矿物学发展现状及我国矿物学前景展望

米尔古丽·阿布拉

（新疆大学 地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830047）

工艺矿物学主要研究矿石的工艺性质，对其矿物组成、解离度、元素赋存状态等特征参数进行分析，是选矿工艺研究必不可少的部分。针对云南某选厂生产中出现的磷精矿中w（MgO）难以降低到0.8%以下、药剂消耗量偏高等问题，对现场生产流程样进行工艺矿物学研究，并结合浮选实验，找出磷精矿中MgO难以脱除的原因，为生产出合格的精矿产品提供理论依据和指导。在磷矿资源短缺和质量不断下降的大背景下，中低品位胶磷矿的开发与利用技术严重制约着我国磷化工产业的发展。磷矿石中脉石矿物的种类、成分和形态直接影响浮选工艺的选择。工艺矿物学研究正是通过对原料与产物中的矿物组成、元素赋存状态、矿物的嵌布粒度以及单体解离度等内容进行研究，为中低品位矿的采选提供重要的技术支持。单一反浮选使得部分高硅低镁的胶磷矿无法使用，不仅造成了巨大的资源浪费，而且侵占大量的土地，且还存在环境污染的风险。因此，亟需解决此类胶磷矿选矿的技术难题，资源化利用废弃堆存低品位胶磷矿。矿物学的发展为人类的生存起到了决定性的作用，随着现代科学的不断进步，矿物学的发展现状也随之兴起，本文对矿物学的发展前景进行分析，达到推动我国矿物学快速发展的目标[1]。

1 矿石的结构构造特征

1.1 矿石的构造

大峪口磷矿矿石以块状构造、浸染条带状构造和层状构造为主。矿石中主要矿物呈无定向和分层等特征，构成块状构造；部分石英呈浸染状分布于纯胶磷矿中，形成浸染条带状构造；部分碳酸盐类矿物和胶磷矿呈分层分布，构成层状构造。

1.2 矿石的结构

矿石的结构主要包括半自形－它形结构、残余结构、包含结构等。矿石中的白云石、胶磷矿均无固定的晶体形状，是典型的半自形－它形结构矿物；矿石中的白云石、方解石成“碎片”或“破布”形状，形成残余结构；矿石中可见胶磷矿包裹褐铁矿、黄铁矿等金属矿物，构成包含结构[2]。

1.3 矿样工艺矿物组成

（1）矿样化学组成。该选厂采用反浮选工艺流程，一次粗选、一次精选加一次扫选流程。生产过程中会对不同类型的磷矿石进行配矿，从而获得满足浮选工艺要求的高镁低硅钙质磷矿。取生产异常流程样，用25μm孔径（500目）筛筛分后进行化学分析，可知，精矿中MgO富集于粒径＞25μm的矿样之中，说明该粒级可能存在没有单体解离的白云石；尾矿2中P2O5富集于粒径≤25μm的矿样中，说明该粒级可能存在已经解离但没有回收的胶磷矿。

（2）矿样的矿物组成。矿样中主要矿物组成为胶磷矿（主要成分为碳氟磷灰石）、白云石、石英（玉髓）、褐铁矿、黏土矿物。有用矿物主要为胶磷矿，约占矿样的55%，白云石为主要脉石矿物，约占31%，黏土矿物约占3%，石英（玉髓）约占8%，褐铁矿约占1%，其他矿物约占2%。胶磷矿主要呈凝胶状和团块状，白云石和有用矿物胶磷矿嵌布紧密，呈胶磷矿颗粒的胶结物、包裹体等。

1.4 矿样单体解离度测定

粒径≤25μm的矿样制样和观测难度均较大，所以仅对粒径＞25μm的矿样在偏光显微镜下进行单体解离度测定。粒径＞25μm的溢流矿样单体解离度测定结果表明，这个粒级的矿样多以连生体形式存在。该粒级精矿矿样中基本不存在已经单体解离的白云石矿物，白云石和胶磷矿以连生体的形式存在。粒径＞25μm尾矿矿样中，尾矿1中已经解离的胶磷矿占35.7%，尾矿2中已经解离的胶磷矿占56.1%，而在粒径≤25μm粒级中，胶磷矿的解离度会更高。

1.5 胶磷矿的嵌布特性

磷矿中最主要的矿物是胶磷矿占52.77%，也是回收的目的矿物。电镜下观察胶磷矿多为集合体呈不规则形状或粒状，边部多呈土状，粒状晶形主要以不规则粒状或圆粒状为主；大部分胶磷矿呈单体解离的形式产出，只有部分与粒状的石英颗粒相互共生，部分胶磷矿晶粒间隙析出白云石呈无定形状，此外鲕状的胶磷矿颗粒被少部分的石英包裹，大颗粒的白云石与胶磷矿交代形成残余结构，这些矿胶磷矿的粒度较细，尚未完全实现单体解离状态[3]。

2 磷矿浮选机理

磷矿浮选机理研究主要通过单矿物浮选、Zeta电位测试、红外光谱表征、药剂吸附量和接触角测定等方法以及浮选溶液化学计算，探讨浮选药剂在矿物表面的吸附特性和作用机制。采用反射红外光谱揭示不同浮选药剂浓度下的吸附机理，低浓度油酸钠在磷矿表面发生化学吸附，同时存在反应产物油酸钙沉淀的物理吸附；当油酸钠浓度超过临界胶束浓度时，油酸钠残留在表面形成多层吸附，使胶磷矿表面疏水性降低；另外，随着油酸钠浓度增大，由点状吸附聚集为片状吸附，覆盖面积增大，但并未完全覆盖。研究了油酸钠、亚油酸钠与胶磷矿的作用，发现亚油酸钠的捕收能力大于油酸钠，且结合红外光谱和吸附量测试，证实了在碱性（pH=9.8）条件下，油酸钠、亚油酸钠与矿物表面发生单层的化学吸附，而在弱酸性（pH=6）条件下，既发生化学吸附又发生物理吸附，且吸附形式为多层吸附。不同正反浮选工艺流程开路试验基于上述工艺矿物学的研究，此类型磷矿为硅钙质胶磷矿，硅酸盐脉石矿物含量较高，白云石等碳酸盐脉石矿物含量较低，有用矿物为胶磷矿，因此适宜的选矿工艺为正反浮选。

正浮选一般采用碳酸钠与水玻璃为调整剂，既可以分散矿泥，又可以抑制硅酸盐脉石矿物，还可调高矿浆的碱度。

3 浮选实验研究

3.1 捕收剂用量实验

采用一次粗选工艺，在抑制剂用量与生产现场相同的情况下开展捕收剂用量实验，考察捕收剂用量与选矿指标的关系，捕收剂用量实验结果可知，增加捕收剂用量，磷精矿中w（MgO）有所降低，但难以降低至0.8%以下。

3.2 磨矿细度实验

为了提高入选原矿的单体解离度，考察磨矿细度与选矿指标的关系，进行磨矿细度实验，结果可知，即便入选原矿粒度很细，精矿中的w（MgO）也很难降低至0.8%以下。对粒径≤0.074mm的精矿矿样进行工艺矿物学实验得知，粒径＞25μm的矿样中胶磷矿和白云石的连生体颗粒一般粒度较大，再磨有使其解离的可能；而粒径≤25μm粒级矿样中，白云石也多与胶磷矿连生，该粒级矿样不具备再磨的条件[4-6]。

3.3 增加精选作业

一次反浮粗选难以获得满足下游用矿的选矿指标，因此增加精选流程。分矿样的方法基本相同，其中粒径＞0.030mm粒级的样品镶嵌时可不用超声波搅拌，≤0.030mm粒级的样品制样时样品量不能超过0.5g，且需要更长时间的超声波搅拌。

磨抛和喷碳（喷金）：磨抛、喷碳（喷金）的方法和矿样未筛分时相同。

优点：一次镶嵌，制样时间短；制样流程缩短，易操作，且减小了样品报废的概率；筛分后粒径＞0.030mm的粒级矿样制样基本不产生团聚的问题，易制成样品，粒径≤0.030mm的粒级制样所用矿样量少，且经过长时间超声和搅拌，可解决其团聚的问题，减少了“Unknown”的量，MLA图像处理工作量小，最主要的是使后续测定的数据更准确。

缺点：矿样筛分、烘干等需要花费人力，且后续制成的样品多，耗费材料多，测定时间长。

4 结语

MLA性能的发挥取决于其测定样品的制备水平，高质量的样品可以体现MLA快速、准确的优越测定性能，低质量的样品会给后续图像处理带来很大的困难，会影响测定数据的准确性。微细粒的磷矿样制备MLA样品时，在不筛分的条件下制成的样品中或多或少存在一些团聚的颗粒，给图像处理和数据的准确性造成不利影响。筛分后再进行制样基本可解决样品颗粒的团聚现象，故推荐对磷矿样品筛分后再制MLA样。该制样方法是长期工作中探索、总结的，制样效果较好，可供其他微细粒样品MLA样品制备借鉴。