宜昌膠磷礦伴生含鉀頁巖富集礦工藝礦物學(xué)研究

王樹林，黃志良，郭偉斌，池汝安，陳常連，趙 靜

（武漢工程大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢430074）

鉀是作物生長需要的大量元素之一，也是土壤中常因供應(yīng)不足而影響作物產(chǎn)量的一個重要元素。目前世界上一般是從可溶性鉀礦石中提取鉀或直接以鉀鹽礦物為原料制造鉀肥。我國的鉀資源匾乏，目前主要利用的鉀資源是海湖鹽，但不溶性鉀鹽儲量大，對不溶性鉀鹽提鉀并加以綜合利用成為國內(nèi)外研究的重點，并已取得一定進(jìn)展[1－7]。湖北省宜昌磷礦膠磷礦層底板普遍共生有含鉀頁巖，儲量巨大，且可與磷礦伴采，開采條件簡單，成本較低[8]。因此，膠磷礦伴生含鉀頁巖的系統(tǒng)工藝礦相學(xué)研究對不溶性鉀鹽資源開發(fā)利用具有重要的指導(dǎo)意義。

1 含鉀頁巖富集礦的物質(zhì)特征

1.1 含鉀頁巖富集礦的化學(xué)組成

對含鉀頁巖富集礦樣品進(jìn)行多元素分析，得到礦物的化學(xué)組成結(jié)果如表1所示，從表1中可以看出，富集礦中的主要成分為 Al2O3、K2O、SiO2、CaO、MgO、C和Fe2O3，占礦物總質(zhì)量的95%以上，其中 K2O 3.94%，Al2O316.6%，SiO248.00%，CaO 2.69%，MgO 4.96%。

1.2 含鉀頁巖富集礦的礦物組成

經(jīng)鏡下鑒定和X射線衍射分析（見圖1），此含鉀頁巖富集礦中主要含有石英、長石、云母、綠泥石、白云石和褐鐵礦。石英為α－石英，長石主要為斜長石，云母主要為水云母。在礦石中，含鉀礦物以水云母為主，其次為斜長石。

表1 富集礦的多元素分析

圖1 礦樣XRD圖

2 組分在各礦物中的賦存狀態(tài)研究

2.1 單體礦物成分的定性研究

根據(jù)在偏光顯微鏡鏡下礦物種類的分析結(jié)果和實驗中所選的磨礦粒級，把被包裹物的最小粒度確定為0.01mm，然后用化學(xué)方法分析各能被單體解離出的礦物成分含量，而水云母、綠泥石礦物不易挑樣，用SEM微區(qū)能譜成分分析。

水云母：含 Al2O336.78%；含SiO243.26%；含K2O9.38%。

斜長石：含 Al2O318.38%；含SiO264.75%；含K2O14.03%。

綠泥石：含 Al2O318.20%；含SiO232.12%；含MgO34.26%；含F(xiàn)e2O32.86%。

白云石：含CaO30.43%；含 MgO21.74%。

膠磷礦：含 P2O541.36%（含磷18.06%）；含CaO 56.38% 。

石英：含SiO299.82%，含K2O較少。

褐鐵礦：含 Fe2O384.27%；含 SiO21.28%；含Al2O31.20%。

金紅石：含TiO298.32%。

2.2 主要組分在各礦物中的賦存狀態(tài)

通過單礦物成分?jǐn)?shù)據(jù)，結(jié)合礦物在礦石中的平均含量，查清礦樣中主要考查組分在各礦物中的賦存狀態(tài)（結(jié)果見表2），查明了各組分的存在形式。

表2 主要考查組分在各礦物中的賦存狀態(tài)測定結(jié)果表

從表2中可以看出，需要選出的K2O主要存賦存在水云母和斜長石中；需要選去的SiO2主要存賦存在石英礦物中；需要選去的Fe2O3主要存賦存在褐鐵礦中；需要選去的CaO賦存在白云石中。

2.3 釩組分在礦物中的賦存狀態(tài)研究

從圖2可知，釩離子的分布與鋁離子、鉀離子趨于一致，說明云母類礦物中賦存有釩。根據(jù)云母類礦物的晶體結(jié)構(gòu)，認(rèn)為釩離子以V3＋→Al3＋形式占據(jù)氧的八面體空隙，形成類質(zhì)同像。通過X射線能譜測水云母中含釩的重量百分比為2.31wt%，對其它單體礦物做BEI背散射及成分面掃描沒有發(fā)現(xiàn)有釩離子分布，可知礦石中的釩主要賦存在水云母礦物中。富集礦中釩的化學(xué)物相分析結(jié)果見表3。

圖2 云母BEI背散射及成分面掃描圖

表3 富集礦中釩的化學(xué)物相分析結(jié)果

3 含釩水云母的嵌布嵌鑲特征分析

礦石中云母類礦物大致以如下兩種形式產(chǎn)出。

1）云母類礦物呈局部較為富集的微細(xì)粒、浸染狀不均勻分布，并大部分被包裹在鐵質(zhì)礦物中（圖3a）。主要脈石礦物石英質(zhì)礦物和碳酸鹽類礦物與云母類礦物呈平行嵌布。

2）云母類礦物結(jié)晶粒度較上一種形式大，呈片狀雜亂嵌布在石英質(zhì)和其它脈石礦物中，并與鐵質(zhì)礦物呈平行嵌布（圖3b）。

采用過尺線測法在顯微鏡下對云母類礦物的嵌布粒度進(jìn)行統(tǒng)計，其結(jié)果見表4。

圖3 云母類礦物嵌布關(guān)系

表4 云母類礦物的嵌布粒度統(tǒng)計結(jié)果

云母類礦物的嵌布粒度較小，其中20～40μm范圍占39.49%，10～20μm 范圍的占48.81%，屬細(xì)粒級嵌布。單純從嵌布粒度來看，欲使51%左右的膠磷礦呈單體產(chǎn)出，對礦石要選擇－20μm（0.02mm）的磨礦細(xì)度；欲使100%左右的膠磷礦呈單體產(chǎn)出，對礦石要選擇－10μm（0.01mm）的磨礦細(xì)度。

4 結(jié)論

1）含鉀頁巖富集礦中可供選礦回收的主要組分為鉀（釩可綜合利用），礦品位為3.94%，主要賦存在水云母礦物中，水云母占富集礦的重量百分比為36.50%。需要選礦排除的造渣組分以SiO2為主，主要賦存在石英質(zhì)礦物中，其它有害雜質(zhì)鐵和碳的含量也較高。

2）經(jīng)過BEI背散射及成分面掃描發(fā)現(xiàn)富集礦中的V2O5組分基本賦存在水云母中。

3）在礦樣中，云母類礦物大部分呈片狀雜亂嵌布在石英質(zhì)和其他脈石礦物中，少量呈微細(xì)的包裹體嵌布在鐵質(zhì)礦物集合體中。云母類礦物的嵌布粒度較小，屬細(xì)粒級嵌布。

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