某石煤型釩礦工藝礦物學(xué)研究

朱黎寬，卞孝東，馬 馳，王守敬，王盤喜，郭俊剛

（1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006；2.國(guó)家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450006）

某石煤型釩礦工藝礦物學(xué)研究

朱黎寬1，2，卞孝東1，2，馬 馳1，2，王守敬1，2，王盤喜1，2，郭俊剛1，2

（1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006；2.國(guó)家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450006）

為制定某石煤型釩礦合理的開發(fā)利用方案，采用化學(xué)分析、顯微鏡分析、電子探針分析等手段對(duì)其進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究。結(jié)果表明：礦石中V2O5含量為0.94%。礦石中釩有兩種賦存狀態(tài)，一種以類質(zhì)同象形式賦存在水白云母（伊利石）中，少量賦存在榍石、銳鈦礦、赤鐵礦等礦物中；另一種以離子吸附形式賦存在碳質(zhì)中。提釩應(yīng)先利用選礦方法除去耗酸礦物，再采用冶金處理方法使釩從礦石中浸出。

石煤；釩；工藝礦物學(xué)；賦存狀態(tài)

我國(guó)的釩礦資源主要有兩種類型：一種是釩鈦磁鐵礦；另一種是含釩的碳質(zhì)頁巖（如石煤、煤矸石等）。其中石煤中五氧化二釩的儲(chǔ)量為1.18億t，占總儲(chǔ)量的87%，主要分布在我國(guó)湖南、湖北、江西、浙江、廣西等省［1－5］。石煤釩礦具有含釩品位較低（一般低于0.8%），物質(zhì)成分復(fù)雜，釩賦存狀態(tài)復(fù)雜多樣等特點(diǎn)，導(dǎo)致大多數(shù)石煤礦的提釩回收率較低［6－8］。本文采用化學(xué)分析、顯微鏡分析、電子探針分析等手段研究該石煤型釩礦的工藝礦物學(xué)特性，為合理工藝路線的制定提供依據(jù)。

1 礦石物質(zhì)組成

1.1 礦石化學(xué)組成

根據(jù)光譜半定量分析結(jié)果，對(duì)礦石進(jìn)行化學(xué)多元素分析，分析結(jié)果見表1。

由表1可見，可供回收利用的元素為釩，其他元素含量較低，綜合利用價(jià)值不大。

1.2 礦石礦物組成

通過顯微鏡對(duì)礦石進(jìn)行薄片、光片鑒定和電子探針分析，查明礦石中礦物主要為石英，其次為水白云母和碳質(zhì)，含少量赤鐵礦、長(zhǎng)石、方解石、黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、銳鈦礦、褐簾石、黝簾石和磷灰石等。各礦物在礦石中的相對(duì)含量見表2。

2 主要礦物嵌布特征

2.1 含釩礦物

1）水白云母（伊利石）。水白云母是礦石中釩的主要載體礦物。礦石中水白云母分為兩類，一類含碳較少或不含碳質(zhì)，在薄片中呈無色，細(xì)小葉片或鱗片狀定向分布（圖1）；另一類水白云母由于含碳質(zhì)較高，顏色為黑色，顯微鏡下不易觀察，掃描電鏡下可見其在礦石中呈葉片狀或網(wǎng)脈狀定向分布，水白云母集合體短軸長(zhǎng)度多小于10μm，集中于2～5μm，與微晶石英和碳質(zhì)緊密連生。根據(jù)電子探針（波譜）分析結(jié)果，水白云母的計(jì)算分子式為（K0.60Na0.02）0.62（Al2.12Mg0.33Fe0.01V0.15Ti0.04Cr0.01）2.66Si3O10.31H2.66［10］，水白云母中的V以類質(zhì)同象形式取代部分 Al，其 V2O5的含量為1.74%～4.86%，平均3.68%（表3）。

表1 礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果/%

表2 礦石礦物組成相對(duì)含量/%

2）榍石。榍石在顯微鏡下呈黃或黃褐色，不規(guī)則粒狀，粒徑集中于0.05～0.2mm，多產(chǎn)于石英脈中，常與黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、銳鈦礦等礦物共生（圖2）。根據(jù)電子探針（波譜）分析結(jié)果，榍石的計(jì)算分子式為 Ca0.96（Ti0.88V0.13）1.01Si1.00O5.03，V 取代一部分Ti，以類質(zhì)同象存在；榍石中V2O5的含量為2.30%～3.66%，平均2.99%（表3）。

3）碳質(zhì)。釩在碳質(zhì)中以離子吸附形式存在。顯微鏡下碳質(zhì)呈黑色，極微小顆粒狀密集分布。礦石中碳質(zhì)與微晶石英、水白云母緊密連生，部分碳質(zhì)中含細(xì)粒黃鐵礦和閃鋅礦（圖2、圖3）。從礦石中浮選分離碳質(zhì)進(jìn)行化學(xué)分析，碳質(zhì)中V2O5含量為0.23%。

4）赤鐵礦。礦石中常見的氧化物，常與黃鐵礦共生，以他形粒狀結(jié)構(gòu)分布于石英脈中。赤鐵礦粒度較粗，粒徑集中于0.05～0.3mm，在礦石中孤立狀或不規(guī)則網(wǎng)狀分布。根據(jù)電子探針（波譜）分析結(jié)果，赤鐵礦中V2O5的含量為0.55%～1.40%，平均0.98%（表3）。

圖1 葉片狀、鱗片狀水白云母 薄片（＋）

圖2 榍石被石英交代形成浸蝕結(jié)構(gòu) 薄片（－）

圖3 碳質(zhì) 薄片（－）

表3 主要礦物電子探針分析結(jié)果/（ωB/%）

5）銳鈦礦。在礦石中的含量較低。顯微鏡下銳鈦礦呈褐色或紅褐色，呈不規(guī)則粒狀結(jié)構(gòu)，粒徑3～28μm，多產(chǎn)于石英脈中，與黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、榍石等礦物共生。根據(jù)電子探針（波譜）分析結(jié)果，銳鈦礦的計(jì)算分子式為（Ti0.96V0.01）0.97O2，V 以類質(zhì)同象存在；銳鈦礦中V2O5的含量為0.89%～1.78%，平均1.30%（表3）。

6）褐簾石。礦石的含釩礦物之一，在礦石中偶見，褐簾石呈不規(guī)則粒狀結(jié)構(gòu)，粒徑0.01～0.03mm，常產(chǎn)于石英脈中，與黃鐵礦、閃鋅礦、榍石等礦物共生。電子探針（波譜）分析結(jié)果顯示，褐簾石的 計(jì) 算 分 子 式 為 （Ca1.18La0.24Ce0.20Pr0.13）1.75（Al1.94Mg0.39Fe0.20V0.35Ti0.01）2.89Si3.00O12.94H1.00，V以類質(zhì)同象存在；褐簾石中V2O5的含量為6.10%（表3）。

7）黝簾石。礦石的含釩礦物之一，在礦石中偶見。褐簾石無色，不規(guī)則粒狀結(jié)構(gòu)，粒徑較小，集中于0.05～0.12mm，常產(chǎn)于石英脈中，與黃鐵礦、閃鋅礦、榍石、磷灰石等礦物共生。根據(jù)電子探針（波譜）分析結(jié)果，黝簾石的計(jì)算分子式為 Ca1.79（Al2.33Mg0.04Fe0.03V0.56Cr0.02）2.98Si3O13.30H1.00，V 取 代 部分Al，釩以類質(zhì)同象存在；黝簾石中V2O5的含量為9.10%（表3）。

2.2 其他礦物

1）石英。礦石中的主要脈石礦物之一。石英主要有兩種賦存形式，一種為脈狀產(chǎn)出，脈寬一般0.3～3mm不等，脈體中通常含黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦、榍石、褐簾石、黝簾石和褐簾石等礦物。另一種形式為呈微細(xì)粒集合體形態(tài)與碳質(zhì)和水白云母混雜分布。

2）長(zhǎng)石。粒度細(xì)小，呈半自形或他形粒狀分布在礦石中。

3）方解石。主要呈他形粒狀分布在石英脈內(nèi)。

4）磷灰石。在礦石中偶見。顯微鏡下呈無色，半自形或不規(guī)則粒狀結(jié)構(gòu)，粒度較細(xì)，集中于0.02～0.1mm。主要呈半自形或他形粒狀分布在石英脈中。

5）黃鐵礦。礦石中常見的硫化物。顯微鏡下呈淺黃色，常見立方體或五角十二面體自形晶結(jié)構(gòu)和半自形晶結(jié)構(gòu)，表面常具麻點(diǎn)；粒度較粗，粒徑集中于0.5～2mm。多分布在石英脈中，部分黃鐵礦呈半自形粒狀結(jié)構(gòu)分布于微細(xì)粒石英、水白云母和碳質(zhì)共生的礦石中。

6）黃銅礦。礦石中較常見的硫化物。顯微鏡下呈銅黃色，弱非均質(zhì)性，常具他形晶粒狀結(jié)構(gòu)；粒度較粗，粒徑集中于0.02～0.2mm。常與黃鐵礦、閃鋅礦等礦物共生。

7）閃鋅礦。礦石中較常見的硫化物。顯微鏡下呈灰色，他形晶粒狀結(jié)構(gòu)，有時(shí)其中可見黃銅礦的乳滴狀固溶體分離結(jié)構(gòu)；粒度較粗，粒徑集中于0.05～0.1mm。常與黃鐵礦、黃銅礦等礦物共生于石英脈中。

8）輝砷銻鎳礦。在礦石中偶見。顯微鏡下呈白色，他形粒狀結(jié)構(gòu)，粒度極細(xì)，粒徑5～10μm。

3 釩在石煤中的賦存狀態(tài)及配分

在顯微鏡下觀察、電子探針分析和單礦物化學(xué)分析的基礎(chǔ)上對(duì)釩的賦存狀態(tài)進(jìn)行研究，研究表明：釩在礦石中有兩種賦存狀態(tài)，一種釩以類質(zhì)同象形式賦存在水白云母中，少量賦存在榍石、銳鈦礦、赤鐵礦、褐簾石和黝簾石中，類質(zhì)同象是釩的主要賦存形式，占總釩的98.45%（表4，圖4）；另一種釩以離子吸附形式賦存在碳質(zhì)中，占總釩的1.55%。

圖4 釩賦存在水白云母和碳質(zhì)中面掃描圖像

表4 釩（V2 O5）的分布率計(jì)算表

賦存在水白云母中的V2O5占總釩的91.02%，礦石中水白云母呈細(xì)小葉片或鱗片狀，粒度微小，常與微晶粒狀石英和碳質(zhì)混雜產(chǎn)出，不利于分選。賦存在榍石中的V2O5占總釩的3.36%。榍石粒徑相對(duì)較粗，多呈不規(guī)則粒狀，常產(chǎn)于石英脈中，與黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等礦物共生。賦存在赤鐵礦中的V2O5占總釩的3.41%。褐簾石和黝簾石中V2O5的品位較高，分別為6.10%和9.10%，但粒度較細(xì)，礦物含量極低。賦存在碳質(zhì)中的V2O5占總釩的1.55%。

4 影響選礦工藝的礦物學(xué)因素

釩的主要載體礦物為水白云母，水白云母粒度細(xì)小，常常與微晶石英、碳質(zhì)結(jié)合形成致密集合體，分選難度較大。

礦石中碳質(zhì)含量較高，約占礦石總量的6.6%。碳質(zhì)吸附性較強(qiáng)，不利于使用浮選法富集含釩礦物。

礦石中的方解石、赤鐵礦含量較多，約占礦石總量的6.4%。它們同屬耗酸礦物，會(huì)導(dǎo)致酸浸處理時(shí)的耗酸量的增加。此外，F(xiàn)e3＋進(jìn)入浸出液，會(huì)影響酸浸過程中釩的離子交換和萃取。建議酸浸前采用選礦技術(shù)方法將方解石、赤鐵礦等耗酸礦物分選出來。

5 結(jié)論

1）礦石中可供回收利用的元素為釩，原礦中V2O5含量為0.94%。

2）礦石的主要礦物成分為石英、水白云母、碳質(zhì)和赤鐵礦，其次為長(zhǎng)石、方解石、黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、銳鈦礦、褐簾石、黝簾石等。

3）礦石中的釩主要以類質(zhì)同象形式賦存在水白云母（伊利石）、榍石、銳鈦礦、褐簾石和黝簾石中，少量以離子吸附形式賦存在碳質(zhì)中。賦存在水白云母中的V2O5占總釩的91.02%。

4）礦石中含釩礦物種類較多，主要含釩礦物水白云母粒度細(xì)小，碳質(zhì)含量較高，采用選礦方法富集釩的難度較大?？煽紤]采用選礦方法對(duì)方解石等耗酸礦物進(jìn)行預(yù)處理，再采用冶金處理方法（酸浸）使釩從礦石中浸出。

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Study on process mineralogy of a vanadium bearing stone coal ore

ZHU Li－kuan1，2，BIAN Xiao－dong1，2，MA Chi1，2，WANG Shou－jing1，2，WANG Pan－xi1，2，GUO Jun－gang1，2
（1.Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resourses，Chinese Academy of Geological Sciences，Zhengzhou 45006，China；2.China National Engineering Research Center for Utilization of Industrial Minerals，Zhengzhou 45006，China）

In order to explore a reasonable exploitation and utilization scheme of a Vanadium Bearing Stone Coal Ore，Process mineralogy was investigated by research methods of chemical analysis，microscope and electron probe analysis.The results show that the vanadium has two kinds of occurrence state.The first one is isomorphism which vanadium exist mainly in hydromuscovite，and a small amount of sphene anatase hematite allanite and zoisite.The second one is in form of adsorption mainly absorbed by carbon.The selection of vanadium extraction should first discard acid－consuming minerals before metallurgical concentration.

stone coal；vanadium；process mineralogy；occurrence state

朱黎寬（1984－），男，碩士，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，主要從事礦床學(xué)和礦床地球化學(xué)研究工作。E－mail：zhulikuan＠163.com。

TD91

A

1004－4051（2015）09－0115－05

2014－09－15