重慶地區(qū)鋁土礦工藝礦物學(xué)研究

惠 博，曾令熙，劉飛燕

(1.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所，四川 成都 610041)

我國鋁土礦具有資源豐富、鋁高、硅高的特點，不能滿足拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的要求[1]。通過采用經(jīng)濟高效的選礦技術(shù)脫硅獲得高鋁硅比精礦，而后選精礦采用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁，即選礦——拜耳法，是近期內(nèi)增強我國氧化鋁工業(yè)生存與競爭能力，并使之充滿活力的重要途徑[2]。重慶市域內(nèi)鋁土礦儲量在全國排名第五位。市域內(nèi)鋁土礦床規(guī)模的特點是大、中型礦床少，小型礦床及礦點多，礦床類型屬沉積型鋁土礦床。

本次研究瞄準(zhǔn)富集除雜(富鋁、降硅、降鐵、降硫、除鈦等)這一選冶目標(biāo)，結(jié)合傳統(tǒng)工藝研究手段，應(yīng)用現(xiàn)代分析測試技術(shù)(包括掃描電鏡、能譜儀、X射線衍射)，研究了礦石的物質(zhì)組成、嵌布特征、工藝粒度特征、賦存狀態(tài)及元素分布規(guī)律，為選擇合適的選礦工藝流程、合理的開發(fā)利用條件，以及為該礦產(chǎn)資源利用提供礦石工藝礦物學(xué)方面的可靠依據(jù)及基礎(chǔ)資料。

1 礦石物質(zhì)組成

1.1 化學(xué)多項分析

主要元素的化學(xué)分析結(jié)果見表1。

表1 主要元素化學(xué)分析結(jié)果

注：*×10-6。

1.2 物相分析

鋁物相分析結(jié)果見表2。

表2 鋁物相分析結(jié)果

化學(xué)分析結(jié)果(表1、表2)表明，該鋁土礦Al2O3含量57.12%，TFe含量9.25%，S含量0.036%。鋁硅比為A/S=5.14。根據(jù)鋁土礦國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 24483-2009)的要求，該鋁土礦品級符合沉積型(一水硬鋁石)類型，牌號為LK5-60，為一水硬鋁石低鐵低硫鋁土礦，達(dá)到了工業(yè)品位要求。

1.3 礦物組成及含量

按照影響選礦的目標(biāo)元素類型，將礦石組成礦物劃分為8大類，即鋁礦物、硅酸鹽礦物、鐵礦物、硫化物、鈦礦物、硫酸鹽礦物、碳酸鹽礦物及其他含量極少的礦物。每一大類又根據(jù)礦物相對含量劃分為3個亞類，分別為主要礦物、次要礦物及微量礦物。礦物組成及含量見表3。

表3 礦物組成及含量

本次實驗研究結(jié)果表明，礦石中主要組成礦物為一水硬鋁石和黏土礦物，含量分別為40.12%和53.12%，二者含量占總礦物含量的93.24%，礦物分布非常廣泛。其余常見礦物包括黃鐵礦、金紅石、鋯石和石英等，其總含量僅為6.76%。這些礦物呈細(xì)小分散狀態(tài)分布，分布不均勻。

2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

區(qū)別于巖漿成因和變質(zhì)成因的礦產(chǎn)，鋁土礦的沉積成因特性決定了礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造的特殊性。手標(biāo)本和光學(xué)顯微鏡鑒定表明，一水硬鋁石的粒度一般在0.009～0.055mm之間，顆粒緊密排列，表面常具有鐵染現(xiàn)象；部分一水硬鋁石呈柱狀、片狀晶體產(chǎn)出，多出現(xiàn)礦石的裂隙中或者孔洞附近。礦石具有典型的豆?fàn)顦?gòu)造和土狀構(gòu)造。

1) 豆?fàn)顦?gòu)造。礦石中，按照礦物富集相對程度劃分為豆粒部分(圖1,圖2)和基質(zhì)部分(圖3，圖4)。豆體不具有典型沉積顆粒，具有圈層結(jié)構(gòu)，一般具有一個干凈的包殼，包殼寬度集中在0.1～0.3mm；沉積礦產(chǎn)中，鮞粒的核心一般為碎屑物質(zhì)，如石英或者方解石，區(qū)別于此類顆粒，鋁土礦膠粒的核心一般為黏土類或者相似的層狀硅酸鹽礦物集合體。核心和包殼的關(guān)系：邊界不清，相互包含。豆粒度大小一般為2～10mm。

2) 土狀構(gòu)造。礦石礦物分布均勻，不具有豆、鮞、條帶等不均勻體，表面似松散的土狀。由于強烈的風(fēng)化或者成巖作用，有時會過度成為蜂窩狀構(gòu)造，表現(xiàn)為疏松多孔狀。

圖1 豆粒反光顯微鏡圖像

圖2 豆粒背散射圖像

圖3 基質(zhì)部分豆粒反光顯微鏡圖像

圖4 基質(zhì)部分豆粒背散射圖像

3 主要礦物的工藝粒度特征

礦物的工藝粒度與礦物的自然粒度(圖5，圖6)不同，它是根據(jù)礦物加工工藝的需要而測量的一種粒度。在成礦過程中，一部分一水硬鋁石產(chǎn)生重結(jié)晶等變化，在此過程中脫除一部分硅，使一水硬鋁石變成較規(guī)則的粒狀、柱狀、板狀、紡錘狀等富集合體(圖5，圖6)。在這種集合體中，雖然仍有少量的微細(xì)粒狀態(tài)存在的高嶺石、綠泥石等含硅脈石礦物，但這些富集合體的鋁硅比已經(jīng)達(dá)到或者超過了鋁精礦的質(zhì)量要求，所以將這些富集合體作為一水硬鋁石的整體來測量。按照這種方法測定的粒度，就是礦物的工藝粒度。利用掃描電鏡及普通低倍光學(xué)顯微鏡，統(tǒng)計了一水硬鋁石的工藝粒度(表4)。

圖5 短柱狀一水硬鋁石掃描電鏡圖像

圖6 片狀黏土礦物掃面電鏡圖像

表4 工藝粒度測定結(jié)果

從測量結(jié)果來看，本樣品中的膠粒集合體的工藝粒度較粗，0.1mm以上的含量達(dá)到80.82%，0.074mm以下(200目)的集合體含量僅為14.04%。

4 鋁和硅的賦存狀態(tài)和平衡配分

根據(jù)主要礦物的化學(xué)成分、礦物含量，計算出了鋁和硅在各礦物中的分布情況。單礦物化學(xué)成分采用能譜探針平均數(shù)據(jù)。

4.1 鋁在礦物中的賦存狀態(tài)和平衡配分

鋁元素的平衡分配結(jié)果見表5。

表5 鋁元素的平衡分配結(jié)果

由表5說明，礦石中鋁主要以一水硬鋁石的狀態(tài)存在；其次是黏土礦物(以高嶺石為主)；其他形式的鋁少量。礦石中以鋁礦物狀態(tài)存在的鋁占63.37%。黏土礦物中的鋁占到了36.63%。

4.2 硅在礦物中的賦存狀態(tài)和平衡配分

硅元素的平衡分配結(jié)果見表6。

表6 硅元素的平衡分配結(jié)果

由表6說明，礦石中硅元素主要是以鋁硅酸鹽(黏土礦物)礦物狀態(tài)存在的。其余形式的硅極少；黏土礦物中硅的分布率達(dá)到了98.92%。鋁礦物中的硅僅占1.08%，所以提高精礦的鋁硅比，主要是降低精礦中的高嶺石、綠泥石等鋁硅酸鹽礦物的含量。

5 元素的分布規(guī)律

通過能譜探針面掃描技術(shù)，研究鋁土礦中主要元素的分布規(guī)律(圖7)。

1) 鋁元素主要分布在膠粒邊部，呈包殼狀；其次分布在基質(zhì)中小的膠粒中，呈獨立的鋁土礦集合體。鋁和鐵呈反向分布，鋁和硅呈反向分布。

2) 鐵和硅呈正相關(guān)關(guān)系，緊密結(jié)合。主要分布在膠粒核心，其次作為基質(zhì)背景圍繞小的膠粒分布。

3) 鈦分布在鈦礦物(金紅石、板鈦礦等)中，稀散分布在礦石中。

4) 鎂沒有和其他元素結(jié)合的特征，分布十分稀散，推斷是作為其他元素的類質(zhì)同相形式存在。

圖7 元素面分布圖

6 礦石性質(zhì)對選礦工藝的影響及選礦工藝研究方向

鋁土礦特殊的成礦機制,決定了其特色的礦物嵌布特征和元素賦存狀態(tài)；而礦石的這些性質(zhì)又是礦物分離利用的基礎(chǔ)。本次研究圍繞富集除雜(富鋁、降硅、降鐵、降硫等)這一選冶目標(biāo)，全面研究了鋁土礦物工藝礦物指標(biāo)，闡述了礦石工藝性質(zhì)對選礦工藝的影響，指明重慶地區(qū)鋁土礦選礦預(yù)脫硅工藝研究方向。

6.1 選別對象的確定

該鋁土礦為沉積型一水硬鋁石低鐵低硫鋁土礦。主要組成礦物為一水硬鋁石和黏土礦物，含量分別為40.12%和53.12%。二者呈集合體狀態(tài)產(chǎn)出，礦物界限不清。一水硬鋁石是礦石中最重要的鋁礦物，其鋁的占有率達(dá)到了60.11%，故一水硬鋁石是選礦的目標(biāo)礦物。

6.2 工藝粒度對磨礦作業(yè)的影響

礦石的工藝粒度,對選礦脫硅、提高鋁硅比具有重要意義[3]。由于一水硬鋁石集合體0.1mm以上的含量達(dá)到80.82%，礦石經(jīng)粗磨后這部分集合體就成為富連生體，它的鋁硅比已經(jīng)達(dá)到或者超過了

鋁精礦的質(zhì)量要求。所以磨礦時，只要以一水硬鋁石富連生體作為選礦捕集和回收的對象，這就為鋁土礦選礦脫硅，粗磨入選、放粗鋁精礦的粒度提供了理論依據(jù)。

由于鋁土礦中各組份在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、硬度和相對含量上存在較大差別，通過改變磨礦方式、磨礦介質(zhì)等操作條件，控制不同礦物的選擇性解理，就可通過選擇性磨礦的方式實現(xiàn)對礦物的分離。

6.3 提高鋁硅比的途徑

1) 提鋁降硅。黏土礦物中硅的分布率達(dá)到了98.92%。所以提高精礦鋁硅比的主要途徑是降低精礦中的高嶺石、綠泥石等鋁硅酸鹽礦物的含量。

無論是采用正浮選工藝還是反浮選工藝，提高鋁硅比的途徑無非就是兩個方面，一方面加強回收對象的選擇性、捕收劑能力陽離子或者陰離子捕收劑的開發(fā)研究，另一方面選擇合理的有機與無機抑制劑，可以達(dá)到對排除礦物有效抑制的目的。

2) 脫硫。礦石中的含硫礦物一般集中在黃鐵礦中，碎屑狀分散。可以在選礦預(yù)脫硅之前，先行通過浮選作業(yè)脫除。

3) 降鐵。礦石中鋁元素和鐵元素呈反向分布，鋁和硅呈反向分布。鐵主要伴隨黏土礦物分布，故降硅的過程同時也是除鐵的過程。

[1] 方啟學(xué)，紐因健，黃國智.我國氧化鋁工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展策略探討[J].中國有色金屬學(xué)會會訊，2000(4)：11-15.

[2] 黃國智，方啟學(xué).鋁鎂選礦年評[J].第九屆全國選礦年評學(xué)術(shù)會議論文集，有色金屬:選礦部分，2001(增刊)：142-152.

[3] 陸維和，劉焦萍.鋁土礦選礦脫硅指標(biāo)的影響因素分析[J].有色金屬:選礦部分，2002(4)：5-8.