某石英云母片岩的矿物学特征及综合利用分析

2022-07-12王全亮赵建湘周虎强

湖南有色金属 2022年3期

王全亮，赵建湘，周虎强

（1.湖南有色金属研究院有限责任公司，湖南长沙 410100；2.湖南有色环保研究院有限公司，湖南长沙 410100）

云母是分布最广的造岩矿物［1］，贯通于伟晶岩各个成岩阶段［2］。湖南湘东北仁里-传梓源铌、钽、锂矿床是近期发现的大型伟晶岩型稀有金属成矿区［3］，其矿体顶板为分布广泛的云母片岩。由于云母片岩片理间粘结力弱，岩石强度低［4］，将成为该稀有金属矿开采的工程安全隐患。国内外学者主要针对云母片岩的微观结构、力学特征等方面做了大量的工作并取得了一定的成果［5～7］，但在云母片岩的矿物学特征及综合利用的研究方面研究少见。本文以湘东北某石英云母片岩为研究对象，系统研究片岩的物质组成、结构构造、矿物嵌布特征等矿物学特性，分析基于矿物学特征的综合利用技术，为合理开发该片岩资源选择适宜的选矿工艺，消除开采时工程地质条件的不稳定性等安全隐患，解决露天开采占用土地及环境污染等方面提供技术支持。

1 试验

石英云母片岩原矿样取自湘东北仁里-传梓源铌钽锂矿区多个样品组合而成的综合矿样，综合矿样经破碎、研磨后，采用S4 P10VER型X-射线荧光光谱仪（XRF）、D8 ADVANCE型X-射线衍射仪（XRD）测定原矿样化学成分和矿物组成；采用HITACHI SU3500扫描电镜（SEM）和OXFORD XMAX-50能谱仪（EDS）对原矿样进行矿物嵌布特征和主要目的矿物成分分析，在试验过程中并辅以化学分析手段。

2 结果与讨论

2.1 原矿的物质组成

2.1.1 原矿的化学组成

原矿的XRF分析结果见表1。从表1可知，原矿的主要化学成分为SiO2，其含量为71.16%，其次是Al2O3、Fe2O3、K2O，这四种元素合计占原矿总质量的96%以上。

表1 原矿XRF分析结果 %

2.1.2 原矿矿物组成及相对含量

原矿的XRD如图1所示，通过显微镜鉴定，结合化学元素及XRD结果，原矿样主要矿物相对含量见表2。由图1和表2可知原矿中主要矿物为石英、黑云母、白云母，其次为长石、绿泥石等。其中石英含量达到51.2%，白云母、黑云母含量相差不大，云母合量为31.5%，长石含量6.3%。

表2 原矿中主要矿物组成及含量 %

图1 原矿的XRD谱

2.2 矿石中主要矿物的SEM及EDS分析

原矿的SEM观察结果和EDS分析结果如图2和图3所示。

由图2和图3可知矿石中主要矿物相比较明显，图3（a）中主要矿物为石英，图3（b）中主要矿物为白云母，图3（c）中主要矿物为黑云母，图3（d）中主要矿物为钾长石，图3（e）中主要矿物为角闪石，图3（f）中主要矿物为绿泥石，图3（g）中主要矿物为红柱石，图3（h）中主要矿物为钛铁矿。

图2 不同矿物颗粒的SEM像

图3 图2中（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）、（g）和（h）的EDS谱

2.3 矿石的构造和结构

原矿呈浅灰色或灰黑色，具鳞片变晶结构、片状构造，片理发育，属于石英二云母片岩。原矿以片状、粒状、柱状矿物为主。片状矿物主要是黑云母、白云母、少量绿泥石；粒状、柱状矿物主要是石英，少量长石、角闪石和红柱石。由于风化作用，矿石结构较为松散。

2.4 组成矿物的镜下特征

2.4.1 云母矿物

云母矿物为白云母与黑云母，两者含量相差不大，呈薄片状、鳞片状，定向分布（见图4（a）），黑云母、白云母呈不规整的相间或互层分布（见图4（b）），黑云母中可见白云母存在，白云母中也见黑云母存在（见图4（c））。云母片大小不均，其云母类嵌布粒径：长轴方向0.1～20 mm不等，短轴方向0.01～0.2 mm不等。

图4 原矿电镜扫描图像

2.4.2 石英

石英矿物主要呈粒状、柱状（见图4（c）），石英被压扁拉长现象明显（见图4（a）及图4（b））。石英矿物大小不均，石英在矿石中的嵌布粒度一般为0.05～12 mm。

2.4.3 其它矿物

长石矿物主要呈粒状、柱状（见图4（b）），粒径在0.02～0.2 mm之间。绿泥石呈鳞片状分布，部分绿泥石分布于角闪石、红柱石的裂隙裂纹中（见图4（c）及图4（d））。角闪石呈长柱状、粒状，主要为普通角闪石和直闪石（见图4（d）），粒径在0.005～0.6 mm之间。红柱石呈柱状、粒状，红柱石包含绿泥石、石英和云母（见图4（c）），粒径在0.01～0.5 mm之间。

2.5 组成矿物的嵌布粒度

采用线测法分别统计了矿石中的白云母、黑云母、石英、长石及角闪石的粒度分布情况，结果见表3。由表3可知：当矿石粒度全部小于0.15mm时，白云母的单体解离度可达85.49%；当矿石粒度全部小于0.074 mm时，黑云母的单体解离度可达87.22%；当矿石粒度全部小于0.038 mm时，石英、长石及角闪石的单体解离度分别可达92.71%、78.44%及94.76%。

表3 原矿中主要矿物的嵌布粒度

2.6 基于矿物学特征的综合利用技术分析

为实现该石英二云母片岩的高效开发及综合利用，根据原矿的矿物学特征，通过合适的选矿工艺对原矿中的云母（白云母、黑云母）和石英等有价矿物进行分离、除杂及提纯，提高云母及石英产品的品位和质量、为实现高档次应用提升其利用价值［8］。云母和石英的选矿分离提纯常用方法有手选、风选、形状选矿、浮选等［9～11］。

针对该石英二云母片岩原矿而言，由于云母与石英和长石的浮选工艺比较成熟［8，12～14］，可采用单一的浮选工艺就能实现云母与石英的高效分离，浮选工艺流程相对简单，但综合回收的云母精矿产品品质相对较为单一。该石英二云母片岩原矿中的云母共生关系较为简单，破碎筛分成不同粒径矿石后可形成与其它矿物外形存在明显差别且粒度不同的云母矿物单体颗粒（见图5）。为实现不同粒度已解离而不会过粉碎的片状云母精矿的尽早回收，采用风选机不同风力对破碎筛分成不同粒径矿石进行风选，风选尾矿经粗磨采用摇床等设备进行形状选矿别工艺，可得到较高品位和回收率的不同粒径的系列化片状云母精矿，有利于后续的云母精矿的应用。形状选别后的尾矿采用磁选工艺脱除钛铁矿、磁铁矿、绿泥石、角闪石及少量的黑云母等含铁钛矿物后，经浮选分离可分别得到的云母、长石及石英精矿。采用风选—形状选矿—浮选工艺，利用了粒度明显不同的云母矿物单体，可获得有利于后续应用的不同粒径的系列化片状云母精矿产品，提高经济效益和矿石的综合利用率。但由于云母片岩属于软质岩，岩石强度低，对破碎解离方式要求相对较高，则需要着重关注矿石的破碎剥层设备及工艺，也是提高云母矿物品位和回收率的重要手段之一。