺旋选矿机再选。粗选流程见图3-13-1。
图3-13-1 纳勒库帕金红石公司湿选厂流程
粗精矿采用高压电选、强磁选及风力摇床干选联合流程精选，获得锆英石和金红石精矿。精选流程见图3-13-2。
图3-13-2 纳勒库帕金红石公司干选厂流程
例2 金红石公司采选厂（塞拉利昂）
被开采的矿山位于塞拉利昂首都弗里顿东南的莫格维摩（Mogbweno）海滨砂矿床。整个矿层含TiO2大于2%，伴生的钛铁矿和锆英石含量低未被回收利用。采出的矿石经二次洗矿预处理，擦洗机排出的细粒部分经高频振动筛筛分，筛上＋1mm物料作为尾矿排除，筛下产物送至水上浮动湿选厂湿选，第二段湿选在岸上选矿厂（摇床）进行。摇床精矿过滤，干燥后干选（精选作业）。干选厂处理矿石18.7t/h，金红石精矿产量13.2t/h，精矿品位TiO2为96%,ZrO2和Fe2O3的含量小于1%。
塞拉利昂年产105t金红石精矿，选矿厂生产流程见图3-13-3。
图3-13-3 塞拉利昂金红石公司选矿厂精选流程
例3 枣阳金红石矿选矿厂
湖北枣阳金红石矿是我国目前最大的金红石原生矿床。矿石产于富含金红石变质基性岩的原生矿床。矿石中与金红石伴生的有少量钛铁矿、磁铁矿、榍石、白钛矿、黄铁矿、磷灰石等。脉石矿物主要为石榴子石、角闪石、绿泥石、云母等。金红石多为粗细粒级不均匀嵌布，-15μm占24%，与其他矿物紧密嵌布，给选别带来困难。选厂的工艺流程为重—磁—浮联合流程，见图3-13-4。
图3-13-4 枣阳金红石原生矿选矿流程
例4 北海选矿厂
北海选矿厂是我国最大的海滨砂矿精选厂，原设计生产能力为日产钛精矿60t。该选厂除产钛铁矿精矿外，还有锆英石精矿、独居石精矿、金红石精矿等。北海选矿厂的粗精矿全部是收购的。收购的粗精矿分两类，一类为海滨砂矿产品（咸水矿），另一类为内陆砂矿产品（淡水矿）。本地区土法生产粗精矿采用三角槽洗选，粗精矿品位TiO2＞48%。精选工艺流程见图3-13-5。
图3-13-5 北海选矿厂生产流程
四、金红石的深加工产品——钛白粉
钛白粉是一种优质的颜料，它的反射率高，覆盖力强，广泛用于油漆、涂料、造纸、塑料和橡胶工业。目前白色颜料仍以钛白粉为主。钛白粉是用金红石、锐钛矿经硫酸法或氯化法生产的，分为金红石型和锐钛矿型钛白粉。
金红石型钛白粉为微淡色色泽，密度为3.9～4.2g/cm3，折射率为2.71，吸油率为16～18g/100g，平均粒径为0.2～0.3μm。
锐钛型钛白粉颜料为冷蓝白色，密度3.7～4.1g/cm3，折射率2.55，吸油率18～30g/100g，平均粒径0.18～0.3mm。
金红石型钛白粉颜料性能优于锐钛型钛白粉颜料。钛白粉的主要用途见表3-13-5。
表3-13-5 钛白粉的主要用途
钛白粉的生产有硫酸法和氯化法两种。硫酸法生产钛白粉是1923年和1925年分别在法国和美国投入工业化生产的。1949年美国杜邦公司开始研究氯化法生产钛白粉工艺，并于1956年工业化。1951年加拿大魁北克铁钛公司采用高钛渣作硫酸法制钛白粉原料取得成功。硫酸法和氯化法生产钛白粉的工艺流程见图3-13-6和图3-13-7。
图3-13-6 硫酸法生产钛白粉的原则工艺流程
图3-13-7 氯化法生产钛白粉的原则工艺流程
我国钛白粉工业开发较晚，目前全国约有51家生产钛白粉的厂家，均是钛铁矿或高钛渣为原料用硫酸法生产钛白粉，对高钛渣原料要求见表3-13-6。产品以锐钛型钛白粉为主，属低档钛白粉。由于金红石酸溶性差不适于用硫酸法生产钛白粉，适用于氯化法工艺。
表3-13-6 高钛渣化学成分规定（ZBH31001-87）
注：三级品适用于攀枝花地区钛矿生产的高钛渣。
氯化法工艺是高温冶金过程，在900～1000℃温度下，用固定床或沸腾床的氯化设备，用氯气氯化金红石或人造金红石，制得含杂质的粗TiCl4，再用蒸馏法或化学处理剂精处理，制得纯净的TiCl4。然后是气相氧化制取钛白粉，这是氯化法工艺的主要环节和关键所在，是奠定产品质量的基础。在1200℃以上的温度下，四氯化钛在氧化炉中与氧气进行气相反应，制得钛白粉。反应中先生成锐钛型钛白粉，再在高温下转化成金红石型钛白粉。加入适量的晶型转化剂三氯化铝，可加速其锐钛型转化成金红石型。转化后的金红石型钛白粉，经粉碎、分级、表面处理、洗涤、干燥即得到高档的金红石型钛白粉。
氯化法制取钛白粉我国目前仍处于工业化试验阶段，在锦州已建成了我国第一条氯化法钛白粉生产线。在制取四氯化钛方面我国已积累了多年的实际生产经验，不论是溶盐氯化炉，还是沸腾氯化炉技术都已过关。存在的问题主要有：氯气在高温下是腐蚀性很强的气体，反应器的材质问题难以解决；在氧化过程中，生成的TiO2颗粒附着在反应器壁上，使TiO2颜料性能变差，且扰乱反应器内气流使反应不均匀，严重时会堵塞反应器，使生成被迫停止，此难题至今仍未得到彻底解决；操作条件很难控制和选择等。尽管氯化法技术难度大，生产工艺复杂，但产品质量好、生产效益高、三废排放量很少，产品更具有竞争力。
河南省生产钛白粉厂家有长葛化工厂、偃师钛白粉厂、焦作化工总厂等，但生产规模小，工艺落后，仅能生产少量低档钛白粉。
目前我国钛白粉需求为19万t/a，而国内生产能力为13.35万t/a，且主要是锐钛型钛白粉。国内需求的金红石型钛白粉主要依赖进口，售价为19000～20000元/t。
五、河南省金红石矿的开发利用
河南省金红石储量较多，但开发利用水平较低，仅西峡八庙金红石矿区水峡矿段被开发利用。其选矿工艺为磁选—重选—酸洗的流程，获得金红石精矿TiO2为95.05%，杂质S为0.039%,P为0.028%，满足天然金红石二级品要求。此选厂规模为日处理50t，按生产300天计，年产精矿仅200t。目前我国金红石需求量1万t/a，全国金红石产量为4000t/a，因此金红石的市场需求量较大。金红石精矿目前售价为5000元/t左右。
对方城县五间房金红石矿，北京有色金属研究总院、河南省地矿厅中心实验室、中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所等科研单位都进行过选矿试验。五间房金红石为风化壳型砂矿，分南、北两个矿体。南部复杂，金红石嵌布粒度细；北矿体矿石类型简单，金红石嵌布粒度较粗。
北京有色金属研究总院采用的选矿流程为：重选—浮选—磁选—重选—酸洗。获得的精矿指标为：TiO2为92.19%（金红石TiO2为90.21%）；S为0.048%,P2O5为0.01%；回收率为40.59%。杂质含量高，S含量达到天然金红石精矿四级品标准；回收率低。
河南省地矿厅中心实验室进行了多方案选矿流程试验，包括有：直接浮选—酸浸—强磁选；脱钙—浮选—酸浸—强磁选；重选—浮选—精矿分别酸浸—强磁选。其中最后一个选矿流程获得选矿指标较好，精矿产率为1.88%；精矿金红石TiO2为89.06%；金红石TiO2回收率为74.30%。未进行杂质含量分析。
地科院郑州矿产综合利用研究所采用的流程为：擦洗—重选—浮选—磁选—酸洗。
小型试验的指标为：产率为1.5%；全钛品位为92.17%；金红石品位为90.80%；金红石回收率为62.13%；杂质含量，S为0.012%,P为0.03%,Fe2O3为0.65%。产品质量达到国家标准（YB839-87）二级品要求。同时综合回收铁精矿，产率为4.85%、全铁品位为59.66%。
主要参考文献
[1] 《非金属矿工业手册》编辑委员会，非金属矿工业手册（上、下册），冶金工业出版社，1992.12。
[2] 《矿产资源综合利用手册》编辑委员会，矿产资源综合利用手册，科学出版社。2000.2。