某石煤型钒矿工艺矿物学研究

朱黎宽，卞孝东，马 驰，王守敬，王盘喜，郭俊刚

（1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006；2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州 450006）

某石煤型钒矿工艺矿物学研究

朱黎宽1，2，卞孝东1，2，马 驰1，2，王守敬1，2，王盘喜1，2，郭俊刚1，2

（1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006；2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州 450006）

为制定某石煤型钒矿合理的开发利用方案，采用化学分析、显微镜分析、电子探针分析等手段对其进行工艺矿物学研究。结果表明：矿石中V2O5含量为0.94%。矿石中钒有两种赋存状态，一种以类质同象形式赋存在水白云母（伊利石）中，少量赋存在榍石、锐钛矿、赤铁矿等矿物中；另一种以离子吸附形式赋存在碳质中。提钒应先利用选矿方法除去耗酸矿物，再采用冶金处理方法使钒从矿石中浸出。

石煤；钒；工艺矿物学；赋存状态

我国的钒矿资源主要有两种类型：一种是钒钛磁铁矿；另一种是含钒的碳质页岩（如石煤、煤矸石等）。其中石煤中五氧化二钒的储量为1.18亿t，占总储量的87%，主要分布在我国湖南、湖北、江西、浙江、广西等省［1－5］。石煤钒矿具有含钒品位较低（一般低于0.8%），物质成分复杂，钒赋存状态复杂多样等特点，导致大多数石煤矿的提钒回收率较低［6－8］。本文采用化学分析、显微镜分析、电子探针分析等手段研究该石煤型钒矿的工艺矿物学特性，为合理工艺路线的制定提供依据。

1 矿石物质组成

1.1 矿石化学组成

根据光谱半定量分析结果，对矿石进行化学多元素分析，分析结果见表1。

由表1可见，可供回收利用的元素为钒，其他元素含量较低，综合利用价值不大。

1.2 矿石矿物组成

通过显微镜对矿石进行薄片、光片鉴定和电子探针分析，查明矿石中矿物主要为石英，其次为水白云母和碳质，含少量赤铁矿、长石、方解石、黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、锐钛矿、褐帘石、黝帘石和磷灰石等。各矿物在矿石中的相对含量见表2。

2 主要矿物嵌布特征

2.1 含钒矿物

1）水白云母（伊利石）。水白云母是矿石中钒的主要载体矿物。矿石中水白云母分为两类，一类含碳较少或不含碳质，在薄片中呈无色，细小叶片或鳞片状定向分布（图1）；另一类水白云母由于含碳质较高，颜色为黑色，显微镜下不易观察，扫描电镜下可见其在矿石中呈叶片状或网脉状定向分布，水白云母集合体短轴长度多小于10μm，集中于2～5μm，与微晶石英和碳质紧密连生。根据电子探针（波谱）分析结果，水白云母的计算分子式为（K0.60Na0.02）0.62（Al2.12Mg0.33Fe0.01V0.15Ti0.04Cr0.01）2.66Si3O10.31H2.66［10］，水白云母中的V以类质同象形式取代部分 Al，其 V2O5的含量为1.74%～4.86%，平均3.68%（表3）。

表1 矿石化学多元素分析结果/%

表2 矿石矿物组成相对含量/%

2）榍石。榍石在显微镜下呈黄或黄褐色，不规则粒状，粒径集中于0.05～0.2mm，多产于石英脉中，常与黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、锐钛矿等矿物共生（图2）。根据电子探针（波谱）分析结果，榍石的计算分子式为 Ca0.96（Ti0.88V0.13）1.01Si1.00O5.03，V 取代一部分Ti，以类质同象存在；榍石中V2O5的含量为2.30%～3.66%，平均2.99%（表3）。

3）碳质。钒在碳质中以离子吸附形式存在。显微镜下碳质呈黑色，极微小颗粒状密集分布。矿石中碳质与微晶石英、水白云母紧密连生，部分碳质中含细粒黄铁矿和闪锌矿（图2、图3）。从矿石中浮选分离碳质进行化学分析，碳质中V2O5含量为0.23%。

4）赤铁矿。矿石中常见的氧化物，常与黄铁矿共生，以他形粒状结构分布于石英脉中。赤铁矿粒度较粗，粒径集中于0.05～0.3mm，在矿石中孤立状或不规则网状分布。根据电子探针（波谱）分析结果，赤铁矿中V2O5的含量为0.55%～1.40%，平均0.98%（表3）。

图1 叶片状、鳞片状水白云母 薄片（＋）

图2 榍石被石英交代形成浸蚀结构 薄片（－）

图3 碳质 薄片（－）

表3 主要矿物电子探针分析结果/（ωB/%）

5）锐钛矿。在矿石中的含量较低。显微镜下锐钛矿呈褐色或红褐色，呈不规则粒状结构，粒径3～28μm，多产于石英脉中，与黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、榍石等矿物共生。根据电子探针（波谱）分析结果，锐钛矿的计算分子式为（Ti0.96V0.01）0.97O2，V 以类质同象存在；锐钛矿中V2O5的含量为0.89%～1.78%，平均1.30%（表3）。

6）褐帘石。矿石的含钒矿物之一，在矿石中偶见，褐帘石呈不规则粒状结构，粒径0.01～0.03mm，常产于石英脉中，与黄铁矿、闪锌矿、榍石等矿物共生。电子探针（波谱）分析结果显示，褐帘石的 计 算 分 子 式 为 （Ca1.18La0.24Ce0.20Pr0.13）1.75（Al1.94Mg0.39Fe0.20V0.35Ti0.01）2.89Si3.00O12.94H1.00，V以类质同象存在；褐帘石中V2O5的含量为6.10%（表3）。

7）黝帘石。矿石的含钒矿物之一，在矿石中偶见。褐帘石无色，不规则粒状结构，粒径较小，集中于0.05～0.12mm，常产于石英脉中，与黄铁矿、闪锌矿、榍石、磷灰石等矿物共生。根据电子探针（波谱）分析结果，黝帘石的计算分子式为 Ca1.79（Al2.33Mg0.04Fe0.03V0.56Cr0.02）2.98Si3O13.30H1.00，V 取 代 部分Al，钒以类质同象存在；黝帘石中V2O5的含量为9.10%（表3）。

2.2 其他矿物

1）石英。矿石中的主要脉石矿物之一。石英主要有两种赋存形式，一种为脉状产出，脉宽一般0.3～3mm不等，脉体中通常含黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿、榍石、褐帘石、黝帘石和褐帘石等矿物。另一种形式为呈微细粒集合体形态与碳质和水白云母混杂分布。

2）长石。粒度细小，呈半自形或他形粒状分布在矿石中。

3）方解石。主要呈他形粒状分布在石英脉内。

4）磷灰石。在矿石中偶见。显微镜下呈无色，半自形或不规则粒状结构，粒度较细，集中于0.02～0.1mm。主要呈半自形或他形粒状分布在石英脉中。

5）黄铁矿。矿石中常见的硫化物。显微镜下呈浅黄色，常见立方体或五角十二面体自形晶结构和半自形晶结构，表面常具麻点；粒度较粗，粒径集中于0.5～2mm。多分布在石英脉中，部分黄铁矿呈半自形粒状结构分布于微细粒石英、水白云母和碳质共生的矿石中。

6）黄铜矿。矿石中较常见的硫化物。显微镜下呈铜黄色，弱非均质性，常具他形晶粒状结构；粒度较粗，粒径集中于0.02～0.2mm。常与黄铁矿、闪锌矿等矿物共生。

7）闪锌矿。矿石中较常见的硫化物。显微镜下呈灰色，他形晶粒状结构，有时其中可见黄铜矿的乳滴状固溶体分离结构；粒度较粗，粒径集中于0.05～0.1mm。常与黄铁矿、黄铜矿等矿物共生于石英脉中。

8）辉砷锑镍矿。在矿石中偶见。显微镜下呈白色，他形粒状结构，粒度极细，粒径5～10μm。

3 钒在石煤中的赋存状态及配分

在显微镜下观察、电子探针分析和单矿物化学分析的基础上对钒的赋存状态进行研究，研究表明：钒在矿石中有两种赋存状态，一种钒以类质同象形式赋存在水白云母中，少量赋存在榍石、锐钛矿、赤铁矿、褐帘石和黝帘石中，类质同象是钒的主要赋存形式，占总钒的98.45%（表4，图4）；另一种钒以离子吸附形式赋存在碳质中，占总钒的1.55%。

图4 钒赋存在水白云母和碳质中面扫描图像

表4 钒（V2 O5）的分布率计算表

赋存在水白云母中的V2O5占总钒的91.02%，矿石中水白云母呈细小叶片或鳞片状，粒度微小，常与微晶粒状石英和碳质混杂产出，不利于分选。赋存在榍石中的V2O5占总钒的3.36%。榍石粒径相对较粗，多呈不规则粒状，常产于石英脉中，与黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等矿物共生。赋存在赤铁矿中的V2O5占总钒的3.41%。褐帘石和黝帘石中V2O5的品位较高，分别为6.10%和9.10%，但粒度较细，矿物含量极低。赋存在碳质中的V2O5占总钒的1.55%。

4 影响选矿工艺的矿物学因素

钒的主要载体矿物为水白云母，水白云母粒度细小，常常与微晶石英、碳质结合形成致密集合体，分选难度较大。

矿石中碳质含量较高，约占矿石总量的6.6%。碳质吸附性较强，不利于使用浮选法富集含钒矿物。

矿石中的方解石、赤铁矿含量较多，约占矿石总量的6.4%。它们同属耗酸矿物，会导致酸浸处理时的耗酸量的增加。此外，Fe3＋进入浸出液，会影响酸浸过程中钒的离子交换和萃取。建议酸浸前采用选矿技术方法将方解石、赤铁矿等耗酸矿物分选出来。

5 结论

1）矿石中可供回收利用的元素为钒，原矿中V2O5含量为0.94%。

2）矿石的主要矿物成分为石英、水白云母、碳质和赤铁矿，其次为长石、方解石、黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、锐钛矿、褐帘石、黝帘石等。

3）矿石中的钒主要以类质同象形式赋存在水白云母（伊利石）、榍石、锐钛矿、褐帘石和黝帘石中，少量以离子吸附形式赋存在碳质中。赋存在水白云母中的V2O5占总钒的91.02%。

4）矿石中含钒矿物种类较多，主要含钒矿物水白云母粒度细小，碳质含量较高，采用选矿方法富集钒的难度较大。可考虑采用选矿方法对方解石等耗酸矿物进行预处理，再采用冶金处理方法（酸浸）使钒从矿石中浸出。

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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

朱黎宽（1984－），男，硕士，矿产普查与勘探专业，主要从事矿床学和矿床地球化学研究工作。E－mail：zhulikuan＠163.com。

TD91

A

1004－4051（2015）09－0115－05

2014－09－15