印尼某紅土鎳礦工藝礦物學(xué)研究

姚燈磊 楊任新 黃秋菊 陳 洲

（1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院總院股份有限公司，安徽馬鞍山243000；2.金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心，安徽馬鞍山243000；3.國(guó)家金屬礦山固體廢物處理與處置工程技術(shù)研究中心，安徽馬鞍山24300）

世界上可供開采的鎳資源儲(chǔ)量有4.7億t，其中有40%左右是硫化鎳礦，60%左右是紅土鎳礦［1-4］。隨著世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展，新能源領(lǐng)域?qū)︽嚨男枨罅考哟?，可供開發(fā)的硫化鎳資源日趨枯竭，紅土鎳礦資源的開發(fā)逐漸引起人們的關(guān)注。紅土鎳礦的成礦規(guī)律主要為母巖經(jīng)風(fēng)化作用，鎳、鈷等元素在上層淋濾作用下向下層富集，一般表現(xiàn)為表層腐殖層褐鐵礦化紅土鎳礦和中部過(guò)渡型紅土鎳礦以及底部基巖硅鎂型紅土鎳礦［5-6］。

印度尼西亞共和國(guó)作為世界上紅土鎳礦資源最豐富的國(guó)家之一，其國(guó)內(nèi)開采的鎳礦原先絕大部分用于出口，為了提高出口產(chǎn)品附加值，2014 年1 月印尼政府開始正式實(shí)施原礦出口禁令，同時(shí)配以有力的政策鼓勵(lì)推進(jìn)在鎳礦產(chǎn)區(qū)就地投資建設(shè)金屬原礦冶煉加工設(shè)施，以促進(jìn)本國(guó)冶煉工業(yè)發(fā)展［7-10］。本研究對(duì)印尼某典型的紅土鎳礦進(jìn)行了系統(tǒng)的工藝礦物學(xué)研究，從而為該類型紅土鎳礦的選冶方案提供理論依據(jù)。

1 礦石的物質(zhì)組成

1.1 礦石化學(xué)多元素分析

礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

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由表1 可知，礦石中主要有價(jià)元素為鐵、鎳、鉻、鈷，含量分別為24.890%、2.130%、1.820%、0.086%，均已達(dá)到工業(yè)利用品位，有害元素硫、磷等含量相對(duì)較低。

1.2 有用元素的物相分析

礦石鐵、鎳、鉻、鈷物相分析結(jié)果分別見表2、表3、表4和表5。

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由表2可知，礦石中的鐵主要以赤（褐）鐵礦形式存在，占總鐵的66.77%，其次為硅酸鹽中的鐵，占總鐵的28.04%。

由表3 可知，礦石中的鎳主要分布在硅酸鹽中，占總鎳的69.48%，其次為鐵礦物中鎳，占總鎳的28.17%，硫化物中鎳的分布率較低。

由表4可知，礦石中的鉻主要以鉻鐵礦和尖晶石形式存在，占總鉻的56.59%，其次分布在硅酸鹽中，占總鉻的41.21%。

由表5 可知，礦石中的鈷主要分布在鐵礦物中，占總鈷的75.69%，其次分布在硅酸鹽中，占總鈷的23.26%。

1.3 礦石礦物組成及含量

礦石礦物組成及含量結(jié)果見表6。

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由表6 可知，礦石中主要礦物為蛇紋石和褐鐵礦，含量分別為60.53%和25.79%，其次為綠泥石和石英，含量分別為4.49%和2.72%。礦石中主要含鉻礦物為鉻鐵礦，含量為1.93%，鐵礦物中磁鐵礦和赤鐵礦含量相對(duì)較少，分別為1.75%和0.55%，含錳礦物為硬錳礦和錳尖晶石，含量分別為0.29%和0.14%。有害元素磷主要以磷灰石形式存在，含量相對(duì)較少，僅為0.01%。礦石中未發(fā)現(xiàn)鎳和鈷的獨(dú)立礦物。

2 礦石中主要礦物的嵌布關(guān)系

（1）蛇紋石。蛇紋石在礦石中含量最高，是主要的目的礦物，也是有用元素鎳、鉻、鈷的主要載體。其產(chǎn)出形式多種多樣，主要以纖維狀集合體產(chǎn)出，與褐鐵礦共生嵌布（見圖1），部分呈葉片狀或鱗片狀集合體嵌布（見圖2），少量呈粒狀集合體嵌布，其中包裹了少量微細(xì)粒的鐵礦物。

（2）褐鐵礦。褐鐵礦是礦石中主要的鐵礦物，一般是針鐵礦、纖鐵礦、水針鐵礦、含水的氧化硅和粘土物質(zhì)的混合物。該礦石中的褐鐵礦主要以斑狀形式嵌布，褐鐵礦斑晶中常包含微細(xì)粒赤鐵礦，包裹的赤鐵礦粒度在5 μm以下，具斑狀結(jié)構(gòu)和包含結(jié)構(gòu)（見圖3），部分褐鐵礦以針鐵礦的形式存在，呈細(xì)小纖維狀嵌布（見圖4），少量褐鐵礦呈網(wǎng)眼狀嵌布在礦石中。

（3）綠泥石。礦石中綠泥石主要呈片狀、鱗片狀集合體產(chǎn)出，常與蛇紋石共生（見圖5）。

（4）輝石。輝石含量較少，主要為透輝石，一般呈不規(guī)則粒狀集合體或短柱狀嵌布（見圖6）。

（5）鉻鐵礦。鉻鐵礦是礦石中含鉻的獨(dú)立礦物，主要呈自形、半自形粒狀嵌布，伴生礦物有蛇紋石、褐鐵礦（見圖7），礦石中鉻鐵礦主要為鋁鉻鐵礦。

（6）磁鐵礦。礦石中磁鐵礦呈自形、半自形粒狀嵌布在脈石礦物中，與脈石礦物相互交織，形成網(wǎng)格狀，具網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（見圖8）。

（7）赤鐵礦。礦石中的赤鐵礦主要呈細(xì)粒浸染狀嵌布在褐鐵礦中（見圖9），少量呈他形粒狀嵌布。

3 礦石中有價(jià)元素Ni、Co、Cr、Fe 的平衡計(jì)算

礦石中有價(jià)元素鎳、鈷、鉻、鐵在礦石中的平衡分配見表7。

由表7 可知，鎳主要分布在蛇紋石中，分布率為66.82%，其次分布在褐鐵礦中，分布率為23.70%，少量分布在綠泥石中，分布率為5.69%；鉻主要分布在鉻鐵礦中，分布率為56.45%，其次分布在蛇紋石和褐鐵礦中，分布率分別為27.42%和14.52%；鈷主要分布在褐鐵礦中，分布率為49.44%，其次分布在蛇紋石、硬錳礦、錳尖晶石中，分布率分別為26.79%、12.36%、11.23%；鐵主要分布在褐鐵礦中，分布率為64.21%，其次分布在蛇紋石中，分布率為25.87%，在磁鐵礦和赤鐵礦中的分布率分別只有5.02%和1.54%。

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4 礦石主要礦物的工藝粒度

礦石中主要礦物工藝粒度分析結(jié)果見表8。

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由表8 可知，礦石中蛇紋石主要呈粗粒嵌布，65.31%分布在+0.07 mm 粒級(jí)，褐鐵礦與鉻鐵礦呈粗細(xì)均勻分布，2種礦物在+0.07 mm 和-0.07 mm 的分布率大致相當(dāng)。主要脈石礦物綠泥石呈細(xì)粒嵌布，60.89%分布在-0.07 mm粒級(jí)。

5 MLA 分析紅土鎳礦中目的礦物的嵌布關(guān)系

將樣品破碎到2～0 mm，然后混勻、縮分，取一定量的代表性樣品制成MLA 分析所需的光片，使用MLA 分析系統(tǒng)對(duì)礦石中主要含鎳、鈷、鉻元素的蛇紋石、褐鐵礦、鉻鐵礦的嵌布關(guān)系進(jìn)行測(cè)定分析。研究結(jié)果表明，樣品中蛇紋石呈單體解離形式存在的占74.22%，連生體中與蛇紋石相互共生的主要為褐鐵礦，比例為13.57%，其次為綠泥石和鉻鐵礦，比例分別為5.23%和4.28%；褐鐵礦呈單體解離形式存在的占52.14%，連生體中與褐鐵礦相互共生的主要為蛇紋石和綠泥石，比例分別為28.92%和15.05%；單體解離的鉻鐵礦占49.56%，連生體中與鉻鐵礦相互共生的主要為蛇紋石和褐鐵礦，比例分別為32.43%和15.17%。

6 原礦不同磨礦細(xì)度產(chǎn)品解離度分析

對(duì)-0.076 mm 99%和-0.045 mm 90%的2 種磨礦產(chǎn)品進(jìn)行單體解離度分析，結(jié)果見表9。

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由表9可知，隨著磨礦細(xì)度的增加，蛇紋石、褐鐵礦、鉻鐵礦的單體解離度均增大；在同一磨礦細(xì)度下，褐鐵礦與鉻鐵礦解離度較小，當(dāng)磨礦細(xì)度為-0.045 mm 占90%時(shí)，褐鐵礦單體解離度也僅有74.51%，鉻鐵礦的解離度也只有75.02%。

7 總 結(jié)

（1）印尼某紅土鎳礦中主要有價(jià)元素Fe、Ni、Co和Cr 的品位分別為24.890%、2.130%、0.086%和1.820%。

（2）礦石中礦物主要為蛇紋石和褐鐵礦，含量分別為60.53%、25.79%，其次為綠泥石和石英，含量分別為4.49%和2.72%。主要含鉻礦物為鉻鐵礦，含量為1.93%。鐵礦物中磁鐵礦和赤鐵礦含量較少，分別為1.75%和0.55%。

（3）蛇紋石的工藝粒度較粗，在+0.07 mm 分布率為65.31%，綠泥石的工藝粒度較細(xì)，主要分布在-0.07 mm，分布率為60.89%，褐鐵礦嵌布粒度粗細(xì)不均，在+0.07 mm 和-0.07 mm的分布率大致相當(dāng)，礦石中鉻鐵礦的粒度主要分布在+0.07 mm，分布率為56.15%。

（4）從Ni、Cr、Co、Fe 的平衡計(jì)算看出，目的元素Ni 主要分布在蛇紋石和褐鐵礦中，分布率分別為66.82%和23.70%，Cr則主要分布在鉻鐵礦、蛇紋石和褐鐵礦中，分布率分別為56.45%、27.42%和14.52%，有益元素Co 主要分布在褐鐵礦中，分布率為49.44%，F(xiàn)e主要賦存在褐鐵礦中，分布率為64.21%。

（5）單體解離度測(cè)定結(jié)果表明，隨著磨礦細(xì)度的增加，蛇紋石、褐鐵礦、鉻鐵礦的單體解離度均增大；在相同磨礦細(xì)度下，褐鐵礦比較難解離，當(dāng)磨礦細(xì)度為-0.045 mm 占90%時(shí)，褐鐵礦單體解離度只有74.51%，鉻鐵礦的解離度也僅有75.02%。因此若想要鉻鐵礦獲得較好的解離，該礦石要細(xì)磨，但也要防止過(guò)磨導(dǎo)致褐鐵礦發(fā)生泥化。

（6）從MLA 分析測(cè)試中可以看出，蛇紋石是該紅土鎳礦中需要回收的主要目的礦物，蛇紋石呈單體解離形式存在的占74.22%，連生體中與蛇紋石相互共生的主要為褐鐵礦，比例為13.57%；褐鐵礦也是需要回收的含鎳的目的礦物，褐鐵礦呈單體解離形式存在的占52.14%，連生體中與褐鐵礦相互共生的主要為蛇紋石，比例為28.92%；鉻鐵礦是礦石中主要含鉻礦物，單體解離的鉻鐵礦占49.56%，連生體中與鉻鐵礦相互共生的主要為蛇紋石和褐鐵礦，比例分別為32.43%和15.17%。