含云母鐵尾礦的工藝礦物學研究

牛 珊，王 碩

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

鐵尾礦是含鐵礦物經(jīng)過一系列選礦工藝提取鐵精礦后殘余的廢棄物，鐵尾礦雖然經(jīng)過多重的選別工作，但其中仍含有大量的有價成分，由于科技水平的限制，導致不能對鐵尾礦進行充分的回收和再利用[1，2]。

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國礦業(yè)生產(chǎn)所累積的尾礦高達59.7億t，其中堆存的鐵尾礦量幾乎占據(jù)總尾礦堆存量的1/3，如此之多的尾礦不僅占地面的大，而且也會對周邊的環(huán)境造成重大污染[3]。

國外非常重視對鐵尾礦的綜合利用，其研究工作起步較早，許多發(fā)達國家把實現(xiàn)無廢料礦山作為開發(fā)目標之一，尾礦的綜合利用率達60%以上，并在從尾礦中回收有價金屬與非金屬元素、利用鐵尾礦作為采空區(qū)的充填材料、磁化尾礦做土壤改良劑、利用鐵尾礦庫復墾植被以及尾礦制作建筑材料等方面已經(jīng)取得了許多實用性的成果。

而我國對鐵尾礦的綜合利用率缺卻很低，為了更好地對鐵尾礦回收利用，應充分研究鐵尾礦中有價元素的工藝礦物學問題[4，5]。本論文對某含云母鐵尾進行較為全面的工藝礦物學研究，為此含云母鐵尾礦的后續(xù)處理與回收利用提供參考。

1 實驗

為了對含云母鐵尾礦進行工藝礦物學研究，利用HYDRO2000M-MU激光粒度儀確定礦物的粒度分布，采用XRF分析礦物的化學成分。

應用XRD對此鐵尾礦的物相進行初步分析，然后利用MLA和電子探針技術探明此含云母鐵尾礦的礦物成分和嵌布特性[6，7]，達到探明礦物中鐵、鉀賦存狀態(tài)的目的。

2 粒度和成分

2.1 粒度分析

使用激光粒度分析儀（HYDRO2000M-MU）對此含云母鐵尾礦的粒度進行分析，由表1可知，含云母鐵尾礦粒級＞74 μm的占12.96%，粒級為45～74 μm的占21.32%，粒級為25～45 μm的占22.14%，粒級＜25 μm的占43.58%。

表1 某含云母鐵尾礦的粒度組成及分布率

2.2 化學成分分析

通過干磨，獲得-0.074mm的粉狀樣品用于化學分析。對樣品先進行X射線熒光光譜分析以定性，獲得元素種類；隨后根據(jù)XRF分析結果，進行元素定量分析。定性、定量分析結果見表2、3，結果表明：原礦中主要的有價元素是K含0.72%和Fe含12.48%，主要的組成元素是Si含量為21.94%。

表2 某含云母鐵尾礦的XRF分析結果

表3 某含云母鐵尾礦的元素定量分析結果

3 物相組成

3.1 XRD分析

圖1 某含云母鐵尾礦的XRD能譜

由圖1含云母鐵尾礦的XRD能譜可知，礦物主要由石英、赤鐵礦、長石、云母和斜綠泥石等礦物組成。其中石英為主要的脈石礦物，赤鐵礦和云母為主要的有價礦物。

3.2 MLA及電子探針研究

為了進一步研究含云母鐵尾礦中石英、赤鐵礦、長石、云母、和斜綠泥石等礦物的物相，利用MLA(工藝礦物自動定量分析系統(tǒng))、電子探針及顯微鏡，進行深入探索研究。

3.2.1 礦物元素組成

經(jīng)MLA礦物參數(shù)自動定量分析系統(tǒng)分析，結果表明：原礦中含有1.06%的K和13.17%的Fe，是主要的有價元素，Si含量為25.93%是主要的組成元素，見表4。

表4 某含云母鐵尾礦的MLA多元素分析結果

3.2.2 礦物組成

經(jīng)過對礦物的總體形貌和礦物組成分析可知： K元素的載體礦物以黑云母為主，白云母次之，鉀長石占僅少量存在；Fe元素的載體礦物主要有鐵鋁榴石、鐵白云石、鐵綠泥石、鈦鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、黑云母、鐵陽起石等；Si元素的載體礦物有斜長石、石英、鐵綠泥石、鎂鐵榴石、鐵鋁榴石、黑云母、紫蘇輝石、白云母、鉀長石和鐵陽起石。

3.2.3 主要礦物的嵌布特性

赤鐵礦：分子式是Fe2O3，為鐵的主要礦物，鋼灰色至鐵黑色，金屬光澤至半金屬光澤，硬度5-6，比重5.0-5.3，具電磁性。鏡下觀察，赤鐵礦多為單體解離顆粒，部分浸染狀分布于透明礦物之間，或與透明礦物連生。部分赤鐵礦晶體中可見鈦鐵礦為客晶，以固溶體分離狀于赤鐵礦中。粒度一般在0.004-0.24mm之間，赤鐵礦以五種形式存在：①赤鐵礦稀疏浸染狀分布于透明礦物中；②鈦鐵礦、赤鐵礦包裹于褐鐵礦中；③它形粒狀赤鐵礦、鈦鐵礦與透明礦物連生；④單體解離的赤鐵礦及鈦鐵礦顆；⑤赤鐵礦于透明礦物顆粒間，鈦鐵礦為客晶，固溶體分離狀于赤鐵礦中。

石英：分子式是SiO2，無色，玻璃光澤，斷口油脂光澤，硬度7，比重2.65。鏡下觀察，多呈單體解離顆粒，少部分與綠泥石、黑云母、長石連生，偶見包裹電氣石。粒度一般在0.006-0.5mm之間。

鐵鋁榴石：分子式是Fe3Al2[SiO4]3，粉紅色，玻璃光澤，斷口油脂光澤，性脆，硬度5.6-7.5，比重3.5-4.2。鏡下觀察，呈粒狀，單體解離顆粒。粒度一般在0.02-0.3mm。見顯微照片8。電子探針2個點測數(shù)據(jù)顯示，鐵鋁榴石中平均含鐵（FeO）36.064%、硅（SiO2）38.055%、鋁（Al2O3）21.920%、鈣（CaO）3.346%、鎂（MgO）1.047%、鈦（TiO2）0.049%、鉀（K2O）0.012%。

白（絹）云母：分子式是K{Al2[AlSi3O10](OH)2}，含量約為1.20%。無色，透明，珍珠光澤，硬度2-4，比重2.76-3.10。鏡下觀察，多呈單體解離的片狀顆粒，少數(shù)與長石、石英等連生。粒度一般在0.03-0.36mm之間。

黑云母：分子式是K{(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH)2}，深褐色，透明至不透明，玻璃光澤，硬度2.5-3，比重3.02-3.12。鏡下觀察，多為單體解離的片狀顆粒，部分綠泥石化，少部分與石英、長石連生。粒度一般在0.06-0.62mm之間。見顯微照片10、11。電子探針2個點測數(shù)據(jù)顯示，黑云母中平均含鐵（FeO）21.126%、鉀（K2O）8.330%、硅（SiO2）36.968%、鋁（Al2O3）16.145%、鎂（MgO）11.146%、鈦（TiO2）1.178%、鈉（Na2O）0.188%。

綠泥石：分子式(Mg,Fe,Al)3(OH)6{(Mg,Fe,Al)3[(Si,Al)4O10](OH)2}，含量約為16.00%。綠色，云母光澤，透明，硬度2-2.5，比重2.68-3.4。鏡下觀察，多為單體解離的片狀顆粒，部分與石英、長石、云母、碳酸鹽連生，部分綠泥石為黑云母蝕變而來。粒度一般在0.06-0.5mm之間。電子探針2個點測數(shù)據(jù)顯示，綠泥石中平均含鐵（FeO）20.885%、鉀（K2O）0.020%、硅（SiO2）25.525%、鋁（Al2O3）22.528%、鎂（MgO）17.638%。

斜（正）長石：分子式分別是Na[AlSi3O8]和K[AlSi3O8]，含量分別約為18.92%和0.6%。斜長石為白色，玻璃光澤，硬度6-6.5，比重2.60-2.76；正長石為肉紅色，硬度6-6.5，比重2.570。鏡下觀察，兩者不易區(qū)分，多為單體解離顆粒，部分與石英、云母、碳酸鹽連生。粒度一般在0.18-0.3mm之間。見顯微照片11、14、15。電子探針2個點測數(shù)據(jù)顯示，正長石中平均含鐵（FeO）0.193%、鉀（K）16.180%、硅（Si2O）65.209%、鋁（Al2O3）18.466%、鈉（Na2O）0.111%。

鐵白云石、方解石：分子式分別是Ca(Mg,Fe)[CO3]2和Ca[CO3]，含量分別約為9.40%和1.10%。白色、透明，密度，比重。經(jīng)X-衍射分析及電子探針成分分析，礦樣中有鐵白云石和方解石同時存在，鏡下觀察，二者不易區(qū)分，多為單體解離的顆粒，部分與綠泥石、石英等連生，部分被鐵質浸染。粒度一般在0.02-0.32mm之間。見顯微照片16、17(照片中標注為碳酸鹽)。電子探針2個點測數(shù)據(jù)分析顯示，鐵白云石中平均含鐵（FeO）13.029%、鉀（K2O）0.015%、鈣（CaO）26.9%、鎂（MgO）11.085%、錳（MnO）2.72%、硅（SiO2）0.327%、鋁（Al2O3）0.187%。

3.2.4 鐵、鉀賦存狀態(tài)研究

經(jīng)鏡下觀察，MLA分析、X-衍射分析、電子探針成分分析，礦物中有氧化物、硫化物、硅酸鹽、磷酸鹽和碳酸鹽五類，共計20種礦物存在。

主要為硅酸鹽，約占礦物總質量的51.16%；氧化物次之，約占礦物總質量的36.95%；碳酸鹽約占礦物總質量的10.50%；磷酸鹽約占礦物總質量的1.08%；硫化物約占礦物總質量的0.23%，詳情見表5。

表5 某含云母鐵尾礦的礦物成分分析

（1）鐵的賦存狀態(tài)

化學分析顯示，礦物中鐵的含量為12.48%，經(jīng)鏡下觀察、MLA分析和電子探針成分分析，礦物中鐵有兩種賦存狀態(tài)，一種是以獨立礦物的形式賦存在赤鐵礦、褐鐵礦、鈦鐵礦和磁鐵礦，以及少量的黃銅礦和黃鐵礦中；另一種是以類質同象的形式賦存在綠泥石、鐵白云石、黑云母、鐵鋁榴石和陽起石中。鐵在各主要含鐵礦物中的分配率計算詳見表6。

表6 鐵在各主要含鐵礦物中的分配率

黃銅礦 0.23 30.614 0.0704 0.57綠泥石 16.00 16.244 2.5990 20.96鐵白云石 9.40 10.134 0.9526 7.68黑云母 6.24 16.431 1.0253 8.27鐵鋁榴石 6.80 28.050 1.9074 15.38陽起石 1.40 18.510 0.2591 2.09其它 51.28 / / /合計 99.92 / 12.4027 100.01

（2）鉀的賦存狀態(tài)

化學分析顯示，礦物中鉀的含量為0.62%，經(jīng)鏡下觀察、MLA分析和電子探針成分分析，礦物中鉀主要以獨立礦物的形式賦存在黑云母、白云母和正長石中。鉀在各主要含鉀礦物中的分配率計算詳見表7。

表7 鉀在各主要含鉀礦物中的分配率

4 結論

（1）礦物為粉末狀，具浸染狀構造。結構主要有它形粒狀結構、包含結構和固溶體分離結構。

（2）礦物中有氧化物、硫化物、硅酸鹽、磷酸鹽和碳酸鹽5類，共計20種礦物存在。硅酸鹽主要，約占礦物總質量的51.16%；氧化物次要，約占礦物總質量的36.95%；碳酸鹽約占礦物總質量的10.50%；磷酸鹽約占礦物總質量的1.08%；硫化物約占礦物總質量的0.23%。

（3）礦物中鐵的含量為12.48%，有兩種賦存狀態(tài)，一種是以獨立礦物的形式賦存在赤鐵礦、褐鐵礦、鈦鐵礦和磁鐵礦，以及少量的黃銅礦和黃鐵礦中；另一種是以類質同象的形式賦存在綠泥石、鐵白云石、黑云母、鐵鋁榴石和陽起石中。

（4）礦物中鉀的含量為0.62%，主要以獨立礦物的形式賦存在黑云母、白云母和正長石中。