某石英云母片巖的礦物學特征及綜合利用分析

王全亮，趙建湘，周虎強

（1.湖南有色金屬研究院有限責任公司，湖南 長沙 410100；2.湖南有色環(huán)保研究院有限公司，湖南 長沙 410100）

云母是分布最廣的造巖礦物［1］，貫通于偉晶巖各個成巖階段［2］。湖南湘東北仁里-傳梓源鈮、鉭、鋰礦床是近期發(fā)現(xiàn)的大型偉晶巖型稀有金屬成礦區(qū)［3］，其礦體頂板為分布廣泛的云母片巖。由于云母片巖片理間粘結(jié)力弱，巖石強度低［4］，將成為該稀有金屬礦開采的工程安全隱患。國內(nèi)外學者主要針對云母片巖的微觀結(jié)構(gòu)、力學特征等方面做了大量的工作并取得了一定的成果［5～7］，但在云母片巖的礦物學特征及綜合利用的研究方面研究少見。本文以湘東北某石英云母片巖為研究對象，系統(tǒng)研究片巖的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物嵌布特征等礦物學特性，分析基于礦物學特征的綜合利用技術(shù)，為合理開發(fā)該片巖資源選擇適宜的選礦工藝，消除開采時工程地質(zhì)條件的不穩(wěn)定性等安全隱患，解決露天開采占用土地及環(huán)境污染等方面提供技術(shù)支持。

1 試 驗

石英云母片巖原礦樣取自湘東北仁里-傳梓源鈮鉭鋰礦區(qū)多個樣品組合而成的綜合礦樣，綜合礦樣經(jīng)破碎、研磨后，采用S4 P10VER型X-射線熒光光譜儀（XRF）、D8 ADVANCE型X-射線衍射儀（XRD）測定原礦樣化學成分和礦物組成；采用HITACHI SU3500掃描電鏡（SEM）和OXFORD XMAX-50能譜儀（EDS）對原礦樣進行礦物嵌布特征和主要目的礦物成分分析，在試驗過程中并輔以化學分析手段。

2 結(jié)果與討論

2.1 原礦的物質(zhì)組成

2.1.1 原礦的化學組成

原礦的XRF分析結(jié)果見表1。從表1可知，原礦的主要化學成分為SiO2，其含量為71.16%，其次是Al2O3、Fe2O3、K2O，這四種元素合計占原礦總質(zhì)量的96%以上。

表1 原礦XRF分析結(jié)果 %

2.1.2 原礦礦物組成及相對含量

原礦的XRD如圖1所示，通過顯微鏡鑒定，結(jié)合化學元素及XRD結(jié)果，原礦樣主要礦物相對含量見表2。由圖1和表2可知原礦中主要礦物為石英、黑云母、白云母，其次為長石、綠泥石等。其中石英含量達到51.2%，白云母、黑云母含量相差不大，云母合量為31.5%，長石含量6.3%。

表2 原礦中主要礦物組成及含量 %

圖1 原礦的XRD譜

2.2 礦石中主要礦物的SEM及EDS分析

原礦的SEM觀察結(jié)果和EDS分析結(jié)果如圖2和圖3所示。

由圖2和圖3可知礦石中主要礦物相比較明顯，圖3（a）中主要礦物為石英，圖3（b）中主要礦物為白云母，圖3（c）中主要礦物為黑云母，圖3（d）中主要礦物為鉀長石，圖3（e）中主要礦物為角閃石，圖3（f）中主要礦物為綠泥石，圖3（g）中主要礦物為紅柱石，圖3（h）中主要礦物為鈦鐵礦。

圖2 不同礦物顆粒的SEM像

圖3 圖2中（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）、（g）和（h）的EDS譜

2.3 礦石的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)

原礦呈淺灰色或灰黑色，具鱗片變晶結(jié)構(gòu)、片狀構(gòu)造，片理發(fā)育，屬于石英二云母片巖。原礦以片狀、粒狀、柱狀礦物為主。片狀礦物主要是黑云母、白云母、少量綠泥石；粒狀、柱狀礦物主要是石英，少量長石、角閃石和紅柱石。由于風化作用，礦石結(jié)構(gòu)較為松散。

2.4 組成礦物的鏡下特征

2.4.1 云母礦物

云母礦物為白云母與黑云母，兩者含量相差不大，呈薄片狀、鱗片狀，定向分布（見圖4（a）），黑云母、白云母呈不規(guī)整的相間或互層分布（見圖4（b）），黑云母中可見白云母存在，白云母中也見黑云母存在（見圖4（c））。云母片大小不均，其云母類嵌布粒徑：長軸方向0.1～20 mm不等，短軸方向0.01～0.2 mm不等。

圖4 原礦電鏡掃描圖像

2.4.2 石英

石英礦物主要呈粒狀、柱狀（見圖4（c）），石英被壓扁拉長現(xiàn)象明顯（見圖4（a）及圖4（b））。石英礦物大小不均，石英在礦石中的嵌布粒度一般為0.05～12 mm。

2.4.3 其它礦物

長石礦物主要呈粒狀、柱狀（見圖4（b）），粒徑在0.02～0.2 mm之間。綠泥石呈鱗片狀分布，部分綠泥石分布于角閃石、紅柱石的裂隙裂紋中（見圖4（c）及圖4（d））。角閃石呈長柱狀、粒狀，主要為普通角閃石和直閃石（見圖4（d）），粒徑在0.005～0.6 mm之間。紅柱石呈柱狀、粒狀，紅柱石包含綠泥石、石英和云母（見圖4（c）），粒徑在0.01～0.5 mm之間。

2.5 組成礦物的嵌布粒度

采用線測法分別統(tǒng)計了礦石中的白云母、黑云母、石英、長石及角閃石的粒度分布情況，結(jié)果見表3。由表3可知：當?shù)V石粒度全部小于0.15mm時，白云母的單體解離度可達85.49%；當?shù)V石粒度全部小于0.074 mm時，黑云母的單體解離度可達87.22%；當?shù)V石粒度全部小于0.038 mm時，石英、長石及角閃石的單體解離度分別可達92.71%、78.44%及94.76%。

表3 原礦中主要礦物的嵌布粒度

2.6 基于礦物學特征的綜合利用技術(shù)分析

為實現(xiàn)該石英二云母片巖的高效開發(fā)及綜合利用，根據(jù)原礦的礦物學特征，通過合適的選礦工藝對原礦中的云母（白云母、黑云母）和石英等有價礦物進行分離、除雜及提純，提高云母及石英產(chǎn)品的品位和質(zhì)量、為實現(xiàn)高檔次應用提升其利用價值［8］。云母和石英的選礦分離提純常用方法有手選、風選、形狀選礦、浮選等［9～11］。

針對該石英二云母片巖原礦而言，由于云母與石英和長石的浮選工藝比較成熟［8，12～14］，可采用單一的浮選工藝就能實現(xiàn)云母與石英的高效分離，浮選工藝流程相對簡單，但綜合回收的云母精礦產(chǎn)品品質(zhì)相對較為單一。該石英二云母片巖原礦中的云母共生關(guān)系較為簡單，破碎篩分成不同粒徑礦石后可形成與其它礦物外形存在明顯差別且粒度不同的云母礦物單體顆粒（見圖5）。為實現(xiàn)不同粒度已解離而不會過粉碎的片狀云母精礦的盡早回收，采用風選機不同風力對破碎篩分成不同粒徑礦石進行風選，風選尾礦經(jīng)粗磨采用搖床等設(shè)備進行形狀選礦別工藝，可得到較高品位和回收率的不同粒徑的系列化片狀云母精礦，有利于后續(xù)的云母精礦的應用。形狀選別后的尾礦采用磁選工藝脫除鈦鐵礦、磁鐵礦、綠泥石、角閃石及少量的黑云母等含鐵鈦礦物后，經(jīng)浮選分離可分別得到的云母、長石及石英精礦。采用風選—形狀選礦—浮選工藝，利用了粒度明顯不同的云母礦物單體，可獲得有利于后續(xù)應用的不同粒徑的系列化片狀云母精礦產(chǎn)品，提高經(jīng)濟效益和礦石的綜合利用率。但由于云母片巖屬于軟質(zhì)巖，巖石強度低，對破碎解離方式要求相對較高，則需要著重關(guān)注礦石的破碎剝層設(shè)備及工藝，也是提高云母礦物品位和回收率的重要手段之一。

圖5 破碎篩分后不同粒徑的礦物顆粒

3 結(jié) 論

1.原礦主要化學組分為SiO2，其次是Al2O3、Fe2O3、K2O，這四種元素合計占原礦總質(zhì)量的96%以上；主要礦物為石英、黑云母、白云母，其次為長石、綠泥石等，屬于石英二云母片巖。

2.原礦以片狀、粒狀、柱狀礦物為主，片狀礦物主要是云母，云母共生關(guān)系較為簡單，云母在礦石中的嵌布粒徑：長軸方向0.1～20 mm不等，短軸方向0.01～0.2 mm不等；粒狀、柱狀礦物主要是石英，石英在礦石中的嵌布粒度一般為0.05～12 mm。

3.結(jié)合試樣的礦物學特征，采用風選—形狀選礦—浮選工藝與單一的浮選工藝均可有效分離與富集云母與石英礦物。風選—形狀選礦—浮選工藝可獲得有利于后續(xù)利用的不同粒徑的系列化片狀云母精礦產(chǎn)品，但對破碎解離方式要求相對較高；單一的浮選工藝可簡化選礦工藝流程、但云母精礦產(chǎn)品品質(zhì)相對較為單一。