含云母铁尾矿的工艺矿物学研究

2019-07-11牛珊，王硕

中国金属通报 2019年5期

牛珊，王硕

（云南华联锌铟股份有限公司，云南文山 663701）

铁尾矿是含铁矿物经过一系列选矿工艺提取铁精矿后残余的废弃物，铁尾矿虽然经过多重的选别工作，但其中仍含有大量的有价成分，由于科技水平的限制，导致不能对铁尾矿进行充分的回收和再利用[1，2]。

据不完全统计，目前我国矿业生产所累积的尾矿高达59.7亿t，其中堆存的铁尾矿量几乎占据总尾矿堆存量的1/3，如此之多的尾矿不仅占地面的大，而且也会对周边的环境造成重大污染[3]。

国外非常重视对铁尾矿的综合利用，其研究工作起步较早，许多发达国家把实现无废料矿山作为开发目标之一，尾矿的综合利用率达60%以上，并在从尾矿中回收有价金属与非金属元素、利用铁尾矿作为采空区的充填材料、磁化尾矿做土壤改良剂、利用铁尾矿库复垦植被以及尾矿制作建筑材料等方面已经取得了许多实用性的成果。

而我国对铁尾矿的综合利用率缺却很低，为了更好地对铁尾矿回收利用，应充分研究铁尾矿中有价元素的工艺矿物学问题[4，5]。本论文对某含云母铁尾进行较为全面的工艺矿物学研究，为此含云母铁尾矿的后续处理与回收利用提供参考。

1 实验

为了对含云母铁尾矿进行工艺矿物学研究，利用HYDRO2000M-MU激光粒度仪确定矿物的粒度分布，采用XRF分析矿物的化学成分。

应用XRD对此铁尾矿的物相进行初步分析，然后利用MLA和电子探针技术探明此含云母铁尾矿的矿物成分和嵌布特性[6，7]，达到探明矿物中铁、钾赋存状态的目的。

2 粒度和成分

2.1 粒度分析

使用激光粒度分析仪（HYDRO2000M-MU）对此含云母铁尾矿的粒度进行分析，由表1可知，含云母铁尾矿粒级＞74 μm的占12.96%，粒级为45～74 μm的占21.32%，粒级为25～45 μm的占22.14%，粒级＜25 μm的占43.58%。

表1 某含云母铁尾矿的粒度组成及分布率

2.2 化学成分分析

通过干磨，获得-0.074mm的粉状样品用于化学分析。对样品先进行X射线荧光光谱分析以定性，获得元素种类；随后根据XRF分析结果，进行元素定量分析。定性、定量分析结果见表2、3，结果表明：原矿中主要的有价元素是K含0.72%和Fe含12.48%，主要的组成元素是Si含量为21.94%。

表2 某含云母铁尾矿的XRF分析结果

表3 某含云母铁尾矿的元素定量分析结果

3 物相组成

3.1 XRD分析

图1 某含云母铁尾矿的XRD能谱

由图1含云母铁尾矿的XRD能谱可知，矿物主要由石英、赤铁矿、长石、云母和斜绿泥石等矿物组成。其中石英为主要的脉石矿物，赤铁矿和云母为主要的有价矿物。

3.2 MLA及电子探针研究

为了进一步研究含云母铁尾矿中石英、赤铁矿、长石、云母、和斜绿泥石等矿物的物相，利用MLA(工艺矿物自动定量分析系统)、电子探针及显微镜，进行深入探索研究。

3.2.1 矿物元素组成

经MLA矿物参数自动定量分析系统分析，结果表明：原矿中含有1.06%的K和13.17%的Fe，是主要的有价元素，Si含量为25.93%是主要的组成元素，见表4。

表4 某含云母铁尾矿的MLA多元素分析结果

3.2.2 矿物组成

经过对矿物的总体形貌和矿物组成分析可知： K元素的载体矿物以黑云母为主，白云母次之，钾长石占仅少量存在；Fe元素的载体矿物主要有铁铝榴石、铁白云石、铁绿泥石、钛铁矿、赤铁矿、褐铁矿、黑云母、铁阳起石等；Si元素的载体矿物有斜长石、石英、铁绿泥石、镁铁榴石、铁铝榴石、黑云母、紫苏辉石、白云母、钾长石和铁阳起石。

3.2.3 主要矿物的嵌布特性

赤铁矿：分子式是Fe2O3，为铁的主要矿物，钢灰色至铁黑色，金属光泽至半金属光泽，硬度5-6，比重5.0-5.3，具电磁性。镜下观察，赤铁矿多为单体解离颗粒，部分浸染状分布于透明矿物之间，或与透明矿物连生。部分赤铁矿晶体中可见钛铁矿为客晶，以固溶体分离状于赤铁矿中。粒度一般在0.004-0.24mm之间，赤铁矿以五种形式存在：①赤铁矿稀疏浸染状分布于透明矿物中；②钛铁矿、赤铁矿包裹于褐铁矿中；③它形粒状赤铁矿、钛铁矿与透明矿物连生；④单体解离的赤铁矿及钛铁矿颗；⑤赤铁矿于透明矿物颗粒间，钛铁矿为客晶，固溶体分离状于赤铁矿中。

石英：分子式是SiO2，无色，玻璃光泽，断口油脂光泽，硬度7，比重2.65。镜下观察，多呈单体解离颗粒，少部分与绿泥石、黑云母、长石连生，偶见包裹电气石。粒度一般在0.006-0.5mm之间。

铁铝榴石：分子式是Fe3Al2[SiO4]3，粉红色，玻璃光泽，断口油脂光泽，性脆，硬度5.6-7.5，比重3.5-4.2。镜下观察，呈粒状，单体解离颗粒。粒度一般在0.02-0.3mm。见显微照片8。电子探针2个点测数据显示，铁铝榴石中平均含铁（FeO）36.064%、硅（SiO2）38.055%、铝（Al2O3）21.920%、钙（CaO）3.346%、镁（MgO）1.047%、钛（TiO2）0.049%、钾（K2O）0.012%。

白（绢）云母：分子式是K{Al2[AlSi3O10](OH)2}，含量约为1.20%。无色，透明，珍珠光泽，硬度2-4，比重2.76-3.10。镜下观察，多呈单体解离的片状颗粒，少数与长石、石英等连生。粒度一般在0.03-0.36mm之间。

黑云母：分子式是K{(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH)2}，深褐色，透明至不透明，玻璃光泽，硬度2.5-3，比重3.02-3.12。镜下观察，多为单体解离的片状颗粒，部分绿泥石化，少部分与石英、长石连生。粒度一般在0.06-0.62mm之间。见显微照片10、11。电子探针2个点测数据显示，黑云母中平均含铁（FeO）21.126%、钾（K2O）8.330%、硅（SiO2）36.968%、铝（Al2O3）16.145%、镁（MgO）11.146%、钛（TiO2）1.178%、钠（Na2O）0.188%。

绿泥石：分子式(Mg,Fe,Al)3(OH)6{(Mg,Fe,Al)3[(Si,Al)4O10](OH)2}，含量约为16.00%。绿色，云母光泽，透明，硬度2-2.5，比重2.68-3.4。镜下观察，多为单体解离的片状颗粒，部分与石英、长石、云母、碳酸盐连生，部分绿泥石为黑云母蚀变而来。粒度一般在0.06-0.5mm之间。电子探针2个点测数据显示，绿泥石中平均含铁（FeO）20.885%、钾（K2O）0.020%、硅（SiO2）25.525%、铝（Al2O3）22.528%、镁（MgO）17.638%。

斜（正）长石：分子式分别是Na[AlSi3O8]和K[AlSi3O8]，含量分别约为18.92%和0.6%。斜长石为白色，玻璃光泽，硬度6-6.5，比重2.60-2.76；正长石为肉红色，硬度6-6.5，比重2.570。镜下观察，两者不易区分，多为单体解离颗粒，部分与石英、云母、碳酸盐连生。粒度一般在0.18-0.3mm之间。见显微照片11、14、15。电子探针2个点测数据显示，正长石中平均含铁（FeO）0.193%、钾（K）16.180%、硅（Si2O）65.209%、铝（Al2O3）18.466%、钠（Na2O）0.111%。

铁白云石、方解石：分子式分别是Ca(Mg,Fe)[CO3]2和Ca[CO3]，含量分别约为9.40%和1.10%。白色、透明，密度，比重。经X-衍射分析及电子探针成分分析，矿样中有铁白云石和方解石同时存在，镜下观察，二者不易区分，多为单体解离的颗粒，部分与绿泥石、石英等连生，部分被铁质浸染。粒度一般在0.02-0.32mm之间。见显微照片16、17(照片中标注为碳酸盐)。电子探针2个点测数据分析显示，铁白云石中平均含铁（FeO）13.029%、钾（K2O）0.015%、钙（CaO）26.9%、镁（MgO）11.085%、锰（MnO）2.72%、硅（SiO2）0.327%、铝（Al2O3）0.187%。

3.2.4 铁、钾赋存状态研究

经镜下观察，MLA分析、X-衍射分析、电子探针成分分析，矿物中有氧化物、硫化物、硅酸盐、磷酸盐和碳酸盐五类，共计20种矿物存在。

主要为硅酸盐，约占矿物总质量的51.16%；氧化物次之，约占矿物总质量的36.95%；碳酸盐约占矿物总质量的10.50%；磷酸盐约占矿物总质量的1.08%；硫化物约占矿物总质量的0.23%，详情见表5。

表5 某含云母铁尾矿的矿物成分分析

（1）铁的赋存状态

化学分析显示，矿物中铁的含量为12.48%，经镜下观察、MLA分析和电子探针成分分析，矿物中铁有两种赋存状态，一种是以独立矿物的形式赋存在赤铁矿、褐铁矿、钛铁矿和磁铁矿，以及少量的黄铜矿和黄铁矿中；另一种是以类质同象的形式赋存在绿泥石、铁白云石、黑云母、铁铝榴石和阳起石中。铁在各主要含铁矿物中的分配率计算详见表6。

表6 铁在各主要含铁矿物中的分配率

黄铜矿 0.23 30.614 0.0704 0.57绿泥石 16.00 16.244 2.5990 20.96铁白云石 9.40 10.134 0.9526 7.68黑云母 6.24 16.431 1.0253 8.27铁铝榴石 6.80 28.050 1.9074 15.38阳起石 1.40 18.510 0.2591 2.09其它 51.28 / / /合计 99.92 / 12.4027 100.01

（2）钾的赋存状态

化学分析显示，矿物中钾的含量为0.62%，经镜下观察、MLA分析和电子探针成分分析，矿物中钾主要以独立矿物的形式赋存在黑云母、白云母和正长石中。钾在各主要含钾矿物中的分配率计算详见表7。