鐵鋁共生礦工藝礦物學研究

李莎莎

(中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司,河南 鄭州 450041)

本研究試驗樣品取自廣西貴港某鋁土礦礦區,礦石中鐵含量遠高于普通鋁土礦,為高鐵型低品位鋁土礦,亦可稱為鐵鋁共生礦,主要成分是鋁、硅、鐵的氧化物[1～3]。通過X熒光光譜分析與化學多元素分析進行定量分析,應用光學顯微鏡、掃描電鏡以及QEMSCAN礦物定量分析儀確定礦石的物質組成、嵌布特征、工藝粒度特征、賦存狀態及元素分布規律等工藝礦物學參數,為礦石的綜合回收利用提供理論依據。

1 化學成分及礦物組成

原礦化學多元素分析結果見表1。由表1可知,礦石中Al2O3含量為29.35%,Fe2O3含量為31.22%,SiO2含量為10.32%。

表1 主要元素化學分析結果 %

原礦物相分析結果見表2。由表2可知,礦石中的主要鋁礦物為三水鋁石和一水硬鋁石,兩者含量之和達到36.99%;硅酸鹽礦物主要有高嶺石和綠泥石,兩者之和為10.42%;鐵礦物主要有褐鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦以及少量的鈦鐵礦;其余為少量的鈣鋁榴石、尖晶石、石英、方解石、白云石、正長石、斜長石、鋯石等礦物。

表2 礦樣的主要礦物組成 %

2 礦物共生關系

采用QEMSCAN分析并統計礦石中各目的礦物的共生關系。分析結果表明,礦物間的共生關系整體較為復雜,自由表面積比例較低。其中,三水鋁石主要與一水硬鋁石、高嶺石、綠泥石、 褐鐵礦、針鐵礦、赤鐵礦、鈦鐵礦、銳鈦礦等礦物共生,其中,與褐鐵礦的共生表面積比例達 10.06%,自由表面積比例為60.71%;一水硬鋁石主要與三水鋁水、高嶺石、綠泥石、 褐鐵礦、針鐵礦等礦物共生,其中,與三水鋁石的共生表面積比例達 11.17%,自由表面積比例為70.02%;高嶺石主要與三水鋁水、一水硬鋁石、綠泥石、 褐鐵礦、針鐵礦等礦物共生,且與各礦物的共生比例均較小,自由表面積比例達到 72.22%;綠泥石主要與三水鋁水、一水硬鋁石、高嶺石、 褐鐵礦等礦物共生,自由表面積比例為 68.93%;褐鐵礦主要與三水鋁石、一水硬鋁石、高嶺石、綠泥石、針鐵礦、赤鐵礦、鈦鐵礦、銳鈦礦等礦物共生,自由表面積比例達70.65%;赤鐵礦主要與褐鐵礦、針鐵礦、三水鋁石、鈦鐵礦等礦物共生, 且與各礦物的共生比例均較小,自由表面積比例達到75.01%。

3 主要礦物特征

3.1 三水鋁石

單斜晶系,晶體呈假六方板狀,常見聚片雙晶。集合體呈放射纖維狀,鱗片、皮殼狀,見圖1。三水鋁石是礦石中最主要的鋁礦物,在礦石中主要以下面幾種嵌布特征形式存在:①呈板條狀晶體形式存在,結晶程度為自形至半自形,大小一般為0.01 mm×0.1 mm至0.25 mm×0.8 mm,少量的三水鋁石呈氈狀結構交生在一起,粘土礦物分布在其中空隙和三水鋁石的表面,嵌布關系較為復雜,在其表面分布有鐵質薄膜;②呈鮞粒狀形式存在,鮞粒的核部為鐵質浸染的三水鋁石,在外層常見有鐵質皮殼,鐵質皮殼一般厚度為0.1～0.15 mm,見圖2;③三水鋁石呈脈狀形式充填在巖石之中,脈寬一般為0.01～ 0.08 mm。

圖1 三水鋁石呈顯微鱗片狀

圖2 三水鋁石呈鮞粒狀

3.2 一水硬鋁石

斜方晶系,晶體呈薄板狀, 通常為鱗片狀集合體或結核狀。 一水硬鋁石在礦石中主要以下面幾種形式存在:①呈星點狀分布在碎屑顆粒、豆鮞粒環帶和巖石的膠結物之中,見圖3;②呈氈狀交織狀分布在巖石中,為粘土礦物和鐵質礦物所膠結,見圖4;③呈脈狀形式充填在巖石中,脈寬一般為0.01 mm左右。

圖3 一水硬鋁石與粘土形成鮞粒結構

圖4 一水硬鋁石呈氈狀交織分布

3.3 粘土礦物

高嶺石和綠泥石是礦石中最主要的含硅脈石礦物,多呈薄片狀、鱗片狀微晶集合體形式產出,見圖5。主要的嵌布特征為:①與三水鋁石共生在一起;②粘土礦物分布在呈氈狀結構交生的三水鋁石空隙和其表面上,嵌布關系較為復雜;③高嶺石、綠泥石等粘土礦物與褐鐵礦等鐵質礦物交生在一起,其中褐鐵礦呈浸染狀分布在粘土礦物之中,其中褐鐵礦顆粒一般小于0.002 mm。

圖5 高嶺石呈鱗片狀

3.4 含鈦礦物

含鈦礦物主要為銳鈦礦和鈦鐵礦,其主要的鑲嵌特征為:①銳鈦礦呈半自形粒狀分布于巖石之中,顆粒一般為0.05 mm,大者可見0.1 mm;②鈦鐵礦呈板狀自形晶的形式,分布于巖石之中,其大小為0.01 mm×0.1 mm至0.03 mm×0.25 mm,與三水鋁石的接觸關系為線狀接觸關系,見圖6。

圖6 鈦鐵礦呈板狀自形晶

3.5 含鐵礦物

含鐵礦物主要為褐鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦和鈦鐵礦,在礦石中嵌布特征如下:①褐鐵礦在巖石中主要呈浸染狀、膠狀、網狀等形式,與粘土礦物接觸關系較為復雜,見圖7;在三水鋁石礦物表面常覆蓋有浸染狀的褐鐵礦;在鮞粒的外圍可見有浸染狀的褐鐵礦環帶或條帶出現;呈脈狀分布于巖石中,鏡下可見脈寬為0.025 mm左右;②在礦石中針鐵礦,主要呈自形板狀形式,可見板狀晶體大小一般為0.008 mm左右,與三水鋁石、褐鐵礦等疊在一起,能譜成分分析發現在針鐵礦晶體中含有少量的鋁,見圖8;③鈦鐵礦呈板狀自形晶的形式,分布于巖石之中,其大小為0.01 mm×0.1 mm至0.03 mm×0.3 mm,與三水鋁石的接觸關系為線狀接觸關系;④赤鐵礦以板條狀自形晶或它形分布于巖石中,其顆粒大小一般為0.015 mm×0.1 mm左右。

圖7 褐鐵礦呈膠狀

圖8 針鐵礦與三水鋁石、褐鐵礦共生

4 粒度分布特征

礦石中重要礦物的嵌布粒度見表3。由表3可知,三水鋁石和褐鐵礦的嵌布粒度特征相似,都較細,+0.074 mm粒級分別占25.79%和4.91%,-0.020 mm粒級分別占52.26%和80.66%;高嶺石的嵌布粒度較粗,+0.074 mm粒級占54.95%,-0.010 mm粒級占11.35%。

表3 礦石中重要礦物的嵌布粒度特征

5 結 語

(1) 礦石中含鋁礦物有三水鋁石,含量為31.45%,一水硬鋁石含量為5.54%。鋁礦物幾乎都呈顯微晶質結構,三水鋁石多呈放射纖維狀,鱗片、皮殼狀;一水硬鋁石呈為鱗片狀集合體或結核狀。含硅礦物主要為高嶺石和綠泥石,多呈薄片狀、鱗片狀微晶集合體形式產出。含鐵礦物主要為褐鐵礦和赤鐵礦。

(2) 礦石的結構比較復雜,多呈鋁、硅、鐵集合體存在,鋁硅鐵礦物之間共生關系復雜、嵌布緊密,互相浸染,部分呈膠狀形態存在,礦物粒度細小。由嵌布粒度和嵌布特征可知,該礦區鋁土礦難以通過機械選礦的方法使鋁、鐵徹底分離,且在磨礦過程,硬度低、易磨、易泥化的三水鋁石、褐鐵礦、高嶺石、綠泥石等礦物易過分破磨成為超細粒的礦泥，惡化浮選過程,影響選精礦的質量,應采用階段磨礦-階段浮選的方法來解決。