含云母鐵尾礦的工藝礦物學研究

牛 珊，王 碩

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

鐵尾礦是含鐵礦物經過一系列選礦工藝提取鐵精礦后殘余的廢棄物，鐵尾礦雖然經過多重的選別工作，但其中仍含有大量的有價成分，由于科技水平的限制，導致不能對鐵尾礦進行充分的回收和再利用[1，2]。

據不完全統計，目前我國礦業生產所累積的尾礦高達59.7億t，其中堆存的鐵尾礦量幾乎占據總尾礦堆存量的1/3，如此之多的尾礦不僅占地面的大，而且也會對周邊的環境造成重大污染[3]。

國外非常重視對鐵尾礦的綜合利用，其研究工作起步較早，許多發達國家把實現無廢料礦山作為開發目標之一，尾礦的綜合利用率達60%以上，并在從尾礦中回收有價金屬與非金屬元素、利用鐵尾礦作為采空區的充填材料、磁化尾礦做土壤改良劑、利用鐵尾礦庫復墾植被以及尾礦制作建筑材料等方面已經取得了許多實用性的成果。

而我國對鐵尾礦的綜合利用率缺卻很低，為了更好地對鐵尾礦回收利用，應充分研究鐵尾礦中有價元素的工藝礦物學問題[4，5]。本論文對某含云母鐵尾進行較為全面的工藝礦物學研究，為此含云母鐵尾礦的后續處理與回收利用提供參考。

1 實驗

為了對含云母鐵尾礦進行工藝礦物學研究，利用HYDRO2000M-MU激光粒度儀確定礦物的粒度分布，采用XRF分析礦物的化學成分。

應用XRD對此鐵尾礦的物相進行初步分析，然后利用MLA和電子探針技術探明此含云母鐵尾礦的礦物成分和嵌布特性[6，7]，達到探明礦物中鐵、鉀賦存狀態的目的。

2 粒度和成分

2.1 粒度分析

使用激光粒度分析儀（HYDRO2000M-MU）對此含云母鐵尾礦的粒度進行分析，由表1可知，含云母鐵尾礦粒級＞74 μm的占12.96%，粒級為45～74 μm的占21.32%，粒級為25～45 μm的占22.14%，粒級＜25 μm的占43.58%。

表1 某含云母鐵尾礦的粒度組成及分布率

2.2 化學成分分析

通過干磨，獲得-0.074mm的粉狀樣品用于化學分析。對樣品先進行X射線熒光光譜分析以定性，獲得元素種類；隨后根據XRF分析結果，進行元素定量分析。定性、定量分析結果見表2、3，結果表明：原礦中主要的有價元素是K含0.72%和Fe含12.48%，主要的組成元素是Si含量為21.94%。

表2 某含云母鐵尾礦的XRF分析結果

表3 某含云母鐵尾礦的元素定量分析結果

3 物相組成

3.1 XRD分析

圖1 某含云母鐵尾礦的XRD能譜

由圖1含云母鐵尾礦的XRD能譜可知，礦物主要由石英、赤鐵礦、長石、云母和斜綠泥石等礦物組成。其中石英為主要的脈石礦物，赤鐵礦和云母為主要的有價礦物。

3.2 MLA及電子探針研究

為了進一步研究含云母鐵尾礦中石英、赤鐵礦、長石、云母、和斜綠泥石等礦物的物相，利用MLA(工藝礦物自動定量分析系統)、電子探針及顯微鏡，進行深入探索研究。

3.2.1 礦物元素組成

經MLA礦物參數自動定量分析系統分析，結果表明：原礦中含有1.06%的K和13.17%的Fe，是主要的有價元素，Si含量為25.93%是主要的組成元素，見表4。

表4 某含云母鐵尾礦的MLA多元素分析結果

3.2.2 礦物組成

經過對礦物的總體形貌和礦物組成分析可知： K元素的載體礦物以黑云母為主，白云母次之，鉀長石占僅少量存在；Fe元素的載體礦物主要有鐵鋁榴石、鐵白云石、鐵綠泥石、鈦鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、黑云母、鐵陽起石等；Si元素的載體礦物有斜長石、石英、鐵綠泥石、鎂鐵榴石、鐵鋁榴石、黑云母、紫蘇輝石、白云母、鉀長石和鐵陽起石。

3.2.3 主要礦物的嵌布特性

赤鐵礦：分子式是Fe2O3，為鐵的主要礦物，鋼灰色至鐵黑色，金屬光澤至半金屬光澤，硬度5-6，比重5.0-5.3，具電磁性。鏡下觀察，赤鐵礦多為單體解離顆粒，部分浸染狀分布于透明礦物之間，或與透明礦物連生。部分赤鐵礦晶體中可見鈦鐵礦為客晶，以固溶體分離狀于赤鐵礦中。粒度一般在0.004-0.24mm之間，赤鐵礦以五種形式存在：①赤鐵礦稀疏浸染狀分布于透明礦物中；②鈦鐵礦、赤鐵礦包裹于褐鐵礦中；③它形粒狀赤鐵礦、鈦鐵礦與透明礦物連生；④單體解離的赤鐵礦及鈦鐵礦顆；⑤赤鐵礦于透明礦物顆粒間，鈦鐵礦為客晶，固溶體分離狀于赤鐵礦中。

石英：分子式是SiO2，無色，玻璃光澤，斷口油脂光澤，硬度7，比重2.65。鏡下觀察，多呈單體解離顆粒，少部分與綠泥石、黑云母、長石連生，偶見包裹電氣石。粒度一般在0.006-0.5mm之間。

鐵鋁榴石：分子式是Fe3Al2[SiO4]3，粉紅色，玻璃光澤，斷口油脂光澤，性脆，硬度5.6-7.5，比重3.5-4.2。鏡下觀察，呈粒狀，單體解離顆粒。粒度一般在0.02-0.3mm。見顯微照片8。電子探針2個點測數據顯示，鐵鋁榴石中平均含鐵（FeO）36.064%、硅（SiO2）38.055%、鋁（Al2O3）21.920%、鈣（CaO）3.346%、鎂（MgO）1.047%、鈦（TiO2）0.049%、鉀（K2O）0.012%。

白（絹）云母：分子式是K{Al2[AlSi3O10](OH)2}，含量約為1.20%。無色，透明，珍珠光澤，硬度2-4，比重2.76-3.10。鏡下觀察，多呈單體解離的片狀顆粒，少數與長石、石英等連生。粒度一般在0.03-0.36mm之間。

黑云母：分子式是K{(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH)2}，深褐色，透明至不透明，玻璃光澤，硬度2.5-3，比重3.02-3.12。鏡下觀察，多為單體解離的片狀顆粒，部分綠泥石化，少部分與石英、長石連生。粒度一般在0.06-0.62mm之間。見顯微照片10、11。電子探針2個點測數據顯示，黑云母中平均含鐵（FeO）21.126%、鉀（K2O）8.330%、硅（SiO2）36.968%、鋁（Al2O3）16.145%、鎂（MgO）11.146%、鈦（TiO2）1.178%、鈉（Na2O）0.188%。

綠泥石：分子式(Mg,Fe,Al)3(OH)6{(Mg,Fe,Al)3[(Si,Al)4O10](OH)2}，含量約為16.00%。綠色，云母光澤，透明，硬度2-2.5，比重2.68-3.4。鏡下觀察，多為單體解離的片狀顆粒，部分與石英、長石、云母、碳酸鹽連生，部分綠泥石為黑云母蝕變而來。粒度一般在0.06-0.5mm之間。電子探針2個點測數據顯示，綠泥石中平均含鐵（FeO）20.885%、鉀（K2O）0.020%、硅（SiO2）25.525%、鋁（Al2O3）22.528%、鎂（MgO）17.638%。

斜（正）長石：分子式分別是Na[AlSi3O8]和K[AlSi3O8]，含量分別約為18.92%和0.6%。斜長石為白色，玻璃光澤，硬度6-6.5，比重2.60-2.76；正長石為肉紅色，硬度6-6.5，比重2.570。鏡下觀察，兩者不易區分，多為單體解離顆粒，部分與石英、云母、碳酸鹽連生。粒度一般在0.18-0.3mm之間。見顯微照片11、14、15。電子探針2個點測數據顯示，正長石中平均含鐵（FeO）0.193%、鉀（K）16.180%、硅（Si2O）65.209%、鋁（Al2O3）18.466%、鈉（Na2O）0.111%。

鐵白云石、方解石：分子式分別是Ca(Mg,Fe)[CO3]2和Ca[CO3]，含量分別約為9.40%和1.10%。白色、透明，密度，比重。經X-衍射分析及電子探針成分分析，礦樣中有鐵白云石和方解石同時存在，鏡下觀察，二者不易區分，多為單體解離的顆粒，部分與綠泥石、石英等連生，部分被鐵質浸染。粒度一般在0.02-0.32mm之間。見顯微照片16、17(照片中標注為碳酸鹽)。電子探針2個點測數據分析顯示，鐵白云石中平均含鐵（FeO）13.029%、鉀（K2O）0.015%、鈣（CaO）26.9%、鎂（MgO）11.085%、錳（MnO）2.72%、硅（SiO2）0.327%、鋁（Al2O3）0.187%。

3.2.4 鐵、鉀賦存狀態研究

經鏡下觀察，MLA分析、X-衍射分析、電子探針成分分析，礦物中有氧化物、硫化物、硅酸鹽、磷酸鹽和碳酸鹽五類，共計20種礦物存在。

主要為硅酸鹽，約占礦物總質量的51.16%；氧化物次之，約占礦物總質量的36.95%；碳酸鹽約占礦物總質量的10.50%；磷酸鹽約占礦物總質量的1.08%；硫化物約占礦物總質量的0.23%，詳情見表5。

表5 某含云母鐵尾礦的礦物成分分析

（1）鐵的賦存狀態

化學分析顯示，礦物中鐵的含量為12.48%，經鏡下觀察、MLA分析和電子探針成分分析，礦物中鐵有兩種賦存狀態，一種是以獨立礦物的形式賦存在赤鐵礦、褐鐵礦、鈦鐵礦和磁鐵礦，以及少量的黃銅礦和黃鐵礦中；另一種是以類質同象的形式賦存在綠泥石、鐵白云石、黑云母、鐵鋁榴石和陽起石中。鐵在各主要含鐵礦物中的分配率計算詳見表6。

表6 鐵在各主要含鐵礦物中的分配率

黃銅礦 0.23 30.614 0.0704 0.57綠泥石 16.00 16.244 2.5990 20.96鐵白云石 9.40 10.134 0.9526 7.68黑云母 6.24 16.431 1.0253 8.27鐵鋁榴石 6.80 28.050 1.9074 15.38陽起石 1.40 18.510 0.2591 2.09其它 51.28 / / /合計 99.92 / 12.4027 100.01

（2）鉀的賦存狀態

化學分析顯示，礦物中鉀的含量為0.62%，經鏡下觀察、MLA分析和電子探針成分分析，礦物中鉀主要以獨立礦物的形式賦存在黑云母、白云母和正長石中。鉀在各主要含鉀礦物中的分配率計算詳見表7。

表7 鉀在各主要含鉀礦物中的分配率

4 結論

（1）礦物為粉末狀，具浸染狀構造。結構主要有它形粒狀結構、包含結構和固溶體分離結構。

（2）礦物中有氧化物、硫化物、硅酸鹽、磷酸鹽和碳酸鹽5類，共計20種礦物存在。硅酸鹽主要，約占礦物總質量的51.16%；氧化物次要，約占礦物總質量的36.95%；碳酸鹽約占礦物總質量的10.50%；磷酸鹽約占礦物總質量的1.08%；硫化物約占礦物總質量的0.23%。

（3）礦物中鐵的含量為12.48%，有兩種賦存狀態，一種是以獨立礦物的形式賦存在赤鐵礦、褐鐵礦、鈦鐵礦和磁鐵礦，以及少量的黃銅礦和黃鐵礦中；另一種是以類質同象的形式賦存在綠泥石、鐵白云石、黑云母、鐵鋁榴石和陽起石中。

（4）礦物中鉀的含量為0.62%，主要以獨立礦物的形式賦存在黑云母、白云母和正長石中。