礦物學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及我國(guó)礦物學(xué)前景展望

米爾古麗·阿布拉

（新疆大學(xué) 地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830047）

工藝礦物學(xué)主要研究礦石的工藝性質(zhì)，對(duì)其礦物組成、解離度、元素賦存狀態(tài)等特征參數(shù)進(jìn)行分析，是選礦工藝研究必不可少的部分。針對(duì)云南某選廠生產(chǎn)中出現(xiàn)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(wèn)題，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)流程樣進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究，并結(jié)合浮選實(shí)驗(yàn)，找出磷精礦中MgO難以脫除的原因，為生產(chǎn)出合格的精礦產(chǎn)品提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。在磷礦資源短缺和質(zhì)量不斷下降的大背景下，中低品位膠磷礦的開(kāi)發(fā)與利用技術(shù)嚴(yán)重制約著我國(guó)磷化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。磷礦石中脈石礦物的種類(lèi)、成分和形態(tài)直接影響浮選工藝的選擇。工藝礦物學(xué)研究正是通過(guò)對(duì)原料與產(chǎn)物中的礦物組成、元素賦存狀態(tài)、礦物的嵌布粒度以及單體解離度等內(nèi)容進(jìn)行研究，為中低品位礦的采選提供重要的技術(shù)支持。單一反浮選使得部分高硅低鎂的膠磷礦無(wú)法使用，不僅造成了巨大的資源浪費(fèi)，而且侵占大量的土地，且還存在環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。因此，亟需解決此類(lèi)膠磷礦選礦的技術(shù)難題，資源化利用廢棄堆存低品位膠磷礦。礦物學(xué)的發(fā)展為人類(lèi)的生存起到了決定性的作用，隨著現(xiàn)代科學(xué)的不斷進(jìn)步，礦物學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀也隨之興起，本文對(duì)礦物學(xué)的發(fā)展前景進(jìn)行分析，達(dá)到推動(dòng)我國(guó)礦物學(xué)快速發(fā)展的目標(biāo)[1]。

1 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征

1.1 礦石的構(gòu)造

大峪口磷礦礦石以塊狀構(gòu)造、浸染條帶狀構(gòu)造和層狀構(gòu)造為主。礦石中主要礦物呈無(wú)定向和分層等特征，構(gòu)成塊狀構(gòu)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(gòu)造；部分碳酸鹽類(lèi)礦物和膠磷礦呈分層分布，構(gòu)成層狀構(gòu)造。

1.2 礦石的結(jié)構(gòu)

礦石的結(jié)構(gòu)主要包括半自形－它形結(jié)構(gòu)、殘余結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)等。礦石中的白云石、膠磷礦均無(wú)固定的晶體形狀，是典型的半自形－它形結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)；礦石中可見(jiàn)膠磷礦包裹褐鐵礦、黃鐵礦等金屬礦物，構(gòu)成包含結(jié)構(gòu)[2]。

1.3 礦樣工藝礦物組成

（1）礦樣化學(xué)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(chǎn)過(guò)程中會(huì)對(duì)不同類(lèi)型的磷礦石進(jìn)行配礦，從而獲得滿足浮選工藝要求的高鎂低硅鈣質(zhì)磷礦。取生產(chǎn)異常流程樣，用25μm孔徑（500目）篩篩分后進(jìn)行化學(xué)分析，可知，精礦中MgO富集于粒徑＞25μm的礦樣之中，說(shuō)明該粒級(jí)可能存在沒(méi)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(shuō)明該粒級(jí)可能存在已經(jīng)解離但沒(méi)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(tuán)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(jié)物、包裹體等。

1.4 礦樣單體解離度測(cè)定

粒徑≤25μm的礦樣制樣和觀測(cè)難度均較大，所以僅對(duì)粒徑＞25μm的礦樣在偏光顯微鏡下進(jìn)行單體解離度測(cè)定。粒徑＞25μm的溢流礦樣單體解離度測(cè)定結(jié)果表明，這個(gè)粒級(jí)的礦樣多以連生體形式存在。該粒級(jí)精礦礦樣中基本不存在已經(jīng)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(jīng)解離的膠磷礦占35.7%，尾礦2中已經(jīng)解離的膠磷礦占56.1%，而在粒徑≤25μm粒級(jí)中，膠磷礦的解離度會(huì)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(guī)則形狀或粒狀，邊部多呈土狀，粒狀晶形主要以不規(guī)則粒狀或圓粒狀為主；大部分膠磷礦呈單體解離的形式產(chǎn)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(wú)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(jié)構(gòu)，這些礦膠磷礦的粒度較細(xì)，尚未完全實(shí)現(xiàn)單體解離狀態(tài)[3]。

2 磷礦浮選機(jī)理

磷礦浮選機(jī)理研究主要通過(guò)單礦物浮選、Zeta電位測(cè)試、紅外光譜表征、藥劑吸附量和接觸角測(cè)定等方法以及浮選溶液化學(xué)計(jì)算，探討浮選藥劑在礦物表面的吸附特性和作用機(jī)制。采用反射紅外光譜揭示不同浮選藥劑濃度下的吸附機(jī)理，低濃度油酸鈉在磷礦表面發(fā)生化學(xué)吸附，同時(shí)存在反應(yīng)產(chǎn)物油酸鈣沉淀的物理吸附；當(dāng)油酸鈉濃度超過(guò)臨界膠束濃度時(shí)，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(diǎn)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(fā)現(xiàn)亞油酸鈉的捕收能力大于油酸鈉，且結(jié)合紅外光譜和吸附量測(cè)試，證實(shí)了在堿性（pH=9.8）條件下，油酸鈉、亞油酸鈉與礦物表面發(fā)生單層的化學(xué)吸附，而在弱酸性（pH=6）條件下，既發(fā)生化學(xué)吸附又發(fā)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(kāi)路試驗(yàn)基于上述工藝礦物學(xué)的研究，此類(lèi)型磷礦為硅鈣質(zhì)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(diào)整劑，既可以分散礦泥，又可以抑制硅酸鹽脈石礦物，還可調(diào)高礦漿的堿度。

3 浮選實(shí)驗(yàn)研究

3.1 捕收劑用量實(shí)驗(yàn)

采用一次粗選工藝，在抑制劑用量與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)相同的情況下開(kāi)展捕收劑用量實(shí)驗(yàn)，考察捕收劑用量與選礦指標(biāo)的關(guān)系，捕收劑用量實(shí)驗(yàn)結(jié)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(xì)度實(shí)驗(yàn)

為了提高入選原礦的單體解離度，考察磨礦細(xì)度與選礦指標(biāo)的關(guān)系，進(jìn)行磨礦細(xì)度實(shí)驗(yàn)，結(jié)果可知，即便入選原礦粒度很細(xì)，精礦中的w（MgO）也很難降低至0.8%以下。對(duì)粒徑≤0.074mm的精礦礦樣進(jìn)行工藝礦物學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jí)礦樣中，白云石也多與膠磷礦連生，該粒級(jí)礦樣不具備再磨的條件[4-6]。

3.3 增加精選作業(yè)

一次反浮粗選難以獲得滿足下游用礦的選礦指標(biāo)，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(jí)的樣品鑲嵌時(shí)可不用超聲波攪拌，≤0.030mm粒級(jí)的樣品制樣時(shí)樣品量不能超過(guò)0.5g，且需要更長(zhǎng)時(shí)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(shí)相同。

優(yōu)點(diǎn)：一次鑲嵌，制樣時(shí)間短；制樣流程縮短，易操作，且減小了樣品報(bào)廢的概率；篩分后粒徑＞0.030mm的粒級(jí)礦樣制樣基本不產(chǎn)生團(tuán)聚的問(wèn)題，易制成樣品，粒徑≤0.030mm的粒級(jí)制樣所用礦樣量少，且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間超聲和攪拌，可解決其團(tuán)聚的問(wèn)題，減少了“Unknown”的量，MLA圖像處理工作量小，最主要的是使后續(xù)測(cè)定的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

缺點(diǎn)：礦樣篩分、烘干等需要花費(fèi)人力，且后續(xù)制成的樣品多，耗費(fèi)材料多，測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

MLA性能的發(fā)揮取決于其測(cè)定樣品的制備水平，高質(zhì)量的樣品可以體現(xiàn)MLA快速、準(zhǔn)確的優(yōu)越測(cè)定性能，低質(zhì)量的樣品會(huì)給后續(xù)圖像處理帶來(lái)很大的困難，會(huì)影響測(cè)定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。微細(xì)粒的磷礦樣制備MLA樣品時(shí)，在不篩分的條件下制成的樣品中或多或少存在一些團(tuán)聚的顆粒，給圖像處理和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性造成不利影響。篩分后再進(jìn)行制樣基本可解決樣品顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象，故推薦對(duì)磷礦樣品篩分后再制MLA樣。該制樣方法是長(zhǎng)期工作中探索、總結(jié)的，制樣效果較好，可供其他微細(xì)粒樣品MLA樣品制備借鑒。