礦物學發展現狀及我國礦物學前景展望

米爾古麗·阿布拉

（新疆大學 地質與礦業工程學院，新疆 烏魯木齊 830047）

工藝礦物學主要研究礦石的工藝性質，對其礦物組成、解離度、元素賦存狀態等特征參數進行分析，是選礦工藝研究必不可少的部分。針對云南某選廠生產中出現的磷精礦中w（MgO）難以降低到0.8%以下、藥劑消耗量偏高等問題，對現場生產流程樣進行工藝礦物學研究，并結合浮選實驗，找出磷精礦中MgO難以脫除的原因，為生產出合格的精礦產品提供理論依據和指導。在磷礦資源短缺和質量不斷下降的大背景下，中低品位膠磷礦的開發與利用技術嚴重制約著我國磷化工產業的發展。磷礦石中脈石礦物的種類、成分和形態直接影響浮選工藝的選擇。工藝礦物學研究正是通過對原料與產物中的礦物組成、元素賦存狀態、礦物的嵌布粒度以及單體解離度等內容進行研究，為中低品位礦的采選提供重要的技術支持。單一反浮選使得部分高硅低鎂的膠磷礦無法使用，不僅造成了巨大的資源浪費，而且侵占大量的土地，且還存在環境污染的風險。因此，亟需解決此類膠磷礦選礦的技術難題，資源化利用廢棄堆存低品位膠磷礦。礦物學的發展為人類的生存起到了決定性的作用，隨著現代科學的不斷進步，礦物學的發展現狀也隨之興起，本文對礦物學的發展前景進行分析，達到推動我國礦物學快速發展的目標[1]。

1 礦石的結構構造特征

1.1 礦石的構造

大峪口磷礦礦石以塊狀構造、浸染條帶狀構造和層狀構造為主。礦石中主要礦物呈無定向和分層等特征，構成塊狀構造；部分石英呈浸染狀分布于純膠磷礦中，形成浸染條帶狀構造；部分碳酸鹽類礦物和膠磷礦呈分層分布，構成層狀構造。

1.2 礦石的結構

礦石的結構主要包括半自形－它形結構、殘余結構、包含結構等。礦石中的白云石、膠磷礦均無固定的晶體形狀，是典型的半自形－它形結構礦物；礦石中的白云石、方解石成“碎片”或“破布”形狀，形成殘余結構；礦石中可見膠磷礦包裹褐鐵礦、黃鐵礦等金屬礦物，構成包含結構[2]。

1.3 礦樣工藝礦物組成

（1）礦樣化學組成。該選廠采用反浮選工藝流程，一次粗選、一次精選加一次掃選流程。生產過程中會對不同類型的磷礦石進行配礦，從而獲得滿足浮選工藝要求的高鎂低硅鈣質磷礦。取生產異常流程樣，用25μm孔徑（500目）篩篩分后進行化學分析，可知，精礦中MgO富集于粒徑＞25μm的礦樣之中，說明該粒級可能存在沒有單體解離的白云石；尾礦2中P2O5富集于粒徑≤25μm的礦樣中，說明該粒級可能存在已經解離但沒有回收的膠磷礦。

（2）礦樣的礦物組成。礦樣中主要礦物組成為膠磷礦（主要成分為碳氟磷灰石）、白云石、石英（玉髓）、褐鐵礦、黏土礦物。有用礦物主要為膠磷礦，約占礦樣的55%，白云石為主要脈石礦物，約占31%，黏土礦物約占3%，石英（玉髓）約占8%，褐鐵礦約占1%，其他礦物約占2%。膠磷礦主要呈凝膠狀和團塊狀，白云石和有用礦物膠磷礦嵌布緊密，呈膠磷礦顆粒的膠結物、包裹體等。

1.4 礦樣單體解離度測定

粒徑≤25μm的礦樣制樣和觀測難度均較大，所以僅對粒徑＞25μm的礦樣在偏光顯微鏡下進行單體解離度測定。粒徑＞25μm的溢流礦樣單體解離度測定結果表明，這個粒級的礦樣多以連生體形式存在。該粒級精礦礦樣中基本不存在已經單體解離的白云石礦物，白云石和膠磷礦以連生體的形式存在。粒徑＞25μm尾礦礦樣中，尾礦1中已經解離的膠磷礦占35.7%，尾礦2中已經解離的膠磷礦占56.1%，而在粒徑≤25μm粒級中，膠磷礦的解離度會更高。

1.5 膠磷礦的嵌布特性

磷礦中最主要的礦物是膠磷礦占52.77%，也是回收的目的礦物。電鏡下觀察膠磷礦多為集合體呈不規則形狀或粒狀，邊部多呈土狀，粒狀晶形主要以不規則粒狀或圓粒狀為主；大部分膠磷礦呈單體解離的形式產出，只有部分與粒狀的石英顆粒相互共生，部分膠磷礦晶粒間隙析出白云石呈無定形狀，此外鮞狀的膠磷礦顆粒被少部分的石英包裹，大顆粒的白云石與膠磷礦交代形成殘余結構，這些礦膠磷礦的粒度較細，尚未完全實現單體解離狀態[3]。

2 磷礦浮選機理

磷礦浮選機理研究主要通過單礦物浮選、Zeta電位測試、紅外光譜表征、藥劑吸附量和接觸角測定等方法以及浮選溶液化學計算，探討浮選藥劑在礦物表面的吸附特性和作用機制。采用反射紅外光譜揭示不同浮選藥劑濃度下的吸附機理，低濃度油酸鈉在磷礦表面發生化學吸附，同時存在反應產物油酸鈣沉淀的物理吸附；當油酸鈉濃度超過臨界膠束濃度時，油酸鈉殘留在表面形成多層吸附，使膠磷礦表面疏水性降低；另外，隨著油酸鈉濃度增大，由點狀吸附聚集為片狀吸附，覆蓋面積增大，但并未完全覆蓋。研究了油酸鈉、亞油酸鈉與膠磷礦的作用，發現亞油酸鈉的捕收能力大于油酸鈉，且結合紅外光譜和吸附量測試，證實了在堿性（pH=9.8）條件下，油酸鈉、亞油酸鈉與礦物表面發生單層的化學吸附，而在弱酸性（pH=6）條件下，既發生化學吸附又發生物理吸附，且吸附形式為多層吸附。不同正反浮選工藝流程開路試驗基于上述工藝礦物學的研究，此類型磷礦為硅鈣質膠磷礦，硅酸鹽脈石礦物含量較高，白云石等碳酸鹽脈石礦物含量較低，有用礦物為膠磷礦，因此適宜的選礦工藝為正反浮選。

正浮選一般采用碳酸鈉與水玻璃為調整劑，既可以分散礦泥，又可以抑制硅酸鹽脈石礦物，還可調高礦漿的堿度。

3 浮選實驗研究

3.1 捕收劑用量實驗

采用一次粗選工藝，在抑制劑用量與生產現場相同的情況下開展捕收劑用量實驗，考察捕收劑用量與選礦指標的關系，捕收劑用量實驗結果可知，增加捕收劑用量，磷精礦中w（MgO）有所降低，但難以降低至0.8%以下。

3.2 磨礦細度實驗

為了提高入選原礦的單體解離度，考察磨礦細度與選礦指標的關系，進行磨礦細度實驗，結果可知，即便入選原礦粒度很細，精礦中的w（MgO）也很難降低至0.8%以下。對粒徑≤0.074mm的精礦礦樣進行工藝礦物學實驗得知，粒徑＞25μm的礦樣中膠磷礦和白云石的連生體顆粒一般粒度較大，再磨有使其解離的可能；而粒徑≤25μm粒級礦樣中，白云石也多與膠磷礦連生，該粒級礦樣不具備再磨的條件[4-6]。

3.3 增加精選作業

一次反浮粗選難以獲得滿足下游用礦的選礦指標，因此增加精選流程。分礦樣的方法基本相同，其中粒徑＞0.030mm粒級的樣品鑲嵌時可不用超聲波攪拌，≤0.030mm粒級的樣品制樣時樣品量不能超過0.5g，且需要更長時間的超聲波攪拌。

磨拋和噴碳（噴金）：磨拋、噴碳（噴金）的方法和礦樣未篩分時相同。

優點：一次鑲嵌，制樣時間短；制樣流程縮短，易操作，且減小了樣品報廢的概率；篩分后粒徑＞0.030mm的粒級礦樣制樣基本不產生團聚的問題，易制成樣品，粒徑≤0.030mm的粒級制樣所用礦樣量少，且經過長時間超聲和攪拌，可解決其團聚的問題，減少了“Unknown”的量，MLA圖像處理工作量小，最主要的是使后續測定的數據更準確。

缺點：礦樣篩分、烘干等需要花費人力，且后續制成的樣品多，耗費材料多，測定時間長。

4 結語

MLA性能的發揮取決于其測定樣品的制備水平，高質量的樣品可以體現MLA快速、準確的優越測定性能，低質量的樣品會給后續圖像處理帶來很大的困難，會影響測定數據的準確性。微細粒的磷礦樣制備MLA樣品時，在不篩分的條件下制成的樣品中或多或少存在一些團聚的顆粒，給圖像處理和數據的準確性造成不利影響。篩分后再進行制樣基本可解決樣品顆粒的團聚現象，故推薦對磷礦樣品篩分后再制MLA樣。該制樣方法是長期工作中探索、總結的，制樣效果較好，可供其他微細粒樣品MLA樣品制備借鑒。