某化工副產(chǎn)鐵泥工藝礦物學(xué)研究*

張 琦，李智力，廖 杰，唐 遠(yuǎn)，何東升,陳紅兵,安建平

(1.武漢工程大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.楚源高新科技集團(tuán)股份公司，湖北 荊州 434400)

0 引言

鐵泥是鐵粉還原硝基化合物制備芳胺過程中產(chǎn)生的廢渣[1]，直接排放會(huì)污染環(huán)境[2]。由于鐵泥中的有用組分鐵回收困難，國內(nèi)的鐵泥大多采用堆存、掩埋或送鋼鐵廠回收等方法處理[3-4]。雖然近年來提倡用加氫還原代替鐵粉還原，但是使用氫氣作為原料及其壓力設(shè)備存在一定的安全問題，且加氫還原過程中產(chǎn)生的廢重金屬催化劑會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的污染問題[5-8]，因此，部分化工廠仍然沿用鐵粉還原法。隨著固廢資源化利用愈來愈受重視，解決還原鐵泥的資源化問題具有重要意義[9-10]。目前，利用鐵泥開發(fā)高附加值產(chǎn)品，如通過熱分解法、水熱與溶劑熱法、共沉淀法、還原焙燒法和碳化法等一系列方法制備鐵泥基磁性材料[11-12]，并將其作為吸附劑和催化劑用于去除水環(huán)境中的污染物已逐漸成為國內(nèi)外研究的趨勢和重點(diǎn)[13]。

本文從工藝礦物學(xué)角度出發(fā)，以某化工副產(chǎn)鐵泥試驗(yàn)礦樣為研究對象，利用X射線熒光光譜儀(XRF光譜儀)和礦物自動(dòng)定量分析系統(tǒng)(AMICS)對其化學(xué)組成、礦物組成及礦物的賦存狀態(tài)、嵌布特征和單體解離度等進(jìn)行了探究分析，以期為其高效資源化利用提供理論依據(jù)。

1 試樣成分分析

1.1 試樣化學(xué)成分

試樣取自湖北某化工企業(yè)生產(chǎn)廢料，經(jīng)烘干、研磨、充分混合后制樣備用。采用XRF光譜儀對試樣進(jìn)行多元素分析，結(jié)果見表1。

表1 試樣多元素分析結(jié)果 單位：%

由表1可見，試樣中Fe2O3為主要成分，SiO2次之， 同時(shí)還含有少量的S、Na2O、Cr2O3等，有價(jià)元素鐵品位較高。

1.2 試樣礦物組成

采用AMICS測定試樣礦物組成，結(jié)果見表2。

表2 試樣礦物組成 單位：%

由表2可知，主要礦物為磁鐵礦和赤鐵礦，脈石礦物有橄欖石、黃鐵礦、黑云母等。

1.3 鐵元素在礦物中的分布

通過分析試樣的AMICS測試結(jié)果和礦物組成，得到鐵元素在賦存礦物中的分布(見表3)。

表3 鐵元素在賦存礦物中的分布 單位：%

由表3可知，鐵元素大部分以磁鐵礦形式存在，少部分以赤鐵礦形式存在，剩余微量鐵元素賦存在橄欖石、黃鐵礦、金屬鐵等礦物中。

2 主要礦物嵌布特征

2.1 磁鐵礦

試樣中磁鐵礦的嵌布特征見圖1。

圖1 試樣中磁鐵礦的嵌布特征

試樣中磁鐵礦是含鐵礦物的主要存在形式，成礦形式不一，嵌布結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要粒徑在2.3～22.5 μm，以它形粒狀為主，少數(shù)呈自形、半自形粒狀，顆粒以浸染狀較密集分布在礦石中，偶見與赤鐵礦包裹共生[見圖1(a)和圖1( b)]；少數(shù)粗粒聚集成大小不一的團(tuán)塊，最大粒徑達(dá)205.7 μm，部分磁鐵礦與較大團(tuán)塊狀橄欖石晶體交代共生為不規(guī)則共生體，邊部析出條狀赤鐵礦邊，細(xì)粒磁鐵礦晶體充填于不同團(tuán)塊晶體縫隙[見圖1(c)和圖1(d)]中。

2.2 赤鐵礦

試樣中赤鐵礦的嵌布特征見圖2。試樣中赤鐵礦是除磁鐵礦以外的主要礦物，主要呈粒狀、不規(guī)則粒狀，以浸染形式嵌布于礦石中。粒度整體較小，一般為0.5～11.5 μm，個(gè)別粗粒級達(dá)到65.8 μm[見圖1(d)]。多數(shù)赤鐵礦以自形、半自形粒狀與磁鐵礦顆粒緊密鑲嵌聚合，形成致密狀集合體，鮮見微細(xì)粒赤鐵礦嵌于團(tuán)塊狀磁鐵礦中(見圖2)。

圖2 試樣中赤鐵礦的嵌布特征

2.3 橄欖石

試樣中橄欖石的嵌布特征見圖3。

圖3 試樣中橄欖石的嵌布特征

橄欖石粒徑一般在3.2～16.9 μm，個(gè)別較大它形晶粒徑達(dá)到122.3 μm，多以形狀不規(guī)則、大小不一的粒狀結(jié)構(gòu)浸染在主要礦物相互交代而成的共生體中，常被磁鐵礦顆粒緊密包裹；偶有橄欖石以較大它形晶半包裹磁鐵礦嵌布于礦石中(見圖3)。

2.4 黑云母

試樣中黑云母的嵌布特征見圖4。

圖4 試樣中黑云母的嵌布特征

黑云母在礦物結(jié)構(gòu)中多以片狀或條帶狀與其他礦物共生[3]。試樣中黑云母呈條帶狀嵌布于礦石中，粒徑在16.2～122.3 μm，黑云母晶體邊緣密集包裹有粒徑不一的磁鐵礦顆粒(見圖4)。

3 主要礦物單體解離度及嵌布關(guān)系

3.1 單體解離度

根據(jù)AMICS分析，試樣中磁鐵礦和赤鐵礦的單體解離度測試結(jié)果見圖5、圖6。

圖5 試樣中磁鐵礦的單體解離度

由圖5可見：磁鐵礦單體解離度分布集中，主要分布在60%以上；解離度在80%～100%區(qū)間磁鐵礦分布最多，分布率為58.53%，完全解離的磁鐵礦分布率為29.01%；其中解離度大于80%的磁鐵礦累積占有率為87.54%，礦物解離較為充分。

圖6 赤鐵礦單體解離度

由圖6可見：赤鐵礦單體解離度分布較為均勻，在80%～100%區(qū)間赤鐵礦分布最多，分布率為35.45%，完全解離的赤鐵礦分布率為26.52%，其余各個(gè)區(qū)間赤鐵礦分布率變化較小；其中解離度大于80%的赤鐵礦累積占有率為61.98%，礦物解離不夠充分。

3.2 嵌布關(guān)系

試樣中主要礦物磁鐵礦和赤鐵礦與其他礦物的共生包裹關(guān)系測試結(jié)果見表4、表5。

表4 磁鐵礦與其他礦物的嵌布關(guān)系 單位：%

表5 赤鐵礦與其他礦物的嵌布關(guān)系 單位：%

由表4可知：磁鐵礦的單體解離度為73.64%，另一部分與其他礦物呈共生和包裹關(guān)系，以與赤鐵礦共生關(guān)系為主(占19.88%)，與橄欖石和石英存在少量共生關(guān)系；在包裹關(guān)系中，因磁鐵礦多數(shù)以細(xì)粒它形粒狀產(chǎn)出，故僅與微細(xì)粒赤鐵礦有少量包裹關(guān)系(占1.83%)。由表5可知：赤鐵礦的單體解離度為59.79%，與磁鐵礦共生關(guān)系密切(占35.50%)；與磁鐵礦存在少量包裹關(guān)系(占3.80%)，與其他脈石礦物的共生、包裹關(guān)系均不明顯。

4 主要礦物粒度分布

采用AMICS分析了試樣中主要礦物磁鐵礦和赤鐵礦的粒度分布，結(jié)果見圖7、圖8。

圖7 試樣中磁鐵礦的粒度分布

由圖7可見：磁鐵礦粒度分布較細(xì)，主要集中在7.88～15.77 μm；在粒度為9.38～11.15 μm時(shí)磁鐵礦分布最多，分布率為19.72%；在粒度為15.77～212.13 μm時(shí)，各個(gè)粒級磁鐵礦分布率均小于5.04%；在粒度為212.13～252.27 μm時(shí)，磁鐵礦分布率(6.37%)略有提高；其中磁鐵礦單礦物在粒度為37.5 μm以下時(shí)的累積占有率為75.77%。

由圖8可見：赤鐵礦粒度較磁鐵礦粒度細(xì)，礦物粒度均小于63.07 μm，且主要集中在7.88～11.15 μm；在粒度為9.38～11.15 μm時(shí)赤鐵礦分布最多，分布率為28.74%；在粒度大于15.77 μm時(shí)，各個(gè)粒級赤鐵礦分布率均小于3.53%；其中赤鐵礦單礦物在粒度為37.5 μm以下時(shí)的累積占有率為96.37%。

圖8 試樣中赤鐵礦的粒度分布

5 結(jié)論

a.試樣中Fe2O3為主要成分，鐵元素絕大部分以磁鐵礦形式存在，少部分以赤鐵礦形式存在。

b.試樣中主要礦物為磁鐵礦和赤鐵礦，其次為橄欖石、黃鐵礦、黑云母等。

c.磁鐵礦和赤鐵礦主要呈它形粒狀產(chǎn)出，兩者共生包裹關(guān)系密切，常以浸染團(tuán)聚形式交代共生成不規(guī)則共生體。磁鐵礦和赤鐵礦粒度主要分布在7.88～15.77 μm，均較細(xì)；橄欖石和黑云母等少量脈石礦物被磁鐵礦和赤鐵礦顆粒緊密包裹在礦石中，橄欖石常以不規(guī)則細(xì)顆粒產(chǎn)出，黑云母以帶狀結(jié)構(gòu)嵌布于礦物中。

d.磁鐵礦與赤鐵礦解離度大于80%的累積占有率分別為87.54%和61.98%，磁鐵礦解離較為充分。鐵泥磁選后可通過熱分解法、水熱法或共沉淀法針對目標(biāo)污染物的特性制備鐵泥基磁性吸附劑和催化劑用于廢水中污染物的去除。