印尼某紅土鎳礦工藝礦物學研究

姚燈磊 楊任新 黃秋菊 陳 洲

（1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院總院股份有限公司，安徽馬鞍山243000；2.金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心，安徽馬鞍山243000；3.國家金屬礦山固體廢物處理與處置工程技術研究中心，安徽馬鞍山24300）

世界上可供開采的鎳資源儲量有4.7億t，其中有40%左右是硫化鎳礦，60%左右是紅土鎳礦［1-4］。隨著世界經濟發展，新能源領域對鎳的需求量加大，可供開發的硫化鎳資源日趨枯竭，紅土鎳礦資源的開發逐漸引起人們的關注。紅土鎳礦的成礦規律主要為母巖經風化作用，鎳、鈷等元素在上層淋濾作用下向下層富集，一般表現為表層腐殖層褐鐵礦化紅土鎳礦和中部過渡型紅土鎳礦以及底部基巖硅鎂型紅土鎳礦［5-6］。

印度尼西亞共和國作為世界上紅土鎳礦資源最豐富的國家之一，其國內開采的鎳礦原先絕大部分用于出口，為了提高出口產品附加值，2014 年1 月印尼政府開始正式實施原礦出口禁令，同時配以有力的政策鼓勵推進在鎳礦產區就地投資建設金屬原礦冶煉加工設施，以促進本國冶煉工業發展［7-10］。本研究對印尼某典型的紅土鎳礦進行了系統的工藝礦物學研究，從而為該類型紅土鎳礦的選冶方案提供理論依據。

1 礦石的物質組成

1.1 礦石化學多元素分析

礦石化學多元素分析結果見表1。

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由表1 可知，礦石中主要有價元素為鐵、鎳、鉻、鈷，含量分別為24.890%、2.130%、1.820%、0.086%，均已達到工業利用品位，有害元素硫、磷等含量相對較低。

1.2 有用元素的物相分析

礦石鐵、鎳、鉻、鈷物相分析結果分別見表2、表3、表4和表5。

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由表2可知，礦石中的鐵主要以赤（褐）鐵礦形式存在，占總鐵的66.77%，其次為硅酸鹽中的鐵，占總鐵的28.04%。

由表3 可知，礦石中的鎳主要分布在硅酸鹽中，占總鎳的69.48%，其次為鐵礦物中鎳，占總鎳的28.17%，硫化物中鎳的分布率較低。

由表4可知，礦石中的鉻主要以鉻鐵礦和尖晶石形式存在，占總鉻的56.59%，其次分布在硅酸鹽中，占總鉻的41.21%。

由表5 可知，礦石中的鈷主要分布在鐵礦物中，占總鈷的75.69%，其次分布在硅酸鹽中，占總鈷的23.26%。

1.3 礦石礦物組成及含量

礦石礦物組成及含量結果見表6。

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由表6 可知，礦石中主要礦物為蛇紋石和褐鐵礦，含量分別為60.53%和25.79%，其次為綠泥石和石英，含量分別為4.49%和2.72%。礦石中主要含鉻礦物為鉻鐵礦，含量為1.93%，鐵礦物中磁鐵礦和赤鐵礦含量相對較少，分別為1.75%和0.55%，含錳礦物為硬錳礦和錳尖晶石，含量分別為0.29%和0.14%。有害元素磷主要以磷灰石形式存在，含量相對較少，僅為0.01%。礦石中未發現鎳和鈷的獨立礦物。

2 礦石中主要礦物的嵌布關系

（1）蛇紋石。蛇紋石在礦石中含量最高，是主要的目的礦物，也是有用元素鎳、鉻、鈷的主要載體。其產出形式多種多樣，主要以纖維狀集合體產出，與褐鐵礦共生嵌布（見圖1），部分呈葉片狀或鱗片狀集合體嵌布（見圖2），少量呈粒狀集合體嵌布，其中包裹了少量微細粒的鐵礦物。

（2）褐鐵礦。褐鐵礦是礦石中主要的鐵礦物，一般是針鐵礦、纖鐵礦、水針鐵礦、含水的氧化硅和粘土物質的混合物。該礦石中的褐鐵礦主要以斑狀形式嵌布，褐鐵礦斑晶中常包含微細粒赤鐵礦，包裹的赤鐵礦粒度在5 μm以下，具斑狀結構和包含結構（見圖3），部分褐鐵礦以針鐵礦的形式存在，呈細小纖維狀嵌布（見圖4），少量褐鐵礦呈網眼狀嵌布在礦石中。

（3）綠泥石。礦石中綠泥石主要呈片狀、鱗片狀集合體產出，常與蛇紋石共生（見圖5）。

（4）輝石。輝石含量較少，主要為透輝石，一般呈不規則粒狀集合體或短柱狀嵌布（見圖6）。

（5）鉻鐵礦。鉻鐵礦是礦石中含鉻的獨立礦物，主要呈自形、半自形粒狀嵌布，伴生礦物有蛇紋石、褐鐵礦（見圖7），礦石中鉻鐵礦主要為鋁鉻鐵礦。

（6）磁鐵礦。礦石中磁鐵礦呈自形、半自形粒狀嵌布在脈石礦物中，與脈石礦物相互交織，形成網格狀，具網狀結構（見圖8）。

（7）赤鐵礦。礦石中的赤鐵礦主要呈細粒浸染狀嵌布在褐鐵礦中（見圖9），少量呈他形粒狀嵌布。

3 礦石中有價元素Ni、Co、Cr、Fe 的平衡計算

礦石中有價元素鎳、鈷、鉻、鐵在礦石中的平衡分配見表7。

由表7 可知，鎳主要分布在蛇紋石中，分布率為66.82%，其次分布在褐鐵礦中，分布率為23.70%，少量分布在綠泥石中，分布率為5.69%；鉻主要分布在鉻鐵礦中，分布率為56.45%，其次分布在蛇紋石和褐鐵礦中，分布率分別為27.42%和14.52%；鈷主要分布在褐鐵礦中，分布率為49.44%，其次分布在蛇紋石、硬錳礦、錳尖晶石中，分布率分別為26.79%、12.36%、11.23%；鐵主要分布在褐鐵礦中，分布率為64.21%，其次分布在蛇紋石中，分布率為25.87%，在磁鐵礦和赤鐵礦中的分布率分別只有5.02%和1.54%。

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4 礦石主要礦物的工藝粒度

礦石中主要礦物工藝粒度分析結果見表8。

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由表8 可知，礦石中蛇紋石主要呈粗粒嵌布，65.31%分布在+0.07 mm 粒級，褐鐵礦與鉻鐵礦呈粗細均勻分布，2種礦物在+0.07 mm 和-0.07 mm 的分布率大致相當。主要脈石礦物綠泥石呈細粒嵌布，60.89%分布在-0.07 mm粒級。

5 MLA 分析紅土鎳礦中目的礦物的嵌布關系

將樣品破碎到2～0 mm，然后混勻、縮分，取一定量的代表性樣品制成MLA 分析所需的光片，使用MLA 分析系統對礦石中主要含鎳、鈷、鉻元素的蛇紋石、褐鐵礦、鉻鐵礦的嵌布關系進行測定分析。研究結果表明，樣品中蛇紋石呈單體解離形式存在的占74.22%，連生體中與蛇紋石相互共生的主要為褐鐵礦，比例為13.57%，其次為綠泥石和鉻鐵礦，比例分別為5.23%和4.28%；褐鐵礦呈單體解離形式存在的占52.14%，連生體中與褐鐵礦相互共生的主要為蛇紋石和綠泥石，比例分別為28.92%和15.05%；單體解離的鉻鐵礦占49.56%，連生體中與鉻鐵礦相互共生的主要為蛇紋石和褐鐵礦，比例分別為32.43%和15.17%。

6 原礦不同磨礦細度產品解離度分析

對-0.076 mm 99%和-0.045 mm 90%的2 種磨礦產品進行單體解離度分析，結果見表9。

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由表9可知，隨著磨礦細度的增加，蛇紋石、褐鐵礦、鉻鐵礦的單體解離度均增大；在同一磨礦細度下，褐鐵礦與鉻鐵礦解離度較小，當磨礦細度為-0.045 mm 占90%時，褐鐵礦單體解離度也僅有74.51%，鉻鐵礦的解離度也只有75.02%。

7 總 結

（1）印尼某紅土鎳礦中主要有價元素Fe、Ni、Co和Cr 的品位分別為24.890%、2.130%、0.086%和1.820%。

（2）礦石中礦物主要為蛇紋石和褐鐵礦，含量分別為60.53%、25.79%，其次為綠泥石和石英，含量分別為4.49%和2.72%。主要含鉻礦物為鉻鐵礦，含量為1.93%。鐵礦物中磁鐵礦和赤鐵礦含量較少，分別為1.75%和0.55%。

（3）蛇紋石的工藝粒度較粗，在+0.07 mm 分布率為65.31%，綠泥石的工藝粒度較細，主要分布在-0.07 mm，分布率為60.89%，褐鐵礦嵌布粒度粗細不均，在+0.07 mm 和-0.07 mm的分布率大致相當，礦石中鉻鐵礦的粒度主要分布在+0.07 mm，分布率為56.15%。

（4）從Ni、Cr、Co、Fe 的平衡計算看出，目的元素Ni 主要分布在蛇紋石和褐鐵礦中，分布率分別為66.82%和23.70%，Cr則主要分布在鉻鐵礦、蛇紋石和褐鐵礦中，分布率分別為56.45%、27.42%和14.52%，有益元素Co 主要分布在褐鐵礦中，分布率為49.44%，Fe主要賦存在褐鐵礦中，分布率為64.21%。

（5）單體解離度測定結果表明，隨著磨礦細度的增加，蛇紋石、褐鐵礦、鉻鐵礦的單體解離度均增大；在相同磨礦細度下，褐鐵礦比較難解離，當磨礦細度為-0.045 mm 占90%時，褐鐵礦單體解離度只有74.51%，鉻鐵礦的解離度也僅有75.02%。因此若想要鉻鐵礦獲得較好的解離，該礦石要細磨，但也要防止過磨導致褐鐵礦發生泥化。

（6）從MLA 分析測試中可以看出，蛇紋石是該紅土鎳礦中需要回收的主要目的礦物，蛇紋石呈單體解離形式存在的占74.22%，連生體中與蛇紋石相互共生的主要為褐鐵礦，比例為13.57%；褐鐵礦也是需要回收的含鎳的目的礦物，褐鐵礦呈單體解離形式存在的占52.14%，連生體中與褐鐵礦相互共生的主要為蛇紋石，比例為28.92%；鉻鐵礦是礦石中主要含鉻礦物，單體解離的鉻鐵礦占49.56%，連生體中與鉻鐵礦相互共生的主要為蛇紋石和褐鐵礦，比例分別為32.43%和15.17%。